RAYONNEMENT ACOUSTIQUE MAITRISE PAR DES SYSTÈMES RÉSONANTS – RAMSES

La discrétion acoustique est un problème majeur aussi bien dans le domaine de la défense sous-marine pour les nouveaux navires que dans le domaine aérien, par exemple pour les avions, wagons de chemin de fer. Plus particulièrement, le projet RAMSES s’intéresse au bruit rayonné par les structures métalliques périodiquement raidies lorsqu’elles sont excitées soit par les fluctuations de pression de la couche limite turbulente soit par une excitation mécanique (domaine des très basses fréquences < 2kHz pour une structure typique de sous-marin). Le but est de supprimer ou de réduire significativement le rayonnement des ondes de Bloch-Floquet créées par la périodicité des raidisseurs. Plusieurs solutions sont envisagées : (1) solution classique à partir de systèmes résonants, constitués de matériau viscoélastique et de contre-masses, comme ceux mis en œuvre dans le projet ASTRID FARAON (Furtivité Acoustique par des RAidisseurs résONants, 04/2014-09/2016, porté par M. Tran Van Nhieu de Thales RT) dans le but de contrôler la furtivité de plaques ou coques raidies, (2) solution à base de métamatériaux passifs afin de proposer des systèmes résonants sur une large bande de fréquences en modifiant simplement les propriétés effectives des métamatériaux constituant les systèmes résonants, (3) solution à base de matériaux piézoélectriques connectés à un circuit électronique très simple (court circuit, circuit ouvert ou capacité positive) dans le but de modifier par une commande électrique externe simple les propriétés de chacun des systèmes résonants et ceci indépendamment les uns des autres, (4) solution semi-active à base de matériaux piézoélectriques connectés à un circuit électronique complexe tel qu’un circuit à capacité négative ou à commutation de charge, classiquement utilisés pour l’amortissement de vibrations ou la récupération d’énergie. Les deux dernières solutions sont des stratégies de maîtrise du rayonnement nouvelles et en rupture par rapport aux solutions précédemment proposées car elles permettront un brouillage variable en modifiant en temps réel les connexions électriques des matériaux actifs. Les modèles analytiques et numériques développés seront mis en œuvre pour concevoir et optimiser des systèmes à rayonnement maitrisé correspondant à des configurations réalistes et fidèles aux préoccupations de la défense. Quatre plaques équipées de raidisseurs et de systèmes résonants à l'échelle 1/100 seront ainsi fabriquées et testées, en lien avec chacune des solutions proposées. Le projet visera aussi à adapter les solutions proposées aux coques cylindriques périodiquement raidies.
Les compétences liées au projet sont aussi bien analytiques et numériques qu’expérimentales avec des mesures dans l’air et dans l’eau afin d’évaluer la réduction des vibrations sur la plaque et de la pression acoustique rayonnée en champ lointain. Par ailleurs, les solutions proposées présentent l’avantage de pouvoir traiter discrétion et furtivité simultanément dans la gamme des basses fréquences, gammes dans lesquelles les solutions de revêtement de coque classique sont généralement peu performantes.
Ce projet répond à la thématique des axes 3 « Ondes acoustiques et radioélectriques» et 2 «Fluides, structures», et à la priorité pour 2016 : « Nouveaux matériaux pour optimiser le rayonnement des antennes et la furtivité».
Le projet est porté par l’IEMN (UMR 8520 CNRS) qui dispose d'une expertise en métamatériaux passifs ou actifs, ainsi qu’en modélisation, avec le soutien de Thales RT pour l’étude, le choix et la fabrication des structures résonantes, du LOMC pour la fabrication des maquettes et des essais acoustiques en cuve et de Thales US pour les modèles de calcul par éléments finis et pour son expertise dans les domaines de l’Acoustique Sous-Marine.