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Noise pollution has been identified as a physiological stressor that impacts both the physiological and psychological health of those exposed to it. This recognition has motivated the imposition of stricter noise regulations which justify the increasing importance of vibroacoustic performance in a broad range of industries that includes the automotive, aerospace, building, and home appliance industries. However, the need and demand for better acoustic comfort often conflict with other design imperatives such as compactness, cost, weight, or ecological targets. Notably, an easy way to increase the vibroacoustic performance of a structure is to increase its mass which, because it requires the use of more material, impacts all the aforementioned targets.In the past decades, the technical challenges induced by higher vibroacoustics standards have been answered by combining stiff, lightweight materials such as aluminum with so-called “vibroacoustic packages” including viscoelastic and poroelastic materials known for their respective abilities to dissipate vibration and acoustic energy. Recently, periodic structures and metamaterials have emerged as a possible, complementary way to achieve better vibroacoustic performance as they often possess unconventional wave propagation properties caused by their multi-scale nature. As a result, they have been the focus of intensive research aimed at understanding their phenomenology and leveraging it in novel vibroacoustic designs.Three challenges to the realization of the aforementioned research program are identified and constitute the main focus of this thesis. Firstly, the computational cost associated with the modeling of metamaterial solutions. Secondly, the absence of a well-established optimization framework for the optimization of metamaterials that accounts for the specificities of the multi-scale/spectral methods developed to model them. Lastly, the difficulty to compare experimental results with numerical models as multiscale methods predict indicators that are not easily measured or estimated (e.g. wavenumbers).To reduce the computational cost associated with the modeling of metamaterials, two model order reduction schemes are developed. The first one concerns the free and forced wave propagation in periodic media and combines mode-based and wave-based reduction methods. The proposed scheme is compared to other techniques presented in the literature and is shown to perform favorably. The second method is based on a multiparameter moment matching technique and is developed to speed up sound transmission loss computations in the shift cell operator method. A reduction of CPU time by up to three orders of magnitude is observed.Regarding optimization, a framework for the unit-cell modeling of periodic structures and metamaterials is developed. The proposed framework combines semi-analytical derivatives of objectives functions computed through unit-cell methods with a second-order optimization algorithm. The aforementioned algorithm is an instance of sequential quadratic programming that combines a line search method (used when the optimization function is locally convex) and an ellipsoidal trust-region method. The proposed framework is applied to model updating, sound transmission loss, and vibration-based problems and produces effective solutions in all cases.Concerning the experimental characterization of periodic media, a novel wavenumber extraction method is developed. The proposed method requires periodic sampling of the signal of interest to produce a convolution kernel that describes its wavenumbers or k-space. In this work, the proposed method is compared to other wavenumber extraction techniques presented in the literature and outperforms them in terms of speed and accuracy., De nombreuses études identifient la pollution sonore comme une source de stresse physiologique et psychologique qui impacte négativement la santé des personnes y étant exposées. Cette reconnaissance, relativement récente, de l’impacts des nuisances sonores à conduit à l’introduction de normes et réglementations sonores de plus en plus strictes pour les industries aérospatiale, automobile et électroménagères. Cependant, ces nouvelles exigences en matière de confort acoustique entre souvent en conflit avec d’autres objectifs de conception industriels tel que la compacité, le poids, la minimisation des coûts et de l’impact écologique.Traditionnellement, les défis techniques induits par les réglementations sonores sont résolues par l’usage joint de matériaux légers et résistants (comme l’aluminium) et de traitements vibroacoustiques s’appuyant sur les propriétés dissipatives des matériaux viscoélastiques (pour dissiper l’énergie vibratoire) et poroélastiques (pour la dissipation de l’énergie acoustique). Du fait de leur nature multi-échelles et de leurs propriétés non conventionnelles en matière de propagation des ondes, structures périodiques et métamatériaux sont depuis peu considérés comme de nouvelles solutions techniques permettant l’amélioration des performances vibroacoustiques sans trop impacter les autres objectifs de conception. En tant que tel, ils sont l’objets de maintes recherches avec pour objectifs la compréhension de leur phénoménologie et leur intégration dans le milieu industriel.Les thématiques abordées dans ce manuscrit correspondent à trois obstacles majeurs à la réalisation du programme de recherche susmentionné. En premier lieu, les coûts de calcul associés à la modélisation de structures périodiques et de métamatériaux. Deuxièmement, l’absence d’un cadre conceptuel pour l’optimisation systématique des métamatériaux. Un tel cadre se devant de prendre en compte les spécificités des méthodes spectrales développés pour l’étude des métamatériaux. En dernier lieu, les difficultés liées à la comparaison de résultats expérimentaux (e.g. champs de déplacement) avec des résultats théoriques (e.g. nombre d’ondes).Deux méthodes de réduction sont développées en vue de réduire les coûts de calculs associés à la modélisation de structures périodiques. La première vise l’étude de la propagation des ondes dans les structures périodiques. Elle combine des méthodes de réductions fondés sur l’analyse modale, l’analyse ondulatoire et la sous-structuration. La deuxième s’applique aux calculs de transmission acoustique. Elle se fonde sur une extension des méthodes de sous-espaces de Krylov a l’analyse multiparamétrique et permet de réduire la complexité du problème de plusieurs ordres de grandeur.Concernant l’optimisation des métamatériaux, un cadre conceptuel permettant leur optimisation systématique via des méthodes numériques est développé. Ce cadre combine une approche systématique permettant d’obtenir les dérivées premières et secondes des fonctions objectifs à un algorithme d’optimisation quadratique successive. L’algorithme susmentionné marie une méthode de recherche linéaire (utilisé quand la fonction objective est localement convexe) à un algorithme de région de confiance ellipsoïdale (utilisée en présence de courbure négative). Le cadre conceptuel décrit dans le présent manuscrit est appliqué à des problèmes de caractérisation, de transmission acoustique, et d’optimisation vibratoire et produit des solutions effectives dans chacun de ces cas.Pour ce qui est de la caractérisation expérimentale des milieux périodiques, une nouvelle méthode pour l’extraction de nombre d’onde est développée. Ladite méthodes requière un échantillonnage périodique des signaux considérés qu’elle utilise pour produire un opérateur de convolution compacte qui décrit les nombres d’ondes et/ou le k-space. Cette nouvelle technique est comparée à d’autre méthodes de la littérature et les surpasse en termes de précision et de rapidité.

This thesis work is the result of collaboration between the members of the consortium named CIRTrans. This consortium brings together the following industrial partners: ALSTOM, ARQUUS (Renault Trucks Defense), GIMA, REDEX, REEL, SAFRAN, TEXELIS, VOLVO; as well as the institutional members: the LabECAM from ECAM Lyon, the LaMCoS from INSA Lyon and the LTDS from Ecole Centrale de Lyon. The aim of this consortium is to pool the resources and know-how of all the partners on the issues of gears power transmission such as mechanical strength, power losses or vibroacoustic phenomena. This thesis work integrates this last problematic and relates to the prediction and the optimization of the whining noise of the study gearbox. The whining noise comes from the Static Transmission Error (STE) generated by the meshing process. During this research work, a methodology to compute the stationary dynamic responses of a railway gearbox was developed. We take into account the modal basis of the system and the spectra of the static transmission error and the mesh stiffness to calculate the dynamic responses. To compute the modal basis, the finite element model takes into account the coupling between teeth, the complete modeling of the wheel bodies ans the housing and a lumped parameter model of the bearings. The spectra of STE and mesh stiffness are computed from gear microgeometry, deviations and tooth flexibility and from a modeling of the contact between the gear teeth. Experimental campaigns carried out in order to establish the relevance of the calculation methodology. The 1st measurement campaign concerns an experimental modal analysis with a shock hammer. Experimental modes are identified and allow tuning and validation of the numerical model from the criterion of MAC (Modal Assurance Criterion). the 2nd measurement campaign concerns an analysis of the dynamic response of the gearbox under stationnary operating conditions. These measurements allow highlighting the spectral richness of the gearbox dynamic and vibroacoustic response. Then, computations / measurements comparisons on vibroacoustic behavior were carried out. Finally, once the calculation method validated, we were able to carry out various optimizations (topological, thickness, lattices). These different optimizations are compared with the original gearbox. A vibroacoustic power decrease between 1 to 14 dB is observed depending on the operating conditions and the type of optimization., Ces travaux de thèse sont le fruit de la collaboration entre les membres du consortium nommé CIRTrans. Ce consortium regroupe les partenaires industriels suivants : ALSTOM, ARQUUS (Renault Trucks Defense), GIMA, REDEX, REEL, SAFRAN, TEXELIS, VOLVO ; ainsi que les membres institutionnels : le LabECAM de l'ECAM Lyon, le LaMCoS de l'INSA Lyon et le LTDS de l'Ecole Centrale de Lyon. Ce consortium a pour but de mutualiser les moyens et savoir-faire de l'ensemble des partenaires sur les problématiques des transmissions de puissance par engrenages telles que la tenue mécanique, les pertes de puissance ou les phénomènes vibroacoustiques. Ce travail de thèse intègre cette dernière thématique et porte sur la prédiction et l'optimisation du bruit de sirène du réducteur d'étude. Le bruit de sirène provient de l’Erreur Statique de Transmission (EST) générée par le processus d'engrènement. Lors de ces travaux de recherche, une méthodologie de calculs de réponses dynamiques d'un réducteur ferroviaire en régime stationnaire a été mise en oeuvre. Pour calculer les réponses dynamiques, la base modale du système ainsi que les spectres de l'erreur statique de transmission et de la raideur d'engrènement sont pris en compte. Pour déterminer la base modale, le modèle en éléments finis prend en compte le couplage entre dentures, la modélisation complète des corps de roues et du carter ainsi qu'une modélisation simplifiée des roulements. Les spectres de l'EST et de la raideur d'engrènement sont calculés à partir des efforts, des souplesses, des écarts microgéométriques des dentures et d'une modélisation du contact entre les dents. Afin d'asseoir la pertinence de la méthodologie de calcul, des campagnes expérimentales ont été menées. La première campagne de mesures concerne une analyse modale expérimentale au marteau de choc. Des modes expérimentaux ont été identifiés, ils ont permis de recaler et valider le modèle numérique à partir du critère de MAC (Modal Assurance Criterion). La deuxième campagne de mesures s'attache à une analyse de la réponse dynamique du réducteur en condition de fonctionnement. Ces mesures ont permis de mettre en évidence la richesse de la réponse vibroacoustique du réducteur. De plus, des confrontations calculs/mesures sur le comportement vibroacoustique ont été réalisées. Enfin, une fois la méthode de calcul validée, différentes optimisations du carter (topolgique, épaisseur, lattices) ont été réalisées. Ces différentes optimisations ont été comparées avec le réducteur d'origine. Suivant les régimes de fonctionnement et le type d'optimisation, une réduction de la puissance vibroacoustique est observée allant de 1 à 14 dB.

