VIRTualisation de moyens Expérimentaux en vibro-aCoustique par syntHèse de champ de pression – VIRTECH

L’emploi d’un réseau de haut-parleurs ou de sources acoustiques proches de la paroi à tester a plusieurs intérêts : le coût, la versatilité et la reproductibilité. Le challenge avec ces technologies est d’être capable de reproduire des caractéristiques spécifiques aux champs de pression souhaités, ces caractéristiques évoluant avec la fréquence, la vitesse de l’écoulement, etc. Au cours du projet, deux technologies très différentes ont été testées. La première consiste à piloter simultanément un grand nombre de haut-parleurs (64 dans notre application) disposés selon un réseau en grille régulière placé en vis-à-vis de la structure. Les difficultés de ce genre d’approches résident dans le développement d’algorithmes temps-réel et dans la correction des diffractions et non-linéarités apportées par le réseau lui-même. Mais grâce à ce moyen d’essai, il est possible de passer d’une excitation « champ diffus » à une excitation « écoulement turbulent » instantanément ! La seconde technologie est encore plus simple en matière d’équipements nécessaires : elle n’utilise qu’une seule source acoustique qui se déplace par rapport à la structure. La mesure en elle-même est plus longue et nécessite un post-traitement différé mais la méthode permet de tester des structures plus complexes présentant par exemple des courbures prononcées.

Les résultats du projet sont nombreux : conception d’un réseau de 64 haut-parleurs optimisé pour la synthèse de champs de pression, conception d’un antenne synthétique robotisé, applications probantes pour la synthèse de champs de pression ayant les caractéristiques d’une onde plane, d’un champ diffus ou d’un écoulement turbulent, développement d’une méthode expérimentale permettant d’identifier un champ de pression par mesure indirecte des vibrations de la structure, développement d’une technologie d’antenne de microphones MEMS sur support souple pour la mesure d’un champ de pression en paroi. Les activités menées durant le projet VIRTECH ont également permis d’initier de nombreux travaux et collaborations notamment au travers de l’International Research Project « Centre Acoustique Jacques Cartier » mais aussi au travers d’un projet régional financé conjointement par le CTTM et Le Mans Acoustique. Le projet VIRTECH a également contribué à renforcer les liens avec des acteurs industriels, notamment de l’industrie aéronautique.

L’approche suivie par le projet VIRTECH peut intéresser des grands groupes industriels. On pense notamment aux industriels des transports dans l’aviation, le ferroviaire ou l’automobile. Par exemple, les approches développées pourraient permettre de se passer, dans certains cas, de mesures en soufflerie comme la soufflerie S2A (PSA, Renault) très consommatrice en ressources. Mais on peut également envisager de développer des plateformes expérimentales (comme la plateforme PSIVA du LMA ou celle du CTTM) pour intégrer les approches développées et réaliser des prestations.

Pouye, A.; Maxit, L.; Maury, C.; Pachebat, M. Reproduction of the vibroacoustic response of panels under stochastic excitations using the source scanning technique. J. Sound Vib. 2021, 510, 116307.

Bravo, T.; Maury, C. Causally-guided acoustic optimization of rigidly-backed micro-perforated partitions: Case studies and experiments. J. Sound Vib. 2022, 523, 116735.

Robin, O.; Pachebat, M.; Totaro, N.; Berry, A. Vibroacoustic Testing of Panels Under a Turbulent Boundary Layer Excitation Using a Space-Time Spectral Synthesis Approach. In Flinovia—Flow Induced Noise and Vibration Issues and Aspects-III. Springer. 2021.

Le Roux, E.; Pezerat, C.; Leclere, Q.; Thomas, J.-H. Corrected Force Analysis Technique in time domain. In Proceedings of the ISMA Internation Conference on Noise and Vibration Engineering 2020; Sep 2020; Leuven, Belgium.

Les moyens de transport durables nécessitent l'utilisation de structures de plus en plus légères pour améliorer leur efficacité énergétique. De nouveaux matériaux (acier à très haute limite élastique, matériaux polymères, hybrides polymères/métaux ou organo-minéraux, biocomposites etc…) sont à la fois très rigides et légers, avec en contrepartie de mauvaises performances acoustiques. Leur amélioration nécessite des essais in-situ très onéreux, en particulier dans le cas des bruits de couche limite turbulente. Les industriels doivent ainsi révolutionner leurs protocoles de caractérisations et de mesures pour transposer leurs connaissances des matériaux métalliques vers ce type de nouvelles technologies. Les moyens expérimentaux dont ils disposent actuellement sont très coûteux, ont une lourde empreinte carbone et ils ne permettent pas de bien maitriser tous les paramètres physiques (bruit de fond, température, homogénéité du champ, etc). La reproductibilité des mesures peut alors être remise en cause, ce qui rend difficile la comparaison de différentes solutions technologiques. Il est donc d’un intérêt considérable de disposer d’un outil implantable en production, permettant de reproduire avec précision des excitations aléatoires caractéristiques. Le projet VIRTECH apporte une démarche et des outils de synthèse de champ de pression permettant d’intégrer la fonctionnalité acoustique aux nouveaux matériaux, remplaçant des campagnes in-situ, réduisant significativement leur coût sans compromettre leur réalisme. Sous les termes « synthèse de champs de pression » sont regroupées les méthodes expérimentales (et éventuellement numériques) qui permettent de reproduire un champ de pression respectant des propriétés prescrites (homogénéité du champ, corrélations temporelles et spatiales) à l’aide de systèmes de reproduction acoustiques (haut-parleurs, sources mobiles). Ces méthodes peuvent être à post-traitement différé ou en temps réel et peuvent être utilisées pour des applications aussi variées que la caractérisation de performances acoustiques, les études de vieillissement ou de résistance sous sollicitations extrêmes ou même pour des applications de qualité acoustique. Potentiellement, les « synthèses de champ » pourraient permettre de tester systématiquement des pièces stratégiques (dans l’aéronautique ou le domaine spatial notamment) directement sur les chaînes de montage. Les principales facettes du projet sont :
(1) l'identification des composantes utiles du champ acoustique par mesures directes (en utilisant une antenne de microphones MEMs), par mesure indirecte en observant le comportement vibro-acoustique de la structure testée et par analyse d’une modélisation numérique du champ de pression excitateur. Ces analyses seront couplées à une étude perceptive pour une évaluation complète des processus de filtrage du champ de pression excitateur.
(2) l'optimisation d'un réseau de sources et de son pilotage pour synthétiser un champ de pression ayant les caractéristiques d’un champ diffus ou d’un écoulement turbulent en mettant à profit les phénomènes de filtrage observés précédemment. L’optimisation portera sur différents critères : rapidité de mise en oeuvre, résolution spatiale, sensibilité aux erreurs, coût, reproductibilité.
(3) la confrontation entre les résultats ainsi obtenus et ceux obtenus via des moyens d'essai classiques notamment par des mesures directes du champ généré et par des études perceptives. Enfin, les capacités de ces moyens d’essais alternatifs seront illustrées par des applications de type « métrologie vibro-acoustique » ou « banc de test contrôle qualité temps réel »