In this work, the time-harmonic acoustic radiation of a source in an infinite duct, filled with a parallel shear flow, is considered. The phenomenon is modelled by the Galbrun equation whose unknown is the displacement perturbation u. The aim of this study is to compute a finite element method which could be extended to more complex geometries and flows. A previous PhD work achieved by Guillaume Legendre dealt with this problem in the case of a uniform flow, by writing a ”regularized” formulation of the Galbrun equation in order to overcome a lack of ellipticity. This work aims to extend this method to non uniform flows. The additional difficulty comes from the fact that the vorticity ψ = rot u (which is involved in regularization) can not be calculated a priori anymore because the shear effect produces an interaction between acoustics and hydrodynamics. In a dissipative regime, we get the relation between ψ and u thanks to a convolution (along the streamlines). For the slow flows, this relation (which corresponds to a very oscillating integral) can be approximated by a simpler differential term. The use of the approximation leads to a new model called ”low Mach”. A similar approach is applied in order to solve the non dissipative problem by the means of PML (Perfectly Matched Layers). The two approaches (exact and ”low Mach”) have been validated by 2D and 3D numerical simulations.

Ce travail concerne le bruit propage à l'intérieur de l'habitacle de véhicules automobiles. Le guide formé par le plancher et la chaussée semble jouer un rôle important sur le niveau de bruit. Les effets de l'écoulement et de la fréquence dans ce guide sont l'objet de ce travail. Cette étude, qui repose sur une méthode modale, concerne la propagation des ondes à l'intérieur d'un conduit bidimensionnel à parois rigides parcouru par un écoulement cisaille. Deux types de profils de vitesse sont considérés : l'écoulement cisaille à gradient constant et l'écoulement représentatif d'une couche limite turbulente. La méthode de résolution repose sur une technique de stratification consistant à diviser le conduit en couches d'écoulement uniforme. Elle permet la détermination des solutions modales par le calcul du potentiel complexe des vitesses acoustiques dans chaque couche, pour les modes amont, aval, propagatifs et évanescents. Les profils de pression correspondants peuvent être déterminés dans la section du conduit. Le mode 'quasi-plan' aval est notamment comparé avec les résultats obtenus par différents auteurs. La troisième partie du travail consiste à étudier, par synthèse modale, le rayonnement d'une source acoustique placée en début de conduit, et à évaluer les effets de la fréquence et de la vitesse de l'écoulement sur l'évolution de la pression au niveau du plancher du véhicule. Dans un premier temps, la propagation est étudiée dans un conduit infini. L'accroissement de la pression moyenne du au cisaillement de l'écoulement a notamment pu être apprécié. Dans un deuxième temps, on étudie l'effet de la réflexion des modes sur une section terminale dans deux cas (la section de pression acoustique nulle et le raccord avec un écoulement uniforme) de façon à observer l'effet de la terminaison sur la répartition de pression sur le plancher.

Lorsqu'une cavité est soumise à un écoulement turbulent, de forts niveaux sonores peuvent être engendrés. Pur évaluer les niveaux de pression acoustique en champ lointain une approche en deux étapes est proposée. Tout d'abord, des simulations numériques de l'écoulement, considéré comme incompressible, sont réalisées à partir des équations de Reynolds complétées par des lois de fermeture élémentaires (k-c, sgs Smagorinsky). En outre, des visualisations et des mesures de pression fluctuante pariétale sont réalisées en tunnel hydraulique ; ces mesures ne sont pas suffisamment exhaustives pour conduire à une validation totale des modèles numériques dont on a pu cependant repérer certaines lacunes, En conséquence, on a plutôt cherché à combiner les résultats issus de ces modèles et les données expérimentales pour constituer des données d'entrée cohérentes du modèle acoustique correspondant à la deuxième étape. Ensuite, un modèle acoustique simple, fondé sur l'analogie de Lighthill, permet le calcul de la fréquence et de l'amplitude de pression acoustique en champ lointain. Pour tester ce modèle, on s'appuie par ailleurs sur des mesures acoustiques en champ lointain réalisées dans une soufflerie anéchoïque. Le modèle acoustique fournit un ordre de grandeur très satisfaisant des niveaux de pression acoustique mesurés. Enfin, un développement annexe de ce travail a consisté à raffiner la typologie des écoulements dans les cavités lorsque le rapport géométrique L/H augmente. On distingue alors trois configurations d'écoulement. Pour une cavité carrée, l'écoulement est quasi-2D. Pour un rapport géométrique de l'ordre de 1,5, l'écoulement fortement 3D se caractérise par une ondulation transverse de la zone de recirculation principale. Enfin, pour des rapports géométriques supérieurs à 2, la zone de recirculation se concentre sur la partie aval de la cavité ; l'écoulement est alors 2D.

