L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST D'ELABORER UN OUTIL PERMETTANT D'ACCEDER AU CALCUL DU RAYONNEMENT ACOUSTIQUE D'UNE STRUCTURE VIBRANT DANS SON ENVIRONNEMENT REEL, A PARTIR DES SEULES DONNEES DE VITESSES VIBRATOIRES ACQUISES SUR SA SURFACE. LA DIFFICULTE DE CE CALCUL RESIDE DANS LA CONNAISSANCE DE LA FONCTION DE GREEN ANALYTIQUE JOUANT LE ROLE DE FONCTION DE TRANSFERT VIBROACOUSTIQUE ENTRE LA STRUCTURE ET LE MILIEU ACOUSTIQUE ENVIRONNANT. L'APPROCHE PROPOSEE REPOSE SUR LA CONSTRUCTION NUMERIQUE DE CETTE FONCTION A PARTIR D'ACQUISITIONS DE VITESSES VIBRATOIRES NORMALES ET DE PRESSIONS ACOUSTIQUES DEFINISSANT RESPECTIVEMENT LE CORPS VIBRANT ET LE CHAMP ACOUSTIQUE RAYONNE AUTOUR DE CE DERNIER. LE MODELE MATHEMATIQUE EST BASE SUR UNE DISTRIBUTION DE SOURCES PONCTUELLES AFFECTEES D'UNE FONCTION DENSITE, DU TYPE SIMPLE COUCHE, OBTENUE A PARTIR DES PRESSIONS ACOUSTIQUES MESUREES EN MODULE ET PHASE AUTOUR DE LA STRUCTURE RAYONNANTE DANS SON ENVIRONNEMENT REEL. LA FONCTION DENSITE CONTIENT ALORS LA CONTRIBUTION DU RAYONNEMENT ACOUSTIQUE DE LA STRUCTURE ET DE L'EFFET DU LOCAL SUR CE DERNIER. SON OBTENTION NECESSITE LA RESOLUTION D'UN PROBLEME INVERSE. LA FONCTION DE TRANSFERT VIBROACOUSTIQUE DE LA STRUCTURE IN SITU EST ENSUITE CONSTRUITE NUMERIQUEMENT, A PARTIR DE LA FONCTION DENSITE CALCULEE AUX POINTS SOURCES DE LA STRUCTURE, ET DES VITESSES VIBRATOIRES NORMALES MESUREES EN CES MEMES POINTS. ELLE PERMET ALORS LE CALCUL DU RAYONNEMENT DE LA STRUCTURE PLACEE DANS SON ENVIRONNEMENT REEL POUR TOUT NOUVEL ETAT VIBRATOIRE ACQUIS EXPERIMENTALEMENT. UN AUTRE INTERET DE CETTE APPROCHE EST DE COMPLETER LES DONNEES VIBRATOIRES ACQUISES SUR LA SURFACE D'UNE STRUCTURE DE FORME COMPLEXE PAR UNE INFORMATION ACOUSTIQUE CONTENUE DANS LA FONCTION DE TRANSFERT CONSTRUITE.