Internal erosion is a major cause of failure of hydraulic structures such as embankment dikes and dams. In particular, it is initiated by localized flows, which transport soil particles through the embankment or its foundation. The detection of vibroacoustic emissions from such flows is considered in this work. It is based on the use of sensors to measure the vibroacoustic energy associated with internal sources such as turbulent flows. The Hole Erosion Test is a laboratory test used in geomechanics to characterize the erosion resistance of soils against localized flows. Tests have been carried out with the Hole Erosion Test equipped with accelerometers. The analysis of the measurements shows a strong correlation between the pipe diameter and the power spectral density (PSD) of the measured sound pressure, and with the hydraulic measurements (flow rate and differential pressure). An analytical model is presented. It is based on the resolution of a propagation equation with a characteristic source term of the turbulent boundary layer type. The analytical results are in good agreement with the studied physics. These theoretical and experimental investigations, carried out for turbulent flows without soil erosion, show the possibility to detect and quantify localized flows by vibroacoustic measurement. The consideration of erosion is still an open question., L’érosion interne est une cause majeure de la rupture des ouvrages hydrauliques tels que les digues de protection et les barrages en remblai. Elle est notamment initiée par des écoulements localisés, qui détachent et transportent les particules de sol à travers le remblai ou sa fondation. La détection des émissions vibroacoustiques de tels écoulements est envisagée dans ce travail. Elle repose sur l’utilisation de capteurs permettant de mesurer l’énergie vibroacoustique associée à des sources internes telles que les écoulements turbulents. Le Hole Erosion Test est un essai de laboratoire utilisé en géomécanique pour caractériser la résistance à l’érosion des sols vis à vis des écoulements localisés. Des essais ont été réalisés avec le Hole Erosion Test équipé d’accéléromètres. L’analyse des mesures montre une forte corrélation entre le diamètre du conduit et la densité spectrale de puissance (PSD) de la pression acoustique mesurée, et avec les mesures hydrauliques (débit et pression différentielle). Un modèle analytique a été développé. Il est fondé sur la résolution d’une équation de propagation avec un terme source caractéristique de type couche limite turbulente. Les résultats analytiques sont en bon accord avec la physique étudiée. Ces investigations théoriques et expérimentales, réalisées pour des écoulements turbulents sans érosion du sol, montrent la possibilité de détecter et de quantifier des écoulements localisés par mesure vibroacoustique. La prise en compte de l’érosion reste encore une question ouverte.

Internal erosion is a major cause of failure of hydraulic structures such as embankment dikes and dams. In particular, it is initiated by localized flows, which transport soil particles through the embankment or its foundation. The detection of vibroacoustic emissions from such flows is considered in this work. It is based on the use of sensors to measure the vibroacoustic energy associated with internal sources such as turbulent flows. The Hole Erosion Test is a laboratory test used in geomechanics to characterize the erosion resistance of soils against localized flows. Tests have been carried out with the Hole Erosion Test equipped with accelerometers. The analysis of the measurements shows a strong correlation between the pipe diameter and the power spectral density (PSD) of the measured sound pressure, and with the hydraulic measurements (flow rate and differential pressure). An analytical model is presented. It is based on the resolution of a propagation equation with a characteristic source term of the turbulent boundary layer type. The analytical results are in good agreement with the studied physics. These theoretical and experimental investigations, carried out for turbulent flows without soil erosion, show the possibility to detect and quantify localized flows by vibroacoustic measurement. The consideration of erosion is still an open question.; L’érosion interne est une cause majeure de la rupture des ouvrages hydrauliques tels que les digues de protection et les barrages en remblai. Elle est notamment initiée par des écoulements localisés, qui détachent et transportent les particules de sol à travers le remblai ou sa fondation. La détection des émissions vibroacoustiques de tels écoulements est envisagée dans ce travail. Elle repose sur l’utilisation de capteurs permettant de mesurer l’énergie vibroacoustique associée à des sources internes telles que les écoulements turbulents. Le Hole Erosion Test est un essai de laboratoire utilisé en géomécanique pour caractériser la résistance à l’érosion des sols vis à vis des écoulements localisés. Des essais ont été réalisés avec le Hole Erosion Test équipé d’accéléromètres. L’analyse des mesures montre une forte corrélation entre le diamètre du conduit et la densité spectrale de puissance (PSD) de la pression acoustique mesurée, et avec les mesures hydrauliques (débit et pression différentielle). Un modèle analytique a été développé. Il est fondé sur la résolution d’une équation de propagation avec un terme source caractéristique de type couche limite turbulente. Les résultats analytiques sont en bon accord avec la physique étudiée. Ces investigations théoriques et expérimentales, réalisées pour des écoulements turbulents sans érosion du sol, montrent la possibilité de détecter et de quantifier des écoulements localisés par mesure vibroacoustique. La prise en compte de l’érosion reste encore une question ouverte.

National audience; Les structures sandwich à cœur de type nid d'abeille sont largement employées dans l'industrie aéronautique, notamment pour leur grande rigidité de flexion à faible masse. Cette dernière caractéristique a néanmoins pour effet de réduire l’indice d’affaiblissement acoustique. Pour remédier à cela, une nouvelle stratégie passive de réduction des vibrations mécaniques et du rayonnement acoustique est modélisée. L'idée fondatrice est l’insertion, dans certaines cellules du nid d’abeille, d’hétérogénéités selon un schéma choisi, créant ainsi un réseau d’obstacles pour la propagation des ondes mécaniques et donc des phénomènes de réflexion, transmission, voire dissipation de l'énergie mécanique vibratoire. L’innovation consiste donc à tirer parti de la géométrie du nid d’abeille, mais surtout à s’orienter vers des réseaux présentant un motif autosimilaire type fractal, afin d’avoir un impact sur de multiples gammes de fréquences.

Dielectric elastomers are soft active materials capable of large deformations when activated by a high voltage. They consist of a thin elastomer membrane (generally made of silicone or acrylic), sandwiched between compliant electrodes. The thickness of the assembly is about 100 microns. When a high voltage is applied between the electrodes, the membrane is squeezed between the electrodes, and increases in area by up to 100%.This electromechanical conversion principle can be used to build loudspeakers. Prototypes have been developed and tested by several research groups, and models have been proposed to estimate their performance.An intrinsic characteristic of dielectric elastomer loudspeakers is their multi-physic nature. Indeed, the actuation mechanism is itself a coupling between electrostatics and mechanics; the membrane is very thin and light, and couples therefore strongly with the surrounding air which is comparatively heavy; and finally the electrode electrical resistivity induces a coupling between electrodynamics and mechanics.The models proposed so far did not consider all of these couplings together, which limited their use to qualitative estimations. In this thesis, a multi-physic model of dielectric elastomer loudspeakers is set-up, in order to optimize their acoustic performances, in terms of frequency response, radiated level, and directivity. The strong couplings between electrostatics, membrane dynamics, acoustics and electrodynamics are studied with a finite element model in FreeFEM. This model is validated by dynamical and acoustical measurements, and then used to improve the performances of the prototype, by working on several levels: optimisation of the excitation, filtering, damping and control., Les élastomères diélectriques sont des matériaux actifs souples capables de grandes déformations sous chargement électrique. Ils sont constitués d’une fine membrane d’élastomère (en général en silicone ou en acrylique), recouverte de chaque côté par des électrodes souples et étirables. L’ensemble a une épaisseur de l’ordre de 100 microns. Lorsqu’une tension électrique est appliquée entre les électrodes, la membrane se comprime et sa surface peut augmenter de plus de 100%.Ce principe de conversion électromécanique peut être utilisé pour réaliser des haut-parleurs. Des prototypes ont été développés par plusieurs groupes de recherche, et des modèles ont été proposés pour évaluer leurs performances.Une caractéristique intrinsèque des haut-parleurs en élastomères diélectriques est leur nature multiphysique. En effet, le mécanisme d'actionnement est lui-même un couplage entre électrostatique et mécanique; la membrane est très fine et légère, et se couple ainsi fortement à l'acoustique car l’air est lourd par rapport à la membrane; et enfin la résistivité des électrodes engendre un couplage entre l'électro-dynamique et la mécanique.Les modèles proposés jusqu’alors ne considéraient pas l’ensemble de ces couplages, limitant leur utilisation à des estimations qualitatives. Dans cette thèse, un modèle multiphysique de haut-parleurs en élastomères diélectriques est mis en place, afin de permettre l’optimisation de leurs performances acoustiques, en terme de réponse en fréquence, niveau rayonné, et directivité.Les couplages forts entre électrostatique, dynamique membranaire, acoustique, et électrodynamique sont étudiés à l’aide d’un modèle par éléments finis dans FreeFEM. Ce modèle est validé par des comparaisons avec des mesures dynamiques et acoustiques, et ensuite utilisé pour améliorer les performances du prototype, en travaillant sur plusieurs plans : optimisation de l’excitation, filtrage, amortissement, et contrôle.