On s'intéresse dans ce travail à la prévision numérique du bruit rayonné par des écoulements turbulents libres subsoniques et supersoniques. Dans une première partie, on présente une modélisation statistique avec une résolution intégrale de l'équation de Lighthill. On développe deux modélisations pour des écoulements turbulents libres possédant un nombre de mach convectif soit subsonique, soit supersonique. Le calcul du champ moyen est effectué par résolution des équations de Navier-Stokes moyennées, avec un modèle de turbulence compressible k-epsilon. Dans une seconde partie, on utilise les équations d'Euler linéarisées autour d'un écoulement moyen stationnaire pour calculer le rayonnement acoustique. Le champ moyen est déterminé par résolution des équations de Navier-Stokes moyennées, alors que l'on utilise un champ spatio-temporel synthétique pour la turbulence. Le système forme par les équations d'Euler linéarisées et leurs termes sources est résolu numériquement. Sur un plan pratique, les développements réalisés ici sont déjà utilisés pour la prévision aéroacoustique dans des systèmes industriels

UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE CALCUL DU CHAMP SONORE RAYONNE PAR UN ECOULEMENT INHOMOGENE CONDUIT A ETABLIR UNE EQUATION DE PROPAGATION DU DEUXIEME ORDRE, QUE L'ON RESOUD EN SUPPOSANT QUE VITESSE MOYENNE ET TEMPERATURE SONT DES FONCTIONS D'UNE SEULE VARIABLE. ON SE SERT DE LA THEORIE DE L'ACOUSTIQUE GEOMETRIQUE APPLICABLE A DES LONGUEURS D'ONDES SONORES PETITES DEVANT LES INHOMOGENEITES DU MILIEU. ETUDE DE LA REFRACTION DES ONDES SONORES DANS L'ATMOSPHERE ET DANS DEUX MILIEUX CONVECTIFS HOMOGENES, SEPARES SUR UNE SURFACE DE DISCONTINUITE. CALCUL DU RAYONNEMENT ACOUSTIQUE D'UN JET CHAUD: DESCRIPTION DES HYPOTHESES ET DES RESULTATS

Le contexte industriel de cette thèse est l'amélioration des outils de calcul aéroacoustique utilisés pendant les phases de conception des automobiles. L'objectif principal de ce travail est de développer et d'évaluer des méthodes numériques donnant accès au rayonnement sonore produit par des écoulements turbulents à faible nombre de Mach. Pour ce faire, nous utilisons les analogies acoustiques qui fournissent le champ sonore en deux étapes : d'une part le champ turbulent de vitesse incompressible est simulé en utilisant une méthode instationnaire appropriée (U-RANS et LES). D'autre part les termes sources sont construits à partir des grandeurs turbulents et sont combinés à un opérateur de propagation. La formulation utilisée pour extrapoler le champ sonore est la solution de l'équation de Ffowcs Williams et Hawkings. Cette technique est validée sur une configuration de cylindre puis utilisée pour traiter une configuration plus complexe : un demi cylindre sur un plan infini.