LA CONNAISSANCE A TOUTES LES FREQUENCES DE LA PUISSANCE ACOUSTIQUE RAYONNEE PAR UNE STRUCTURE VIBRANTE EST D'UNE GRANDE IMPORTANCE POUR L'ETUDE DE SON COMPORTEMENT VIBRO-ACOUSTIQUE. LA METHODE DES ELEMENTS FINIS DE FRONTIERE (BEM: BOUNDARY ELEMENT METHOD) EST UNE FORMULATION NUMERIQUE RECENTE BASEE SUR DES EQUATIONS INTEGRALES DE FRONTIERES. ELLE PERMET DE PREDIRE LA PRESSION TELLE QU'ELLE EST PERCUE PAR UNE PERSONNE SITUEE A PROXIMITE D'UNE SOURCE SONORE. SON EFFICACITE A ETE PROUVEE DANS DE NOMBREUX DOMAINES COMME LA LOCALISATION D'UNE SOURCE, LA QUANTIFICATION DU NIVEAU DE BRUIT D'UNE MACHINE OU ENCORE LA PREDICTION DU DIAGRAMME DE DIRECTIVITE D'UN INSTRUMENT DE MUSIQUE. DANS LE CAS PARTICULIER DE SOURCES PLANES, L'EQUATION INTEGRALE A RESOUDRE PREND LA FORME D'UN PRODUIT DE CONVOLUTION SPATIAL ET LA TRANSFORMEE DE FOURIER RAPIDE (FFT) EST BIEN ADAPTEE A SA RESOLUTION. L'HOLOGRAPHIE PLANE ACOUSTIQUE S'APPUIE SUR CETTE FORMULATION. DANS LE CADRE DE CE TRAVAIL, LE RAYONNEMENT DE STRUCTURES VOLUMIQUES COMPOSEES D'UNE FACE VIBRANTE EST ETUDIE. DES ETUDES COMPARATIVES DES CONTRIBUTIONS AU RAYONNEMENT PROVENANT DES SURFACES VIBRANTES ET DE LA DIFFRACTION SUR LES SURFACES RIGIDES SONT FAITES. CES CONSIDERATIONS PERMETTENT DE FAIRE CERTAINES HYPOTHESES SIMPLIFICATRICES SUR LA GEOMETRIE DE LA SOURCE ET RENDENT APPLICABLES L'UTILISATION DES TECHNIQUES D'HOLOGRAPHIE PLANE. UNE METHODE ITERATIVE, AVEC COMME ALGORITHME DE BASE LA FFT, EST PROPOSEE. ELLE PERMET LA PREDICTION DU RAYONNEMENT DE SOURCES VOLUMIQUES COMPOSEES D'UNE OU DE PLUSIEURS FACES PLANES VIBRANTES. LA METHODE PRESENTEE CONSTITUE UN MODELE PRELIMINAIRE POUR LA SIMULATION DU RAYONNEMENT ACOUSTIQUE DE CERTAINS INSTRUMENTS DE MUSIQUE COMPOSES D'UNE TABLE D'HARMONIE ET D'UN CORPS SUPPOSE RIGIDE. LA VALIDITE DE LA METHODE EST VERIFIEE EN COMPARANT LES SIMULATIONS AVEC DES MESURES DE RAYONNEMENT EFFECTUES EN CHAMBRE ANECHOIQUE SUR UNE GUITARE ET UNE HARPE CELTIQUE. LE PRINCIPAL AVANTAGE DE CETTE APPROCHE EST DE POUVOIR DISPOSER D'UN MODELE DE RAYONNEMENT SIMPLIFIE, AVEC UNE REDUCTION SIGNIFICATIVE DE LA CHARGE DE CALCUL ET DE LA COMPLEXITE DE PROGRAMMATION, COMPAREE A LA FORMULATION BEM. LE S HYPOTHESES SIMPLIFICATRICES PERMETTENT EN PARTICULIER L'UTILISATION DE MACHINES MOYENNES POUR DES CALCULS AU DEPART IMPORTANTS

Dans ce travail, nous nous intéressons au problème de la réponse vibratoire et du rayonnement acoustique des structures sollicitées par des écoulements turbulents. Ces problèmes d'interaction fluide-structure demeurent une préoccupation dans le secteur des transports à grande vitesse (confort acoustique des passagers) mais aussi dans le domaine de la production d'énergie nucléaire (exigence de sûreté). L'objectif à longs termes serait de pouvoir prédire numériquement la réponse d'une structure connaissant les caractéristiques de l'excitation induite par l'écoulement. Notre travail s'inscrit dans cette démarche. L'étude des problèmes d'interaction fluide-structure est délicate compte tenu des différentes disciplines scientifiques qu'elle fait intervenir (mécanique des fluides, mécanique des vibration, acoustique). Nous avons donc choisi d'étudier une configuration élémentaire permettant d'avoir accès aux différents paramètres du problème : excitation, vibration et acoustique. Cette configuration est celle d'une conduite cylindrique sollicitée par un écoulement interne pleinement développé. Avec ce dispositif, nous