In this last decades, honeycomb sandwich panels have been the subject of intensive researches. Indeed, their high mechanical performances combined to a low stiffness to weight ratio result in a reduced acoustic efficiency. Therefore, many designs are usually proposed to overcome this issue. Besides, different methods are developed to model more complex structures using the periodic structure theory to study the wave propagation allowing to investigate the vibroacoustic parameters. The main purpose of this thesis is to investigate the vibroacoustic multi-scale behavior of multi-layer core topology systems which consist on stacking layers of honeycomb cores leading to an impedance mismatch between layers. In addition, such structures allow to increase the design space up to now limited to standard sandwich panels made of a single honeycomb core. Therefore, it is possible to obtain many configurations keeping the mass constant with simple shifting process between layers. A parametric model is proposed allowing to extract the unit cell through the thickness of the panel and to apply the periodic structure theory. Modelling multi-layer core topology systems has been performed using the wave finite element method, and an extended method has been proposed to solve the acoustic transmission problem. The study is focused on transition frequencies, the sound transmission loss as well as veering effects and internal resonances, to finally optimize the geometrical parameters and to analyze their influence on the acoustical and mechanical performances of the structure. Although the out-of-plane compression properties of multi-layer core topology systems are reduced, it is possible to strongly improve the in-plane compression properties. These later are studied by comparing a multi-layer hexagonal core and a standard single hexagonal core. Finally, using multi-layer core topology systems and a perforated upper skin, it is possible to increase the energy dissipation occurring inside the core and thus, improve the sound absorption coefficient. Therefore, the thermo-viscous effect is considered. The acoustic behavior is similar to porous media and the Johnson-Champoux-Allard parameters are retrieved to characterize the acoustic fluid flow.An improvement of the sound transmission loss and the sound absorption coefficient is obtained in a broadband frequency and the obtained resonance frequencies can be modified. However, this leads to lower mechanical properties especially the compression modulus and the dynamic rigidity.; Les panneaux sandwichs en nid d'abeille ont fait l'objet d'intenses recherches ces dernières décennies. En effet, outre leurs bonnes performances mécaniques et leur rapport rigidité poids faible, il en résulte une baisse importante des propriétés acoustiques. Ainsi, de nombreux designs sont régulièrement proposés afin de palier à cette problématique. En parallèle, différents modèles sont développés afin de modéliser des structures de plus en plus complexes, en utilisant notamment les propriétés périodiques dans le but d’étudier la propagation des ondes. Cette dernière permet une étude approfondie des paramètres vibro-acoustique de la structure. Cette thèse se propose d'étudier des panneaux sandwichs dont le cœur est constitué d'un empilement de nids d'abeille. L'empilement est effectué sans peau intermédiaire, ce qui mène à une rupture d'impédance due aux surfaces de contacts entre les couches. De plus, une telle structure permet d'augmenter l'espace de design jusque-là limité par les structures standard composées d'un unique cœur. Il est alors possible d'obtenir de nombreuses configurations sans altérer la masse, grâce notamment à des décalages entre les couches. Un modèle paramétrique est proposé afin de permettre l'extraction d'une cellule unitaire à travers l'épaisseur du panneau et donc d'appliquer les propriétés périodiques. La modélisation des structures multicouches en nid d'abeille est effectuée via le modèle éléments finis de la cellule unitaire et l'extension d'un modèle existant afin d'obtenir les propriétés en transmission acoustique. L'étude se focalise alors sur les phénomènes de fréquences de transition, de transmission sonore ainsi que les phénomènes de couplage d'ondes et de résonances internes, pour finir avec une optimisation des paramètres géométriques et l'étude de l'influence de ces derniers sur les performances mécaniques et acoustique de la structure. Bien que les propriétés mécaniques lors d'un chargement en compression orthogonal au plan du nid d'abeille se révèlent diminuées dans le cas des structures multicœur, il est possible d'augmenter fortement leurs propriétés en compression dans le plan du cœur. Celles-ci sont étudiées via la comparaison d'une structure multicœur en nid d'abeille hexagonal avec une structure standard. Finalement, ces travaux de thèse se terminent par une étude de l'absorption acoustique avec notamment l’ajout de perforations sur les peaux supérieurs de la structure et l'effet thermo-visqueux qui se produit dans le cœur. En effet, il est possible d'augmenter la dissipation d'énergie de l'onde acoustique en modifiant la géométrie du nid d'abeille de chaque couche, et donc d'agir sur le coefficient d'absorption. Le parallèle est effectué avec les structures poreuses et les paramètres de Jhonson-Champoux-Allard sont calculés pour caractériser l’écoulement du fluide acoustique ainsi que pour alimenter le modèle.Une forte augmentation de la transmission acoustique est obtenue sur l'ensemble de la plage de fréquence étudiée ainsi qu'une amélioration des performances en absorption. Toutefois, cela entraîne la diminution des propriétés mécanique dont le module de compression ainsi que la rigidité dynamique.

In this last decades, honeycomb sandwich panels have been the subject of intensive researches. Indeed, their high mechanical performances combined to a low stiffness to weight ratio result in a reduced acoustic efficiency. Therefore, many designs are usually proposed to overcome this issue. Besides, different methods are developed to model more complex structures using the periodic structure theory to study the wave propagation allowing to investigate the vibroacoustic parameters. The main purpose of this thesis is to investigate the vibroacoustic multi-scale behavior of multi-layer core topology systems which consist on stacking layers of honeycomb cores leading to an impedance mismatch between layers. In addition, such structures allow to increase the design space up to now limited to standard sandwich panels made of a single honeycomb core. Therefore, it is possible to obtain many configurations keeping the mass constant with simple shifting process between layers. A parametric model is proposed allowing to extract the unit cell through the thickness of the panel and to apply the periodic structure theory. Modelling multi-layer core topology systems has been performed using the wave finite element method, and an extended method has been proposed to solve the acoustic transmission problem. The study is focused on transition frequencies, the sound transmission loss as well as veering effects and internal resonances, to finally optimize the geometrical parameters and to analyze their influence on the acoustical and mechanical performances of the structure. Although the out-of-plane compression properties of multi-layer core topology systems are reduced, it is possible to strongly improve the in-plane compression properties. These later are studied by comparing a multi-layer hexagonal core and a standard single hexagonal core. Finally, using multi-layer core topology systems and a perforated upper skin, it is possible to increase the energy dissipation occurring inside the core and thus, improve the sound absorption coefficient. Therefore, the thermo-viscous effect is considered. The acoustic behavior is similar to porous media and the Johnson-Champoux-Allard parameters are retrieved to characterize the acoustic fluid flow.An improvement of the sound transmission loss and the sound absorption coefficient is obtained in a broadband frequency and the obtained resonance frequencies can be modified. However, this leads to lower mechanical properties especially the compression modulus and the dynamic rigidity., Les panneaux sandwichs en nid d'abeille ont fait l'objet d'intenses recherches ces dernières décennies. En effet, outre leurs bonnes performances mécaniques et leur rapport rigidité poids faible, il en résulte une baisse importante des propriétés acoustiques. Ainsi, de nombreux designs sont régulièrement proposés afin de palier à cette problématique. En parallèle, différents modèles sont développés afin de modéliser des structures de plus en plus complexes, en utilisant notamment les propriétés périodiques dans le but d’étudier la propagation des ondes. Cette dernière permet une étude approfondie des paramètres vibro-acoustique de la structure. Cette thèse se propose d'étudier des panneaux sandwichs dont le cœur est constitué d'un empilement de nids d'abeille. L'empilement est effectué sans peau intermédiaire, ce qui mène à une rupture d'impédance due aux surfaces de contacts entre les couches. De plus, une telle structure permet d'augmenter l'espace de design jusque-là limité par les structures standard composées d'un unique cœur. Il est alors possible d'obtenir de nombreuses configurations sans altérer la masse, grâce notamment à des décalages entre les couches. Un modèle paramétrique est proposé afin de permettre l'extraction d'une cellule unitaire à travers l'épaisseur du panneau et donc d'appliquer les propriétés périodiques. La modélisation des structures multicouches en nid d'abeille est effectuée via le modèle éléments finis de la cellule unitaire et l'extension d'un modèle existant afin d'obtenir les propriétés en transmission acoustique. L'étude se focalise alors sur les phénomènes de fréquences de transition, de transmission sonore ainsi que les phénomènes de couplage d'ondes et de résonances internes, pour finir avec une optimisation des paramètres géométriques et l'étude de l'influence de ces derniers sur les performances mécaniques et acoustique de la structure. Bien que les propriétés mécaniques lors d'un chargement en compression orthogonal au plan du nid d'abeille se révèlent diminuées dans le cas des structures multicœur, il est possible d'augmenter fortement leurs propriétés en compression dans le plan du cœur. Celles-ci sont étudiées via la comparaison d'une structure multicœur en nid d'abeille hexagonal avec une structure standard. Finalement, ces travaux de thèse se terminent par une étude de l'absorption acoustique avec notamment l’ajout de perforations sur les peaux supérieurs de la structure et l'effet thermo-visqueux qui se produit dans le cœur. En effet, il est possible d'augmenter la dissipation d'énergie de l'onde acoustique en modifiant la géométrie du nid d'abeille de chaque couche, et donc d'agir sur le coefficient d'absorption. Le parallèle est effectué avec les structures poreuses et les paramètres de Jhonson-Champoux-Allard sont calculés pour caractériser l’écoulement du fluide acoustique ainsi que pour alimenter le modèle.Une forte augmentation de la transmission acoustique est obtenue sur l'ensemble de la plage de fréquence étudiée ainsi qu'une amélioration des performances en absorption. Toutefois, cela entraîne la diminution des propriétés mécanique dont le module de compression ainsi que la rigidité dynamique.

Noises and vibrations control is a common objective in the industrial field. Whether it is a question of comfort or safety, the fields of application are numerous and varied: transport, building, civil and military engineering… In this thesis, a vibroacoustics interior problem with fluid-structure coupling is studied. A cavity filled of fluid whose walls are made of a sandwich viscoelastic structure is considered. The numerical difficulties associated with this model relate to the non-linearity of the viscoelastic material and the properties of the matrix operators used (conditioning, non-symmetry). The calculation of the vibrations of the coupled dissipative system requires an initial value, chosen as the solution to the conservative problem. Since this solution is difficult to determine, two eigenvalue algorithms based on the Asymptotic Numerical Method (ANM) are proposed to solve the problem of free vibrations of the conservative system. Combining high order perturbation and continuation techniques, ANM transforms the initial non-linear problem into a set of linear problems that are easier to solve. The solutions obtained are then used as the initial point to determine the free vibrations of the dissipative problem. A high order Newton solver, based on homotopy and perturbation techniques, is developed to solve this problem. Finally, the forced harmonic response of the damped system is computed. For all the configurations tested, the results obtained show improved numerical performance compared to the methods conventionally used (Arpack solver, Newton algorithm…).; La maîtrise du bruit et des vibrations est un objectif fréquemment rencontré dans le domaine industriel. Qu’il s’agisse de questions de confort ou de sécurité, les domaines d’applications sont nombreux et variés : transport, BTP, ingénierie civile et militaire… Dans cette thèse, un problème de vibroacoustique interne avec couplage fluide-structure est étudié. Il s’agit d’une cavité remplie de fluide dont les parois sont constituées d’une structure sandwich viscoélastique. Les difficultés numériques associées à ce modèle portent sur la non linéarité du matériau et sur les propriétés des opérateurs matriciels manipulés (conditionnement, non symétrie). Le calcul des vibrations du système dissipatif couplé nécessite une valeur initiale, choisie comme la solution du problème conservatif. Cette solution n’étant pas aisée à déterminer, deux solveurs aux valeurs propres basés sur la Méthode Asymptotique Numérique (MAN) sont proposés pour résoudre le problème des vibrations libres du système conservatif. Associant des techniques de perturbation d'ordre élevé et de continuation, la MAN permet de transformer le problème non linéaire de départ en une suite de problèmes linéaires, plus simples à résoudre. Les solutions obtenues sont ensuite utilisées comme point initial pour déterminer la réponse libre du système dissipatif. Un solveur de Newton d’ordre élevé, basé sur les techniques d’homotopie et de perturbation est développé pour résoudre ce problème. Enfin, le régime forcé est étudié. Pour toutes les configurations envisagées, les résultats obtenus mettent en évidence des performances numériques améliorées par rapport aux méthodes classiquement utilisées (Arpack, Newton…).

