CE22 - Mobilité et systèmes urbains durables

MegA-réseaux de Microphones pour l'IdEntification de Sources aéroacoustiques environnementales – MAMIES

L’originalité du projet repose sur deux avancées de nature à favoriser l’identification des sources de bruits aéroacoustiques environnementaux : le développement d’une antenne microphonique de nouvelle génération (avec plus de 1000 microphones) basée sur la technologie MEMS, associée à de nouvelles méthodes de traitement issues du principe de retournement temporel et associant mesures et simulations numériques. L’antenne développée permet d’englober totalement la zone de l’écoulement contenant les sources de bruit à identifier. Compte-tenu du nombre très important de capteurs, l’échantillonnage 3D du champ acoustique rayonné permet une résolution spatiale optimale des sources. Les techniques de traitement permettent de s’affranchir d’hypothèses sur le milieu de propagation car elles sont basées sur une simulation numérique 3D dont les grandeurs d’entrée sont les données expérimentales, mais aussi la géométrie et l’écoulement réels. Cette approche permet de prendre en compte un écoulement arbitraire, la présence des objets dans l’écoulement, et d’opérer dans le domaine temporel, autorisant l’étude de phénomènes transitoires gênants d’un point de vue auditif (effets de bourrasques par exemple).

Après deux années de projet, les réalisations obtenues dans le cadre du projet MAMIES sont les suivantes:
- La conception et la réalisation d’une antenne de 1024 microphones MEMS, puis son installation dans la soufflerie BETI de l'Institut PPRIME. Cet outil expérimental pour l’identification de sources de bruit aéroacoustiques n'a pas d'équivalent à l'heure actuelle;
- Le développement d’un code de simulation 3D de la propagation des ondes dans l’écoulement, prenant en compte la géométrie des obstacles dans l’écoulement, et son couplage dans un environnement permettant l’application de la méthode du retournement temporel. Cet outil original permet de coupler les données expérimentales de l’antenne avec une simulation de la propagation des ondes sonores, permettant d’identifier les sources de bruit.
- L'antenne a été utilisée lors de la deuxième année du projet pour générer une première base de données, en particulier sur des cas génériques permettant de valider la méthode de traitement des données: zones de cisaillement dans l'écoulement, objets diffractant le champ des sources de bruit (effets d'installation).

Une fois ces outils développés, la partie «applications« du projet reste à réaliser dans des cas complexes et plus proches de cas réels, associant des géométries fortement tridimensionnelles et des écoulements instationnaires.

Papiers en revues internationales:

1/ Three-dimensional identification of flow-induced noise sources with a tunnel-shaped array of MEMS microphones”, Y. Zhou, V. Valeau, J. Marchal, F. Ollivier, R. Marchiano, Journal of Sound and Vibration, 482 (2020) 115459

Communications à des conférences internationales:

1/ Design and use of a three-dimensional array of MEMS microphones for aeroacoustic measurements in wind-tunnels”, Y. Zhou, F. Ollivier, P. Challande, R. Marchiano, V. Valeau, D. Marx, C. Prax, Berlin Beamforming Conference (BeBeC), Berlin, Mars 2020
www.bebec.eu/Downloads/BeBeC2020/Papers/BeBeC-2020-D29.pdf
2/ Aeroacoustic source identification with effects of solid boundaries using a numerical time-reversal technique, Y. Zhou, M. Diaz, R. Marchiano, D. Marx, C. Prax, V. Valeau, Forum Acusticum, Lyon, Décembre 2020.

Résumé de soumission

L’environnement sonore est un élément important de la qualité de vie dans les zones urbaines et péri-urbaines. Parmi les divers types de bruit environnemental, le bruit aéroacoustique produit par l’interaction d’écoulements aériens et d’obstacles peut être une source importante de gêne. Ces interactions bruyantes se rencontrent dans les transports (aéronef en phase d’atterrissage, trains…) mais une problématique plus récente concerne aussi les bruits émis par les éléments de façade des bâtiments modernes ou rénovés. Pour identifier et comprendre ces sources de bruit afin de les réduire, on a souvent recours à l’étude de modèles ou d’échantillons d’obstacles en soufflerie anéchoïque. Un outil classique pour de telles études est l’imagerie des sources sonores, obtenue en utilisant des antennes de microphones et des outils de traitement de données comme la formation de voies (beamforming). Ces techniques sont pour l’instant développées dans des hypothèses de propagation, d’écoulement et de directivité très simplifiées, et ne produisent qu’une analyse bidimensionnelle des phénomènes. Ainsi, l’objectif du projet MAMIES est de développer des techniques expérimentales novatrices pour l’étude, l’identification et l’imagerie tridimensionnelle (3D) de ce type de sources aéroacoustiques dans le contexte de mesures en soufflerie, pour des configurations pour lesquelles les techniques classiques sont en échec : configurations fortement 3D, écoulement complexes et/ou instationnaires, présence d’objets diffractants dans la zone de production du bruit, directivité de sources complexe.

L’originalité du projet repose sur deux avancées de nature à favoriser l’identification des sources de bruits aéroacoustiques environnementaux : le développement d’une antenne microphonique de nouvelle génération (avec plus de 1000 microphones) basée sur la technologie MEMS, associée à de nouvelles méthodes de traitement issues du principe de retournement temporel et associant mesures et simulations numériques. Le projet MAMIES rassemble deux partenaires : l’Institut PPRIME (Université de Poitiers) où seront réalisées les expériences en soufflerie, et l’Institut Jean Le Rond d’Alembert (Sorbonne Université) où sera développée l’antenne. Les techniques de traitement et la production et l'analyse des résultats expérimentaux seront réalisées en commun. L’antenne développée permettra d’englober totalement la zone de l’écoulement contenant les sources de bruit à identifier. Compte-tenu du nombre très important de capteurs, l’échantillonnage 3D du champ acoustique rayonné permettra une résolution spatiale optimale des sources. Les techniques de traitement permettront de s’affranchir d’hypothèses sur le milieu de propagation car elles seront basées sur une simulation numérique 3D dont les grandeurs d’entrée seront les données expérimentales, mais aussi la géométrie et l’écoulement réels. Cette approche permettra de prendre en compte un écoulement arbitraire, la présence des objets dans l’écoulement, et d’opérer dans le domaine temporel, autorisant l’étude de phénomènes transitoires gênants d’un point de vue auditif (effets de bourrasques par exemple). Ainsi un progrès réel est attendu dans les capacités d’analyse des sources de bruit. Une fois l’outil construit et validé, des campagnes expérimentales seront menées en soufflerie, visant deux type d’applications. Premièrement on étudiera le bruit aéroacoustique émis par les ailes d’aéronefs. Un profil d’aile encastré sera étudié de manière approfondie et le cas de trois profils en interaction sera considéré comme modèle d’aile hypersustentée produisant un rayonnement aéroacoustique très complexe. Le second domaine d’applications concernera le bruit d’éléments de façades en architecture urbaine moderne, et leur interaction avec le vent. On considérera des objets élémentaires en interaction, puis on étudiera des échantillons représentatifs de structures architecturales réelles.

Coordination du projet

Vincent Valeau (Institut P' : Recherche et Ingénierie en Matériaux, Mécanique et Energétique)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

d'Alembert Institut Jean le rond d'Alembert
Pprime Institut P' : Recherche et Ingénierie en Matériaux, Mécanique et Energétique

Aide de l'ANR 293 760 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2018 - 36 Mois

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