nous sommes fixé deux objectifs : en premier, analyser les différents mécanismes qui conduisent à la réponse acoustique de la conduite et, en second, créer une base de données complète qui puisse être utilisée pour caler des codes de prédictions. Pour assurer la validité et la qualité de la base de données, nous portons un grand soin à la conception et à la réalisation du moyen d'essai. La zone de mesures se situe ainsi à 45 diamètres de l'extrémité amont de la conduite pour obtenir un écoulement pleinement développé (vitesse maximale : 130 m/s), ceci est confirmé par des mesures de profils de vitesse et d'évolution longitudinale de la pression statique. De son coté, la coque de diamètre 0,125 m, de longueur 0,46 m et d'épaisseur 0,5 mm dont nous mesurons la réponse vibroacoustique est contrôlée via une analyse modale. Une attention particulière est portée sur l'aspect excitation tant du point de vue mesure que traitement La pression pariétale induite par l'écoulement est mesurée par un réseau de microphones montés affleurant à la paroi interne de la conduite. Les résultats obtenus sont alors traités pour éliminer la contribution acoustique en basses fréquences et corriger la perte de résolution spatiale en hautes fréquences. Trois techniques dites de décontamination acoustique sont détaillées et testées, cette partie constitue une originalité de notre travail notamment pour ce qui est des résultats sur la densité interspectrale. Toutes les données relatives au champ de pression pariétale permettent d'alimenter un modèle traduisant le comportement fréquentiel et spatial du champ excitateur. Ce modèle est à son tour implanté dans un code de calcul développé au Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique de Marseille et différentes simulations montrent l'importance de la vitesse de convection sur les prédictions. Pour compléter la base de données, la réponse vibratoire de la coque soumise à l'écoulement est mesurée à l'aide d'un vibromètre laser, de même son rayonnement acoustique est mesuré au moyen de microphones et d'une sonde intensimétrique. Ces réponses font apparaître un comportement modale clairement identifié jusqu'à 1600 Hz. Leur évolution avec la vitesse d'écoulement suit une loi puissance en U3'2.

CE MEMOIRE EST CONSACRE A L'APPLICATION DES METHODES INTEGRALES DE FRONTIERES AU CALCUL DU RAYONNEMENT ACOUSTIQUE DE STRUCTURES SIMPLES. LE CALCUL DE LA REPONSE VIBROACOUSTIQUE D'UNE STRUCTURE EST L'ESTIMATION OBTENUE PAR LA CONNAISSANCE DU DEPLACEMENT NORMAL DE LA STRUCTURE ET PAR LA RESOLUTION D'UN PROBLEME DE NEUMANN EXTERIEUR POUR L'EQUATION DE HELMHOLTZ. LES REPRESENTATIONS INTEGRALES, BASEES SUR L'UTILISATION DE FONCTIONS DE GREEN, PERMETTENT DES TRAITEMENTS THEORIQUES ET NUMERIQUES AISES ET SE PRETENT BIEN A LA RESOLUTION DE CES PROBLEMES AUX LIMITES. EN PREMIER LIEU, NOUS PORTONS UNE ATTENTION PARTICULIERE A L'ETABLISSEMENT DES EQUATIONS QUI GOUVERNENT LE COMPORTEMENT DE CORPS SIMPLES TELS QUE PLAQUE, COQUE, POUTRE ET ANNEAU. ENSUITE, NOUS EFFECTUONS UN CALCUL DU TENSEUR DE GREEN D'UNE COQUE CYLINDRIQUE QUI COMPORTE PLUSIEURS SERIES DE RAIDISSEURS ANNULAIRES PERIODIQUEMENT ESPACES. NOUS MONTRONS, SUR UN EXEMPLE SIMPLE, QUE LE DEPLACEMENT D'UNE STRUCTURE BAFFLEE PEUT ETRE CORRECTEMENT DECRIT PAR LA RESTRICTION, AU DOMAINE LIMITE PAR LES CONTRAINTES, DU DEPLACEMENT D'UNE STRUCTURE INDEFINIE CONTRAINTE. L'INTERET DE CONSIDERER CE TYPE DE STRUCTURES RESIDE DANS DES DEVELOPPEMENTS THEORIQUES PLUS POUSSES ET DANS DES ETUDES NUMERIQUES A LA FOIS PLUS SIMPLES ET PLUS RAPIDES. DE LA, NOUS PROPOSONS UNE METHODE DE CALCUL APPROCHE DU RAYONNEMENT ACOUSTIQUE D'UNE STRUCTURE BAFFLEE. NOUS ETUDIONS ENFIN LE RAYONNEMENT ACOUSTIQUE D'UNE COQUE CYLINDRIQUE RAIDIE INFINIE CONTRAINTE ET, EN APPLICATION DES RESULTATS PRECEDENTS, UN CALCUL APPROCHE DU RAYONNEMENT ACOUSTIQUE D'UNE COQUE BAFFLEE EST REALISE