Noises and vibrations control is a common objective in the industrial field. Whether it is a question of comfort or safety, the fields of application are numerous and varied: transport, building, civil and military engineering… In this thesis, a vibroacoustics interior problem with fluid-structure coupling is studied. A cavity filled of fluid whose walls are made of a sandwich viscoelastic structure is considered. The numerical difficulties associated with this model relate to the non-linearity of the viscoelastic material and the properties of the matrix operators used (conditioning, non-symmetry). The calculation of the vibrations of the coupled dissipative system requires an initial value, chosen as the solution to the conservative problem. Since this solution is difficult to determine, two eigenvalue algorithms based on the Asymptotic Numerical Method (ANM) are proposed to solve the problem of free vibrations of the conservative system. Combining high order perturbation and continuation techniques, ANM transforms the initial non-linear problem into a set of linear problems that are easier to solve. The solutions obtained are then used as the initial point to determine the free vibrations of the dissipative problem. A high order Newton solver, based on homotopy and perturbation techniques, is developed to solve this problem. Finally, the forced harmonic response of the damped system is computed. For all the configurations tested, the results obtained show improved numerical performance compared to the methods conventionally used (Arpack solver, Newton algorithm…)., La maîtrise du bruit et des vibrations est un objectif fréquemment rencontré dans le domaine industriel. Qu’il s’agisse de questions de confort ou de sécurité, les domaines d’applications sont nombreux et variés : transport, BTP, ingénierie civile et militaire… Dans cette thèse, un problème de vibroacoustique interne avec couplage fluide-structure est étudié. Il s’agit d’une cavité remplie de fluide dont les parois sont constituées d’une structure sandwich viscoélastique. Les difficultés numériques associées à ce modèle portent sur la non linéarité du matériau et sur les propriétés des opérateurs matriciels manipulés (conditionnement, non symétrie). Le calcul des vibrations du système dissipatif couplé nécessite une valeur initiale, choisie comme la solution du problème conservatif. Cette solution n’étant pas aisée à déterminer, deux solveurs aux valeurs propres basés sur la Méthode Asymptotique Numérique (MAN) sont proposés pour résoudre le problème des vibrations libres du système conservatif. Associant des techniques de perturbation d'ordre élevé et de continuation, la MAN permet de transformer le problème non linéaire de départ en une suite de problèmes linéaires, plus simples à résoudre. Les solutions obtenues sont ensuite utilisées comme point initial pour déterminer la réponse libre du système dissipatif. Un solveur de Newton d’ordre élevé, basé sur les techniques d’homotopie et de perturbation est développé pour résoudre ce problème. Enfin, le régime forcé est étudié. Pour toutes les configurations envisagées, les résultats obtenus mettent en évidence des performances numériques améliorées par rapport aux méthodes classiquement utilisées (Arpack, Newton…).

Making the structure lighter is an important economic stake in the field of industrial activities such as automotive, aeronautic or naval, which gradually integrate composite materials in the manufacturing of structures. This reduction of the mass goes along with a stiffening of the matter implying acoustics and vibrations issues. Several methods exist to reduce vibrations or acoustic radiations of structures, but these methods increase the mass. In order to answer the problematic, we propose to change the dynamic behavior of structures with a periodic lattice of piezoelectric patches shunted with an electrical circuit whose the impedance can be controlled. Therefore, the control of the coupled behavior of the piezoelectric patches allows the control of vibrational wave's diffusion inside the structure and so to treat the structure-borne vibrations and airborne acoustics emission. The shunt method chosen is negative capacitance shunt which allows to modify the rigidity of a structure. This semi-passive method has several advantages: the implementation is simple, it is possible to integrate the patches directly inside the wall, it consumes a low amonte of electrical energy and its implementation is inexpensive.; L'allègement des structures est un enjeu économique important dans les domaines d'activités industrielles telles que l'automobile, l'aéronautique ou le naval, qui intègrent peu à peu les matériaux composites dans la fabrication des structures. Cet allègement s'accompagne d'un raidissement de la matière qui implique des problèmes de vibrations et d'isolation acoustique. Plusieurs méthodes de traitement existent pour diminuer les vibrations ou le bruit rayonné d'une paroi, mais ces méthodes ont l'inconvénient d'augmenter significativement la masse de la paroi. Afin de répondre à cette problématique, il est proposé dans cette thèse de modifier le comportement dynamique des structures à partir d'un réseau périodique de patchs piézoélectriques shuntés avec un circuit électrique dont il est possible de modifier l'impédance. En contrôlant ainsi le comportement dynamique des patchs piézoélectriques, il est possible de contrôler le comportement vibratoire de la structure et donc de traiter les problèmes de transmissions solidiennes ou de transmissions aériennes.La méthode de shunt choisie est la méthode dite de shunt à capacité négative qui permet de modifier la rigidité d'une structure. Cette méthode dite semi-passive présente plusieurs avantages : la mise en œuvre est simple, il est possible d'intégrer les patchs directement à l'intérieur de la paroi, elle consomme une faible quantité d'énergie électrique et sa mise en application est peu onéreuse.

International audience; La réponse fréquentielle de structures immergées avec paramètres incertains est considérée dans le présent papier. Un modèle d’ordre réduit (MOR) paramétrique est construit à cet égard, à partir d’une formulation monolithique du problème vibroacoustique discret et de la méthode de Base Réduite. L’approche est implémentée dans le code de calcul code_aster et est appliquée sur un cas de complexité industrielle. Le MOR paramétrique est de plus intégré dans une tablette numérique, afin d’évaluer les possibilités de calcul en temps réel offertes par ce type de support

This work deals with mass optimization procedures underdesign constraints of truck cabs. It consists in a problem where two conflicting objectives must be conciliated as the mass reduction would deteriorate the vibroacoustic behaviour. One has to determine the zones in which the mass could be locally reduced. First, this work presents several sensitivity analysis procedures and discusses theirs advantages and drawbacks. Then an adaptive optimization procedure is developed in the low frequency range. This procedure is applied on atest-case and the obtained results are compared with results issued from a commonlyused optimization algorithm. The procedure is then extended to medium and high frequency range where the only available quantities are energetic ones. The obtained results are also compared with those from a commonly-used optimization algorithm.; Ce travail porte sur l’optimisation sous contraintes de masse de structures de type cabine de camion. Il s’agit ici d’un problème dans lequel deux objectifs antagonistes doivent être conciliés. En effet, la réduction de la masse de la structure entraîne une dégradation de ses performances vibro-acoustiques. Il faut donc pouvoir déterminer quelles zones de la structure influent le moins sur ce comportement afin de diminuer la masse localement. C’est dans cet esprit que, dans un premier temps, différentes méthodes d’analyse de sensibilité sont présentées afin de déterminer leurs avantages et inconvénients dans le cas de leur utilisation pour identifier les variables à retenir dans le cas d’une procédure d’optimisation donnée. Ensuite une procédure d’optimisation adaptative en basses fréquences est présentée et appliquée à un cas test représentant schématiquement une cabine de camion et les résultats obtenus sont comparés à ceux issus d’un algorithme d’optimisation sous contraintes non-linéaires couramment utilisé. Une seconde méthode est également développée dans le cas des moyennes et hautes fréquences où les informations disponibles sur la structure sont seulement des quantités énergétiques. Ici encore les résultats obtenus sont comparés à ceux issus d’un algorithme d’optimisation sous contraintes non-linéaires.

National audience; Dans le domaine de l'acoustique des transports ou du bâtiment , la transparence de paroi met en jeu un grand nombre de degrés de libertés qu'il s'avère coûteux de modéliser ; soit par le caractère spatialement étendu du champ excitateur et/ou de la structure isolante, soit par l'étendue spectrale nécessaire a la prise en compte de l'ensemble du spectre audible dans la pression rayonnée vers l'auditeur. Ce travail présente une méthode de synth ese spectrale en espace et temps (2D+T) approchée , numériquement apte a synthétiser dans le temps la pression acoustique rayonnée par une paroi plane sous une excitation aléatoire (ici un champ acoustique diffus). Un des intérêts de cette méthode est de permettre une écoute des signaux de pression acoustique rayonnée et l'ajout d'indicateurs psychoacoustiques en complément des indicateurs vibroacoustiques classiquement utilisés , comme la perte par transmission. Pour cette communication, l'objectif est de montrer la pertinence, les avantages et les limites d'une telle méthode numérique pour permettre un design virtuel des structures soumises a des excitations aléatoires. Le cas de deux panneaux minces et isotropes, l'un en aluminium et l'autre en acier, avec des conditions aux limites simplement supportées sera étudie. Une comparaison systématique entre résultats numériques et résultats obtenus dans le cas de mesures en laboratoire (test normalisé en salles couplées réverbérante-anéchoïque , complété par des mesures de pression acoustique rayonnée) sera présentée. En particulier, la précision avec laquelle la méthode permet de prédire la perte par transmission et la pression acoustique rayonnée sera évaluée. Cette dernière fera idéalement l'objet d'une écoute comparative mesure vs modèle lors de la présentation .

Car door and window seals have been proven to be of utmost importance to reduce aerodynamic noise, both through direct transmission and through their role as boundary conditions of the other transmitting elements (car doors and windows). As consequence, their design has become of great relevance when it comes to passenger comfort optimization. However, the traditional method for their conception, based on a trial and error approach through wind-tunnel testing, has been found to be insufficient and costly. A different approach is contemplated in this dissertation, through the development of a model capable of predicting sound transmission through seals and into the vehicle cavity, for its subsequent application into an optimization procedure. Several difficulties arise from the modeling of car door and window seals. Indeed, the door closure imposed on the door seal before any acoustic excitation, as well as the hyperelasticity of the rubber lead to a non-linear deformation behavior. This behavior changes the seal properties (e.g. stiffness) which have to be modeled under acoustic excitation. Additionally, the interaction of the transmitted sound with the vehicle cavity must be taken into account. However, the small, precise geometry of the seal would call for an approach such as FE method, whereas the big dimensions of a vehicle cavity demand a much coarser approach so that the problem doesn’t become unmanageable in size. The solution that is proposed in this dissertation, implies the creation of an hybrid model capable of modeling the seal and the vehicle cavity separately, with the most adequate approach to each case, and coupling them afterward into a single model. As consequence, the hyperelastic and viscoelastic behaviors of the seals, prior to and during the acoustic excitation, are modeled through FE software ABAQUS, whereas an energy method called Méthode Energétique Simplifiée is used for the propagation ´ of the sound from the seal to the rest of the cavity. This method, improved to better suit the requirements of the discussed application, and coupled to the results of the FE model, allows a fast and local computation of the sound pressure level at any point inside the cavity. Finally, some experimental tests are put in place for the validation of the models. The different setups and results are detailed in this dissertation., Les joints de porte et de vitrage des voitures jouent un rôle très important dans la réduction du bruit d’origine aérodynamique, à la fois par transmission directe et de par son rôle en tant que condition limite ees autres éléments transmetteurs (portes et fenêtres). Par conséquent, sa conception est fondamentale pour l’optimisation du confort de passager. Néanmoins, la méthode traditionnelle pour sa conception, basée sur une approche par tâtonnement de tests en soufflerie, est très coûteuse et insuffisante. Une approche différente est envisagée dans ce manuscrit, par la création d’un modèle capable de prédire la transmission du bruit jusqu’`a la cavité du véhicule, qui puisse être appliqué ultérieurement dans une routine d’optimisation. La modélisation des joints de vitrage et des fenêtres fait face à plusieurs difficultés. La fermeture de la porte subie par le joint de porte avant d’être soumis à l’excitation acoustique, ainsi que le comportement hyperélastique du caoutchouc, mènent à des déformations non-linéaires. Ce comportement change les propriétés (telles que la rigidité) du joint comprimé lors qu’il est soumis à l’excitation acoustique. De plus, l’interaction du son transmis par les joints avec la cavité du véhicule doit être prise en compte. Néanmoins, la taille réduite et la géométrie complexe du joint appellent à une approche telle que la méthode EF, tandis que la grande taille de la cavité véhicule nécessite d’une approche plus grossière, pour ne pas aboutir sur un modèle trop lourd. La solution proposée dans ce manuscrit implique la création d’un modèle hybride capable de modéliser le joint et la cavité séparément, avec l’approche la plus adaptée `a chaque cas, et de les coupler dans un seul modèle. Les comportements hyperélastique et viscoélastique des joints, avant et durant l’excitation acoustique, sont modélisés à l’aide du code commercial ABAQUS, tandis qu’une méthode énergétique appelée Méthode Energétique Simplifiée est utilisée pour la propagation ´ du son depuis les joints jusqu’au reste de la cavité. Cette méthode, adaptée aux besoins de l’application souhaitée, et couplée aux résultats du modèle EF, permet l’obtention rapide et locale du niveau de pression acoustique en n’importe quel point de la cavité. Finalement, des campagnes expérimentales sont mises en œuvre pour la validation des modèles. Les mises en place et les résultats sont détaillés dans ce manuscrit.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La réduction de bruit dans le domaine des transports est une contrainte de plus en plus importante que les ingénieurs doivent pouvoir prendre en compte dès la phase de conception. Cette exigence implique la mise en place de méthodes permettant, par exemple, d'étudier efficacement l'influence de l'aménagement d'une cabine d'avion sur le niveau de bruit intérieur ou de la position du fût-antenne au niveau de l'étrave d'un sous-marin sur le bruit rayonné. Autrement dit, l'objectif est d'évaluer la robustesse de la réponse acoustique en fonction des positions incertaines de structures immergées dans une cavité acoustique. La méthode des éléments finis peut être utilisée pour modéliser ce problème couplé, mais le maillage du fluide acoustique doit être reconstruit à chaque modification d'une des structures immergée afin de garantir la compatibilité de maillage à l'interface. La première idée est d'utiliser la méthode des éléments finis étendus (XFEM) pour enrichir l'espace d'approximation de la pression acoustique tout en gardant un maillage fluide fixe, indépendant des structures. La deuxième idée est de proposer une base de réduction du problème couplé construite à partir de projections modales.

International audience; Dans la modélisation des joints de portes et de vitrages pour la prédiction du bruit aérodynamique il est nécessaire de sortir du domaine classique du calcul vibro-acoustique linéaire, en raison du caractère fortement non-linéaire des joints. La déformation lors de la fermeture des portes ou vitres provoque des modifications des raideurs statique et dynamique, de l'amortissement et de la transparence acoustique des joints. Ensuite les efforts aérodynamiques modifient cette déformée statique lorsque le véhicule roule, ce qui amène aussi à des phénomènes d'interaction fluide-structure.

In the sea, the acoustic detection of other battle engines is done by detecting mostly stationary signals. However, new types of detection systems are being developed, and are able to detect and to analyze transient signals. Therefore, the industrial conception process needs to be improved, so that the underwater vehicles transient noises can be taken in account. In order to do so, the mechanism of vibroacoustic transfer of transient sources of submerged structures has to be understood. The object of this thesis is then the study of the mechanism of vibration transfer and acoustic radiation of those structures when they are excited by transient sources. The shell radiation in the water, the wave diffraction by circumferential stiffeners and the resonant behavior of internal substructures are analyzed. The first chapter presents the bibliographical study of three themes: the study of transient phenomenon of submerged structures, the influence of heavy fluid coupling on vibroacoustic behavior of plates, and the different calculation methods in transient vibroacoustics. In the second chapter, we study the transient response of a submerged infinite plate excited by an impulsively point force. First, the calculations are done in the wavenumber-frequency domain. Then the spatio-temporal responses are obtained using inverse Fourier transforms. The discretization of wavenumber and frequency domains and the damping model are studied. The analysis of frequency and time responses of the plate vibration and the radiated pressure enable us to observe the influence of heavy fluid coupling. Besides the Mindlin-Timoshenko plate model is also used and the effect of rotation inertia and shear stress are studied. In the third chapter, these numerical results are confronted to experimental data, obtained experimentally. The studied structure is a rectangular plate lying on the surface of a water tank. Two different excitations are used: an impact hammer and the free fall of a steel ball. The study of the correlation between numerical and experimental results showed that some phenomena are observed in both cases. The influence of stiffeners on the acoustic radiation is the theme of the fourth chapter. An infinite plate which is periodically stiffened through one direction is considered. The effect of Bloch-Floquet waves on time response is studied. Numerical results are compared to measurements data obtained on an industrial submerged structure. In the fifth chapter, the effect of internal structures is analyzed by modelling an infinite plate coupled to a resonant system made of a beam and a rectangular finite plate. The inertance coupling method is used to obtain the coupling forces between the different substructures. Influence of inertance difference between the substructures is illustrated by the time signals., 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.

Statistical energy analysis is a statistical approach of vibroacoustics which allows to describe complex systems in terms of vibrational or acoustical energies. ln the high frequency range, this method constitutes an alternative to bypass the problems which can occur when applying deterministic methods (computation cost due to the large number of modes, the large number of degrees of freedom and the unicity of the solution). But SEA has numerous assumptions which are sometimes forgotten or misunderstood ln this thesis, foundations of SEA have been examined in order to discuss each assumption. Diffuse field, modal energy equipartition, weak coupling, the influence of non-resonant modes and the rain on the roof excitation are the five look up hypotheses. Based on simple examples (coupled oscillators, coupled plates), the possible equivalences and their influence on the quality of the results have been discussed to contribute to the clarification of the useful SEA assumptions and to mark out it's the validity domain.; La méthode SEA (Statistical Energy Analysis) est une approche statistique de la vibroacoustique permettant de décrire les systèmes complexes en termes d'échanges d'énergies vibratoires et acoustiques. En moyennes et hautes fréquences, cette méthode se présente comme une alternative aux méthodes déterministes (coût des calculs dû au grand nombre de modes, de degrés de liberté, unicité de la solution) Néanmoins, son utilisation requiert la connaissance et le respect d'hypothèses fortes qui limitent son domaine d'application. Dans ce mémoire, les fondements de la SEA ont été examinés afin de discuter chaque hypothèse. Le champ diffus, l'équipartition de l’énergie modale, le couplage faible, l'influence des modes non résonants et l'excitation rain-on-the-roof sont les cinq hypothèses qui ont été abordées. Sur la base d'exemples simples (oscillateurs couplés, plaques couplées), les équivalences et leurs influences sur la qualité des résultats ont été étudiées pour contribuer à la clarification des hypothèses nécessaires à l'application de la SEA ct pour borner son domaine de validité SEA.

In the sea, the acoustic detection of other battle engines is done by detecting mostly stationary signals. However, new types of detection systems are being developed, and are able to detect and to analyze transient signals. Therefore, the industrial conception process needs to be improved, so that the underwater vehicles transient noises can be taken in account. In order to do so, the mechanism of vibroacoustic transfer of transient sources of submerged structures has to be understood. The object of this thesis is then the study of the mechanism of vibration transfer and acoustic radiation of those structures when they are excited by transient sources. The shell radiation in the water, the wave diffraction by circumferential stiffeners and the resonant behavior of internal substructures are analyzed. The first chapter presents the bibliographical study of three themes: the study of transient phenomenon of submerged structures, the influence of heavy fluid coupling on vibroacoustic behavior of plates, and the different calculation methods in transient vibroacoustics. In the second chapter, we study the transient response of a submerged infinite plate excited by an impulsively point force. First, the calculations are done in the wavenumber-frequency domain. Then the spatio-temporal responses are obtained using inverse Fourier transforms. The discretization of wavenumber and frequency domains and the damping model are studied. The analysis of frequency and time responses of the plate vibration and the radiated pressure enable us to observe the influence of heavy fluid coupling. Besides the Mindlin-Timoshenko plate model is also used and the effect of rotation inertia and shear stress are studied. In the third chapter, these numerical results are confronted to experimental data, obtained experimentally. The studied structure is a rectangular plate lying on the surface of a water tank. Two different excitations are used: an impact hammer and the free fall of a steel ball. The study of the correlation between numerical and experimental results showed that some phenomena are observed in both cases. The influence of stiffeners on the acoustic radiation is the theme of the fourth chapter. An infinite plate which is periodically stiffened through one direction is considered. The effect of Bloch-Floquet waves on time response is studied. Numerical results are compared to measurements data obtained on an industrial submerged structure. In the fifth chapter, the effect of internal structures is analyzed by modelling an infinite plate coupled to a resonant system made of a beam and a rectangular finite plate. The inertance coupling method is used to obtain the coupling forces between the different substructures. Influence of inertance difference between the substructures is illustrated by the time signals., 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.