Dans le cadre de la lutte en mer, la détection acoustique des structures immergées s'effectue généralement sur des signaux stationnaires. Une nouvelle génération de sonars permet de détecter sur des signaux transitoires. Ceci implique de compléter le processus de conception des projets industriels qui ne tient compte d'exigences qu'en matière de bruits rayonnés en régime stationnaire. Il est donc nécessaire de comprendre les mécanismes de transfert des sources de bruit transitoires sur les structures immergées. Cette thèse s'inscrit dans ce cadre et consiste à étudier les mécanismes de transfert vibratoire et de rayonnement acoustique qui peuvent intervenir sur ces structures lorsque l'excitation est transitoire. L'analyse porte sur différents éléments de la chaine de transfert : le rayonnement dans l'eau du bordé, la diffraction des ondes par les raidisseurs, et le comportement résonnant des structures internes supportant les matériels. Le premier chapitre présente une analyse bibliographique autour de l'étude des phénomènes vibroacoustiques transitoires des structures immergées, de l'influence d'un fluide lourd sur le comportement vibroacoustique des plaques, et des méthodes de calcul vibroacoustiques en régime transitoire. Dans le second chapitre nous étudions la réponse transitoire d'une plaque infinie immergée soumise à une force impulsionnelle ponctuelle. La méthode de calcul s'appuie sur les calculs spectraux fréquences-nombre d'onde. Les réponses temporelles sont obtenues par transformées de Fourier inverses. L'analyse des spectres et des réponses temporelles de l'accélération vibratoire de la plaque et de la pression rayonnée, met en évidence l'influence de la présence du fluide. La prise en compte de l'inertie rotationnelle et du cisaillement à travers le modèle de plaque de Mindlin-Timoshenko est également étudiée. Ces résultats sont confrontés à une expérimentation présentée dans le troisième chapitre. La structure étudiée est une plaque rectangulaire posée horizontalement à la surface d'une cuve remplie d'eau. Deux types de sources transitoires sont utilisés : marteau de choc, lâché d'une bille. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux montre que l'on retrouve certains phénomènes évoqués précédemment. L'effet des raidisseurs sur le rayonnement acoustique fait l'objet du quatrième chapitre. Une plaque raidie périodiquement dans une direction est considéré. L'influence des ondes de Bloch-Floquet sur la réponse temporelle est étudiée. Les résultats sont comparés à des mesures effectuées sur une barge d'essais. Dans le cinquième chapitre, l'effet des structures internes est étudié à partir d'un modèle de plaque couplé à un système résonnant constitué d'un assemblage poutre-plaque. La méthode des inertances est utilisée pour obtenir les forces de couplage entre les différents éléments. Les signaux temporels sont étudiés en fonction de l'importance de la rupture d'inertance entre la plaque et l'assemblage.