In order to predict the sound pressure level and the vibratory level in vibroacousticsystems such are used in transportation industry, efficient numerical models are needed. Inparticular, the complexity of such systems is increased when dissipative interfaces composedof poroelastic materials are used to dissipate the acoustic or the vibrational energy.Classically, the finite element method is used, leading however to very large computationalcosts. One aim of this work consists in the development of a reduction procedure in thefinite element method framework. A second problematic of this work is the physical justificationof the efficiency of the proposed approach. We show that wave insights allow toprovide an answer to both goals.In order to predict which waves are able to propagate in a medium, transfer approachesmay be used. Among them can be found theWave Finite Element Method (WFE). In a firststep, this method is applied to a poroelastic single layer. The role of numerical parameters,the convergence behaviour and the choice of the variational formulation are discussed.In the third chapter, wave propagation is analysed in multilayer packages includingporoelastic materials.Waves predicted by using WFE are compared with simplified models,such as equivalent plate models. The behaviour of composite panels is mainly influenced bythe mechanical parameters of the skeleton of the porous material. However, the fluid phasepresence induces a wave which may create a displacement of the surrounding domains.In the fourth chapter, the waves propagating in an unidirectional wave guide are investigated.The relationships between the Stroh formalism, the Transfer Matrix Method(TMM) and the WFE are discussed. Using the basis of progressive waves makes it possibleto compute the forced response of the structure, taking into account finite size effects,lateral boundary conditions and non-localized effects.Finally, the waves modes computed by WFE in an unidirectional wave guide are usedto build a reduced order problem. Using the results of the fourth chapter, it is shown thatthe contribution of the dissipative interface can be represented by an additional acousticdynamic stiffness matrix. As a result, the number of degrees of freedom is reduced withrespect to the initial finite element problem. The approach presents interesting reductionfactors, especially by using Component Mode Synthesis for the surrounding cavity. Twoenhancements are proposed. The first one consists in the selection of the waves contributingto the main dynamic phenomena of the medium, the second in the interpoation as a functionof the frequency of the additional matrix representing for the coupling between the cavityand the dissipative layer. The reduction of the numerical cost is observed in the case ofBiot-Allard’s model and of an equivalent fluid modelConclusions and outlooks to enhance the method developed in this work are proposedin the concluding chapter., Afin de prédire le niveau sonore et vibratoire dans des systèmes vibroacoustiques semblablesà ceux utilisés dans l’industrie des transports, des modèles numériques efficacessont nécessaires. En particulier, la complexité du problème augmente quand des interfacesdissipatives composées de matériaux poroélastiques sont employées pour dissiper l’énergieacoustique et vibratoire. La méthode des éléments finis est couramment employée, maisconduit à des coûts de calcul très importants. Un objectif de ce travail est de développerune méthode de réduction dans le cadre de la méthode des éléments finis. Une secondeproblématique est la justification physique de l’approche proposée. Nous montrons dans cedocument que la vision en ondes permet de répondre à ces deux points.Afin de prédire les ondes se propageant dans un milieu, les approches de transfertpeuvent être utilisées. Parmi elles se trouve la méthode des éléments finis ondulatoires(Wave Finite Element Method - WFE). Cette méthode est d’abord appliquée à un matériaumonocouche poroélastique. L’influence des paramètres numériques, la convergence desrésultats et le choix de la formulation variationnelle sont discutés.Dans le troisième chapitre, la propagation d’ondes dans des structures multicouchescomposées de matériaux poroélastiques est étudiée. Les ondes prédites par WFE sont comparéescelles prédites par des modèles simplifiés tels que des modèles de plaque équivalente.Le comportement des panneaux composites est principalement influencé par lesparamètres mécaniques du squelette du matériau poreux. Toutefois, la présence de la phasefluide induit une onde qui peut mettre en mouvement les domaines voisins.Dans le chapitre 4, les ondes se propageant dans un guide d’ondes unidirectionnel sontétudiées. Les relations entre le formalisme de Stroh, la méthode des matrices de transfert(TMM) et la méthode WFE sont détaillées. La base d’ondes progressives permet de calculerla réponse forcée de la structure, tout en prenant en compte les effets de taille finie, lesconditions aux limites latérales et les effets de réaction non-locale.Finalement, les ondes calculées sont utilisées pour écrire un problème d’ordre réduit.En utilisant les résultats du chapitre 4, nous montrons que la contribution de l’interface dissipativesur la cavité acoustique se résume à une matrice de rigidité dynamique acoustiquecomplémentaire. Il en résulte une réduction du nombre de degrés de liberté par rapportau problème initial éléments finis. D’intéressants facteurs de réduction peuvent être observés,en particulier quand une approche de type synthèse modale est utilisée pour la cavitéacoustique. Deux pistes d’amélioration de la méthode sont proposées, l’une consistant en lasélection des ondes qui contribuent à la dynamique prépondérante du milieu, l’autre en uneinterpolation en fréquences de la matrice complémentaire représentant le couplage entre lacavité acoustique et le milieu dissipatif. Le gain sur le coût de calcul est observé dans lecas des modèles de Biot-Allard et de fluide équivalent.Des conclusions et quelques perspectives sont présentées dans le dernier chapitre de cemanuscrit, afin de proposer des pistes d’extension et d’amélioration du travail proposé ici.

Composite materials are widely used in the aeronautic industry for their low mass/stiffness ratio. However, this property tends to reduce the acoustic transmission loss, particularly at low frequencies. At these frequencies, active control is an effective mean of controlling sound transmission. Among the various approaches, Active Structural Acoustic Control (ASAC) has received considerable attention because transducers can be integrated to the structure. In order to reduce the acoustic power radiated by a flexible panel, dual colocated actuator sensor pairs are used to modify its vibration. The control strategy implemented for harmonic disturbances leads to locally impose a virtual mechanical impedance to the structure, using a decentralized controller. This virtual mechanical impedance is computed in order to minimise the radiated acoustic power. The challenging problem is then to find the local control to impose on each independent devices that minimizes the global acoustic radiation of the structure. The proposed approach consists in two steps : (1) the matrix of optimal virtual mechanical impedance is calculated by measuring the primary disturbance and the transfer functions between actuators and structural / acoustic sensors, (2) the virtual mechanical impedance objective is achieved using a real-time integral controller. Special focus is put on the discussion about such control approach versus a classical active damping strategy were the virtual mechanical impedance is defined as real positive. Considering that optimal control is computed during the first step for a given primary disturbance, the robustness of the method to variations of the primary disturbance between step 1 and step 2 is discussed. Theoretical and experimental results are compared in the case of a simply supported thin aluminum plate and a primary disturbance under the form of an incident plane wave. Then, the method is implemented on a curved composite aircraft panel comprising a window. Unlike most of previous studies where dissipative virtual mechanical impedance are imposed, it clearly appears that optimal control can require energy injection from the control units into the structure., L'utilisation de plus en plus fréquente de matériau composite, qui combine une raideur importante pour une faible masse, afin d'alléger les structures aéronautiques entraîne la dégradation des performances d'isolation acoustique aux bruits extérieurs. La plupart du temps, ces nuisances sonores sont réduites par l'installation de matériaux isolants. Ces méthodes, dites passives, deviennent inefficaces aux basses fréquences et il est possible de mettre en place un contrôle actif au moyen de transducteurs électromécaniques. Dans le but de réduire la puissance acoustique transmise à travers la double paroi aéronautique dans la cabine, des unités de contrôle composées d'un actionneur et d'un capteur colocalisé dual sont réparties sur le panneau intérieur afin d'en modifier la vibration. Cette stratégie de contrôle actif vibroacoustique permet, pour des perturbations primaires harmoniques, d'imposer localement une impédance mécanique virtuelle à la structure, au moyen d'un contrôleur décentralisé. Cependant, sans communication entre les unités, le contrôle peut difficilement minimiser un critère global comme la puissance acoustique rayonnée. Afin de calculer les impédances mécaniques virtuelles qui garantissent la minimisation de la puissance acoustique rayonnée par la structure, une approche en deux étapes est considérée : (1) la matrice diagonale des impédances mécaniques virtuelles optimales est calculée à partir de mesures acoustiques ou vibratoires de la perturbation primaire et des transferts avec les actionneurs secondaires, (2) l'objectif exprimé en terme d'impédances mécaniques virtuelles est atteint grâce à un contrôle en temps réel. Une attention particulière est portée à la comparaison de cette approche avec une stratégie classique d'amortissement actif réalisée par un contrôle par rétroaction sur la vitesse de la structure, où l'impédance mécanique virtuelle alors imposée est un réel positif. Le calcul optimal réalisé à l'issue de la première étape se faisant pour une perturbation primaire donnée, la robustesse de la méthode aux variations de la perturbation primaire est un aspect également développé dans cette étude. Des résultats théoriques et expérimentaux sont comparés dans le cas académique d'une plaque mince d'aluminium simplement appuyée et soumise à une onde plane incidente. Enfin, la méthode est appliquée au panneau intérieur d'une double paroi aéronautique, à savoir une structure courbée, en matériau composite, et composée d'un hublot. Contrairement à la majorité des études qui considèrent l'implantation d'impédances virtuelles dissipatives, il apparaît que dans certains cas, le contrôle optimal requiert l'injection d'énergie des unités à la structure.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Le comportement mécanique des structures marines est étroitement lié aux propriétés des matériaux constituants, à leur distribution géométrique ainsi qu’à leurs interactions avec l’eau. La variabilité de leur comportement constitue néanmoins un frein encore important à leur développement. Cet aspect amène en effet à l’introduction de différents coefficients de sécurité lors de leur dimensionnement. En vue d’une analyse de l’influence de différents paramètres, les approches stochastiques et fiabiliste constituent un cadre de modélisation bien approprié. Dans ce contexte, les méthodes de fiabilité ont conduit à d’importantes avancées basées sur une évaluation plus rationnelle des risques encourus. Elles permettent ainsi d’évaluer quantitativement le risque de défaillance d’une structure donnée compte tenu des incertitudes mises en jeu (chargement, propriétés matériaux, géométries,..) et également d’optimiser sa conception pour un meilleur fonctionnement. Les techniques de synthèse modale constituent un moyen efficace d’analyser le comportement dynamique des structures. L’objectif de ce travail est la généralisation des techniques de synthèse modale permettant d’aboutir à une description d’un système comportant des cavités acoustiques faisant intervenir des modes particuliers, et d’étendre cette étude à une étude mécano-fiabiliste de ces structures marines complexes. Les méthodes de synthèse modale utilisées pour la description des structures complexes permettent d’envisager leur fiabilité sous des critères acoustiques. Ces critères proviennent des matrices intervenant dans l’analyse modale des différents éléments en présence. Ils sont relatifs au niveau de pression dans les cavités acoustiques, et permettent de distinguer les différents chemins vibro-acoustiques responsables des nuisances. Pour ce faire, on s’intéresse à une approche d’interaction fluide-structure permettant de prendre en compte les incertitudes des propriétés des matériaux des deux milieux. Du point de vue numérique, ce travail de recherche vise à promouvoir l’introduction de la culture de l’incertain dans les phénomènes vibro-acoustique des structures marines à travers le développement d’un code implémenté sous MATLAB, et le code de calcul par éléments finis ANSYS.

Structures subjected to vibrations are found in various applications. In many cases, they behave ina linear way, but when the amplitudes of the oscillations become important, it causes a nonlinearbehavior. Moreover, the oscillations of structures in a fluid field lead to a fluid-structureinteraction. This thesis focuses on the modeling of nonlinear fluid-structure problem. Differentkind of nonlinearities are studied in this work including the large-displacement nonlinearitycharacteristic of thin structures, the localized geometrical nonlinearity describing a nonlinear linkbetween two structures, and the acoustic nonlinearity characteristic of very high levels ofpressure.Modeling such problems are time and memory consuming, that may lead to a limitations of themodel. Therefore, it is necessary to solve a large matrix system (either symmetric or not)generated by the finite element method and the resolution needs an evaluation of the nonlinearforce at each iteration. In order to reduce the computational cost, model reduction with reducedbases combined with parallelization of the nonlinear force evolution is proposed as an alternative tothe resolution of complete systems. Building reduction bases must be adapted to each concernedproblem. The eigenmode of the linear problem is a first approximation and it is enriched withinformation coming from both coupling and nonlinear behaviors.; Les structures soumises à des vibrations sont rencontrées dans diverses applications. Dans denombreux cas, elles sont de nature linéaires, mais quand les amplitudes des oscillations deviennentimportantes, cela provoque un comportement non-linéaire. Par ailleurs, les oscillations desstructures dans un milieu fluide entrainent une interaction fluide-structure. Cette thèse porte surla modélisation du problème fluide-structure non-linéaire. Les cas de non-linéarités étudiés sont lanon-linéarité grands-déplacements caractéristique des structures minces, la non-linéarité localiséegéométrique décrivant une liaison non-linéaire entre deux structures et la non-linéarité acoustiqueparticularité des très hauts niveaux de pression.Pour la modélisation de ces problèmes, il se peut que le calcul en réponse demeure infaisable enraison du temps de calcul. D’une part, on est amené à résoudre des systèmes matriciels (symétriquesou non) de grandes tailles générés par la méthode des éléments finis et d’autre part, cetterésolution demande une évaluation de la force non-linéaire à chaque itération. Afin de diminuer lecoût de calcul, la réduction de modèle par des bases de réductions couplées avec un algorithmeparallélisant l’évaluation de la force non-linéaire, est une alternative à la résolution du systèmecomplet. La construction des bases de réduction doit s’adapter au mieux à chaque problème traité.La base modale du problème linéaire est une première approximation puis elle est enrichie par desinformations qui proviennent à la fois de la nature du couplage et du comportement non-linéaire

International audience; La réduction de bruit dans le domaine des transports est une contrainte de plus en plus importante que les ingénieurs doivent pouvoir prendre en compte dès la phase de conception. Cette exi-gence implique la mise en place de méthodes permettant, par exemple, d'étudier efficacement l'influence de l'aménagement d'une cabine d'avion sur le niveau de bruit intérieur ou de la position du fût-antenne au niveau de l'étrave d'un sous-marin sur le bruit rayonné. Autrement dit, l'objectif est d'évaluer la ro-bustesse de la réponse acoustique en fonction des positions incertaines de structures immergées dans une cavité acoustique. La méthode des éléments finis peut être utilisée pour modéliser ce problème couplé, mais le maillage du fluide acoustique doit être reconstruit à chaque modification d'une des structures immergée afin de garantir la compatibilité de maillage à l'interface. L'objectif de ce travail est de proposer une méthode de calcul permettant de s'affranchir de cette étape de remaillage. Pour cela, la méthode des éléments finis étendus (XFEM) est utilisée pour enrichir l'espace d'approximation de la pression acoustique tout en gardant un maillage fluide fixe, indépendant des structures.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; L’industrie automobile est entrée dans une phase de profond changement avec l’apparition de modèles hybrides et 100% électriques. Il convient donc d’inclure ces nouvelles technologies lors de la phase de conception des véhicules. En particulier, il est nécessaire de développer de nouvelles méthodes de simulation numérique du bruit rayonné par les moteurs électriques. Différents types d’excitation peuvent se produire dans les machines électriques. La pression de Maxwell est notamment responsable d’efforts radiaux et tangentiels surfaciques appliqués à l’entrefer des moteurs. Ces excitations peuvent provoquer des vibrations et un rayonnement acoustique. Ce papier décrit une démarche complète visant à simuler le bruit rayonné par un moteur électrique. Le principe de cette méthode multiphysique est de calculer tout d’abord, grâce à un solveur éléments finis électromagnétique, les excitations appliquées à la structure du moteur. Ces excitations sont alors projetées sur un modèle dynamique du moteur afin d’en calculer la réponse dynamique. Enfin, la puissance acoustique rayonnée par le moteur peut être calculée grâce à une méthode acoustique éléments finis ou éléments de frontière classique. Cette méthodologie de simulation suppose donc un couplage faible entre les différents domaines physiques. Cette procédure à 3 étapes est appliquée à un moteur électrique issu de l’industrie automobile. Les calculs sont effectués pour une montée en régime complète aboutissant à un spectrogramme de puissance acoustique rayonnée et des déformées opérationnelles calculées. Les points critiques du spectrogramme dépendent des propriétés de l’excitation et des caractéristiques modales de la structure du moteur. La clé de la compréhension des phénomènes est l’analyse de l’excitation en termes de fréquences et d’ordres spatiaux.

Le piano est constitué de deux ensembles pratiquement découplés. D'une part, le clavier propulse les marteaux vers les cordes et donne au pianiste une information haptique sur son jeu. D'autre part, l'ensemble cordes-table d'harmonie est mis en vibration par le bref choc du marteau sur les cordes et émet le son que nous entendons. Le fonctionnement mécanique du clavier et l'interaction du marteau avec les cordes sont fortement non-linéaires tandis que la vibro-acoustique de l'ensemble d'harmonie est pratiquement linéaire. Les recherches en cours sur le clavier et son interaction avec le pianiste seront brièvement évoquées. La table d'harmonie est une structure complexe et ses fréquences propres s'avèrent suivre une distribution statistique apparemment non-standard ; l'irrégularité de l'espacement inter-raidisseurs semble localiser les modes propres en haute fréquence. Un modèle vibro-acoustique assez complet de la table d'harmonie sera présenté, en relation avec quelques questions relatives à la facture du piano.

This thesis consists in developing, through the LICORVE project (light garnitures, innovative, recyclable and multi-sensorial for vehicle boots applications), a measurement method for localizing and characterizing noise sources in a vehicle trunk. The measuring environment is distinguished by a small volume where the reflections on the partitions generated by the source of interest and the interfering sources cannot be neglected. Therefore, the method must allow the separation of the different contributions in order to assess accurately the studied sources. As a first step, two separation methods : Double Layer SONAH (Statistically Optimized Near-Field Acoustical Holography) and Field Separation Method (FSM) are numerically studied. The limitations and advantages of each of them are determined in a confined measuring environment; this allowed to select the most appropriate method to tackle our problem. As a second step, the main conclusions of the numerical study are confirmed experimentally. In this context, measurements are performed, using the FSM method, in a trunk mock-up to localize and characterize the controlled sources. So confirmed the reliability of the separation method, it has been tested in the boot of a Peugeot 508 SW on a roller bench. The obtained results allowed guiding the selection of garniture for the acoustic treatment., Ce travail de thèse à été financé par le projet LICORVE (Développement de garnitures légères, innovantes, recyclables et poly-sensorielles pour les applications de coffres de véhicule). Il consiste à développer une méthodologie de mesure pour localiser et caractériser les sources de bruit dans un coffre de voiture. L'environnement de mesure se caractérise par un petit volume où les réflexions de la source d'intérêt et des sources perturbatrices sur les parois ne peuvent être négligées. La méthode doit donc permettre de séparer les différents contributions pour estimer le plus précisément possible les sources étudiées (déconfinement). Dans un premier temps, deux méthodes de séparation : Double Layer SONAH (Statistically Optimal Near el Acoustical Holography) et Field Separation Method (FSM) sont étudiées numériquement. Les limites et avantages de chacune ont été déterminés dans un environnement de mesure confiné. Cela a permis de choisir la méthode la plus adaptée à notre problématique. Dans un deuxième temps les principales conclusions de l'étude numérique sont validées expérimentalement. Dans ce cadre, un ensemble de mesures sont réalisées dans une maquette avec la méthode FSM pour localiser et caractériser des sources maitrisées. Après avoir validée la fiabilité de la méthode de séparation, FSM a été mise en œuvre dans le coffre d'une Peugeot 508 sw en condition de roulement. Les résultats obtenus ont permis d'orienter le choix des garnitures pour un traitement acoustique optimal.

A sensitive issue of the construction timber is at the level of sound insulation of timber floors. The aimof this paper is to determine the acoustic radiation of this type of weightless structures. Two methodsare used : a finite element method for the struture and the fluid, and a mixed method using boundaryelements for the fluid and finite elements for the structure. The free code FreeFem++ is used., Un des points délicats de la construction bois se situe au niveau de l'isolation acoustique des planchers bois. L'objectif de cette article est de déterminer le rayonnement acoustique de ce type de structures (légères et nervurées). Deux méthodes sont présentés, l'une modélisant, par éléments finis, le domaine global (structure in-vivo) et son couplage, l'autre exploitant une méthode combinée (élément finis et formulation intégrale) sur la structure in-vacuo. Un code éléments finis sous licence libre (FreeFem++) est employé dans cette étude en comparaison avec un des codes commerciaux.