LE TRAVAIL PRESENTE PORTE SUR L'ETUDE EN REGIME TEMPOREL ET FREQUENTIEL DU RAYONNEMENT ACOUSTIQUE DE STRUCTURES VIBRANTES. LE BUT DE CE TRAVAIL EST D'ETENDRE LES MODELES DE PREDICTION DE LA REPONSE VIBRO-ACOUSTIQUE DE STRUCTURES SIMPLES EN REGIME HARMONIQUE EN PRENANT EN COMPTE, D'UNE PART, L'EXCITATION DES STRUCTURES PAR DES SIGNAUX TRANSITOIRES ET, D'AUTRE PART, LA MODELISATION DE STRUCTURES PLUS COMPLEXES SUR LE PLAN GEOMETRIQUE ET MECANIQUE. LA METHODE PROPOSEE EST UNE METHODE ORIGINALE BASEE SUR LA REPRESENTATION, DANS LE DOMAINE TEMPOREL OU FREQUENTIEL, DE LA REPONSE DU SYSTEME STRUCTURE - FLUIDE EN SERIE DE SES MODES DE RESONANCE QUI SONT DES SOLUTIONS PROPRES NATURELLES DU PROBLEME COUPLE. ELLES SONT APPROCHEES PAR DES METHODES DE TYPE SPECTRAL : DEVELOPPEMENT DES CHAMPS INCONNUS EN SERIE (TRONQUEE) DE POLYNOMES DE LEGENDRE. L'INTERET D'UNE TELLE APPROXIMATION PAR RAPPORT A DES METHODES DE DISCRETISATION LOCALE EST DE POUVOIR, A EFFORT NUMERIQUE DONNE, ATTEINDRE DES FREQUENCES PLUS ELEVEES. NOUS AVONS APPLIQUE CETTE METHODE A DEUX EXEMPLES IMPORTANTS POUR LESQUELS NOS PREDICTIONS NUMERIQUES POUVAIENT ETRE COMPAREES A DES RESULTATS EXPERIMENTAUX FIABLES. IL S'AGIT, D'UNE PART, DE L'ETUDE DE LA DIFFRACTION D'UNE ONDE ACOUSTIQUE PAR UNE COQUE ELASTIQUE DE FORME LINE-2 (COQUE CYLINDRIQUE FERMEE PAR DES EMBOUTS HEMISPHERIQUES) EN REGIME HARMONIQUE ET TRANSITOIRE, ET D'AUTRE PART, DE L'ETUDE EN REGIME HARMONIQUE DE LA TRANSMISSION ET DU RAYONNEMENT PAR UNE PLAQUE BAFFLEE RAIDIE. LES COMPARAISONS CALCUL/EXPERIENCE ONT MONTRE L'EFFICACITE DE LA METHODE MODES DE RESONANCE. LES PERFORMANCES DE CETTE APPROCHE SEMI-ANALYTIQUE ONT AUTORISE DES ETUDES PARAMETRIQUES APPROFONDIES EN TEMPOREL ET EN FREQUENTIEL.

Cette étude s’intéresse au comportement vibro-acoustique des machines électriques dédiées à la traction automobile. Dans la littérature, l’étude vibro-acoustique des machines électriques repose généralement sur des formulations analytiques permettant de prédire, à la fois les forces magnétiques radiales d’entrefer à l’origine des déformations du stator, et les propriétés de mise en vibrations et de rayonnement acoustique de celui-ci. La présente contribution s’appuie aussi, dans une première partie, sur un certain nombre de développements analytiques, permettant de comprendre les propriétés des forces magnétiques et du comportement vibro-acoustique d’un stator. Dans un second temps, on utilise cependant des outils numériques de type éléments finis afin d’investiguer plus profondément les caractéristiques des différentes physiques et de leurs couplages. L’impact vibratoire des différentes composantes de l’excitation magnétique, radiales et tangentielles, au stator et au rotor et en fonction du point de fonctionnement sont par exemple clairement établies. On présente une méthodologie permettant de coupler des modèles éléments finis de type 2D magnétique et 3D structure afin de calculer précisément, et compte tenu des différentes voies de passages, les niveaux de vibrations d’origine magnétique d’une structure complexe de groupe moto-propulseur (structure comprenant une machine électrique synchrone à rotor bobinée, un réducteur et différents carters). Cette chaine de calcul couplée, validée expérimentalement sur une montée en régime complète, permettra de dépasser les limitations d’une modélisation analytique traditionnelle et mettra en évidence un certain nombre de phénomènes originaux. Cet outil numérique nous permettra d’investiguer l’impact vibro-acoustique d’un certain nombre de phénomènes physiques complexes comme les excentricités rotoriques, les harmoniques de courants, la composante tangentielle des efforts magnétiques et les vibrations rotoriques. L’étude de ces phénomènes mettra en évidence les variations de comportement vibro-acoustique entre un modèle parfait de machine simple, tel que généralement considéré dans les modélisations analytiques, et le comportement d’une structure complexe réelle. On propose finalement grâce à cet outil, un certain nombre d’optimisations du plan de tôles magnétique de la machine électrique permettant de réduire les niveaux vibro10 acoustique du groupe moto-propulseur. Ces optimisations, validées expérimentalement pour certaines d’entres elles, permettent d’établir qu’il existe des géométries permettant de réduire considérablement les niveaux acoustiques sans impacter les performances électrotechniques de la machine.