The combination of a nonlinear absorber with a linear primary system may allow to observe the energy pumping phenomenon. The work of this thesis was to apply this concept in acoustics, that is to say to work on a new technique of passive noise control using a nonlinear absorber. This technique would be effective for the low frequencies, where absorbing materials are ineffective. An experimental academic set-up has been developed using the air inside a tube as the primary acoustic system, a thin circular visco-elastic membrane with cubic stiffness as the nonlinear absorber and the air in a large box to ensure a weak coupling between these two elements. A model of this set-up has also been developed in order to conduct simulations. In free vibrations, the energy pumping results in a rapid decrease of noise level in the tube while the energy, initially present in the primary system, is fully localized on the membrane and dissipated by viscosity in it without any return to the acoustic system. That's why we talk about targeted energy transfer in the literature, as well as energy pumping. But this is only possible above a certain energy threshold below which the membrane has no particular action. In the frequency domain, under certain energy level conditions, the membrane is able to simply clipping the first resonance peak of the acoustic system, without modifying its initial response around it.; L'association d'un absorbeur non linéaire à un système primaire linéaire peut permettre d'observer le phénomène de pompage énergétique. Le travail de cette thèse a consisté à appliquer ce concept à l'acoustique, c'est-à-dire à travailler sur une nouvelle technique passive de réduction du bruit utilisant un absorbeur non linéaire. Cette technique serait efficace pour traiter les basses fréquences, là où les matériaux absorbants sont inopérants. Un montage expérimental académique a été développé en utilisant l'air à l'intérieur d'un tube en tant que milieu acoustique primaire, une fine membrane circulaire visco-élastique en tant qu'oscillateur à raideur essentiellement cubique et l'air contenu dans une boîte de grande taille pour assurer un couplage faible entre ces deux éléments. Un modèle de ce montage a également été élaboré afin de pouvoir procéder à des simulations. En oscillations libres, le pompage énergétique se traduit par une rapide décroissance du niveau sonore dans le tube pendant que l'énergie initialement présente dans ce système primaire se localise entièrement sur la membrane puis se dissipe par viscosité dans celle-ci, sans retour possible vers le milieu acoustique. On parle ainsi de transfert énergétique ciblé (“targeted energy transfer”) dans la littérature, terme devenu équivalent à celui de pompage énergétique (“energy pumping”). Ceci n'est cependant possible qu'à partir d'un certain seuil d'énergie initiale en dessous duquel la membrane n'exerce aucune action particulière. En fréquentiel, sous certaines conditions de niveau d'énergie, la membrane est capable de simplement écrêter le premier pic de résonance du milieu acoustique sans modifier la réponse initiale du système autour de celui-ci.

This PhD thesis deals with the use of damping patches on aircraft skins to reduce interior noise. Induced mass penalties are considered high today, hence the interest of damping size and placement optimizations. Three excitations are used by Airbus to assess a damping technology: mechanical (laboratory or ground tests), acoustic (laboratory or ground tests) and aerodynamic (flight tests) excitations. The strategy adopted to study the acoustic benefit of such treatments is chosen analytical so as to cover the large frequency band associated with low computation time. An original approach is first of all proposed to compute sound radiation from locally damped plates. The advantages of this method are twofold: first avoid difficulties of radiation impedances calculation and then handle complex aircraft structures. The scientific outcome in term of modelisation lies in the two following points. First an approach based on the minimization of error on a sample of observation points has been developed to solve vibroacoustic equations. A method handling Dirac delta functions to model heterogeneities at localized damping patch boundaries is then proposed. The analytical model developed is applied to unstiffened finite flat plates where a localized damping treatment, a multilayer plate or a varying thickness can be considered. The principle of the method remains valid for curved or stiffened plates, only the equation of motion must be adapted. All studies presented in this manuscript are led at ambient temperature. Numerical validations for mechanical, acoustic and aerodynamic excitations and an experimental validation for acoustic excitation are led. Results prove a very good accuracy of the method developed: fluid-structure interaction and localized damping are well modeled. The focus is also put on the choice of the aerodynamic excitation model. It is pointed out a strong influence of the model for absolute levels and a low influence for relative levels, in-flight validation appear to be necessary even if such flight tests are challenging. An experimental study led on localized damping patches under acoustic excitation has pointed out some tendencies for damping patch size optimization. Using the method developed, a numerical study has then detailed this analysis and extended it to excitation and damping patch placement influences. Acoustic and aerodynamic excitations play clearly different roles in damping impact assessment. Damping patch size and placement effects are finally analyzed under aerodynamic excitation in realistic conditions. A non-linear behavior of the size versus the added mass is observed allowing definition of an optimum. The placement of the damping treatment is presented to be critical only at low frequencies where modal phenomena dominate. This PhD work gives an accurate prediction tool adapted to the industrial needs of aircraft interior noise control. Extensions are of course necessary to consider more realistic structures but the present method allows already the optimization of damping treatments with regard to mass constraints., Dans le contexte du bruit intérieur des avions, ce travail de thèse étudie l'intérêt acoustique de l'utilisation de patchs viscoélastiques. La masse de ces traitements est aujourd'hui considérée comme pénalisante. Une optimisation en termes de taille et de placement est donc envisagée. La stratégie adoptée est choisie analytique pour couvrir une large gamme de fréquences avec des temps de calcul performants. Ce mémoire de thèse propose une approche originale calculant le rayonnement acoustique de plaques amorties localement. Cette approche présente les intérêts suivants : s'absoudre des difficultés de calcul des impédances de rayonnement et être particulièrement adaptée aux structures complexes de l'avion. L'apport scientifique de cette thèse en terme de modélisation réside d'une part dans une approche de calcul vibroacoustique basée sur la minimisation de l'erreur de vérification de l'équation de mouvement sur un échantillonnage spatial et, d'autre part, dans un formalisme par fonctions Dirac mis en œuvre pour simuler les hétérogénéités aux limites d'un patch amortissant localisé. Ce modèle analytique est appliqué à des plaques planes finies non raidies où un traitement amortissant localisé, une plaque multicouche ou une plaque à épaisseur variable peuvent être considérés. Une validation numérique pour les excitations mécanique, acoustique et aérodynamique ainsi qu'une validation expérimentale sous excitation champ diffus démontrent une très bonne précision du modèle développé : le couplage fluide-structure et l'amortissement localisé sont correctement modélisés. Les effets de taille et de placement du patch sont finalement étudiés sur un cas particulier sous excitation aérodynamique en conditions réalistes. Le comportement non linéaire observé de l'effet de taille par rapport à la masse ajoutée permet de définir un optimum. L'apport scientifique de cette thèse offre un outil prédictif performant et adapté à la problématique du bruit interne des avions.

National audience; La méthode des éléments finis (FEM) est encore aujourd'hui la méthode la plus utilisée pour résoudre des problèmes vibroacoustiques. Cependant la mise en œuvre de cette méthode reste difficile et coûteuse dans certain cas, notamment en moyennes et hautes fréquences à cause du coût informatique exorbitant que celles-ci occasionnent. En effet, une description assez précise du problème nécessite l'utilisation d'environ 10 degrés de liberté par longueur d'onde engendrant des problèmes de très grande taille difficiles à résoudre. Pour surmonter ces difficultés, des méthodes sont apparues qui consistent à multiplier les fonctions de forme classiques des éléments finis par des fonctions oscillantes pour construire l'espace fonctionnel. Ainsi, les ondes planes progressives sont des fonctions de choix pour traiter les problèmes acoustiques régis par l'équation de Helmholtz. La méthode à base d'onde plane a déjà été développée avec succès pour les éléments finis et les éléments finis de frontière pour résoudre les équations d'ondes classiques (équation de Helmholtz et ondes élastiques). Dans ce papier, on s'intéresse à l'extension de la méthode à ondes planes pour résoudre des problèmes vibroacoustiques. Une formulation couplée est développée basée sur la variable pression pour la cavité fluide et la variable déplacement pour la structure. La cavité fluide est discrétisée par des éléments finis triangulaires linéaires enrichis par ondes planes et la structure est discrétisée par des éléments finis à deux nœuds de type Hermite enrichis par une base déduite de la solution homogène de l'équation dynamique. Dans cette étude, des configurations bidimensionnelles sont ainsi traitées et présentées. Les résultats montrent l'efficacité de cette approche pour résoudre des problèmes de couplage vibroacoustique.

National audience; La dispersion des Fonctions de Réponse en Fréquence vibroacoustiques est un phénomène que l'on peut observer pour la plupart des objets industriels ; elle traduit l'hypersensibilité dynamique des structures, couplées à celle des cavités, qui apparait dès lors que la densité modale dépasse un certain seuil. La modélisation se doit de prendre en compte ce fait avéré et dont l'effet ne peut être considéré comme négligeable. La modélisation étant imparfaite, elle induit elle-même des écarts par rapport à la réalité : incertitudes de modèle lui-même, résultat de la simplification inhérente à toute modélisation, et incertitudes des données du modèle. La modélisation non-paramétrique des incertitudes, s'appuyant sur un principe de maximum d'entropie, qui permet de modéliser globalement l'effet de ces différents types d'incertitude, a été appliquée avec succès à la modélisation des véhicules automobiles. Dans un premier temps, on rappelle le problème acoustique-structural d'un véhicule couplé à sa cavité intérieure et la manière dont on en déduit un modèle stochastique; les paramètres de dispersion sont enfin identifiés de façon à ce que le modèle représente au mieux la réalité. On propose ensuite une exploitation modale, puis énergétique du modèle stochastique, qui fait apparaitre quelques propriétés intéressantes.

National audience; L'analyse modale expérimentale est largement répandue dans le domaine de la dynamique des structures. Son extension dans le cadre du couplage vibroacoustique pour l'étude des cavités fermées par des structures élastiques est un domaine beaucoup moins mature. Deux points particuliers sont présentés dans ces travaux : - d'une part, l'utilisation d'un modèle numérique permet d'optimiser la préparation des essais, afin de définir au mieux les positions des capteurs (accéléromètres, microphones) et des actionneurs (pot vibrant, marteau de choc, haut-parleur), pour un objectif d'identification donné; - d'autre part, l'exploitation des mesures permet, moyennant des techniques de régularisation à fort sens physique, d'identifier par méthode inverse un modèle réduit vibroacoustique ayant le même comportement que le système réel sur une bande de fréquences d'intérêt. Les méthodologies proposées sur ces deux aspects sont détaillées puis illustrées numériquement et expérimentalement sur un cas-test de couplage vibroacoustique.

National audience; La prédiction du bruit rayonné par les pompes à chaleur nécessite maintenant la connaissance du comportement vibroacoustique des échangeurs de chaleur de type batterie à ailettes. La modélisation de ce genre de structure avec les méthodes numériques classiques "FEM et BEM" est pratiquement impossible du fait du nombre gigantesque d'éléments requis (près de 600 ailettes par mètre). Cependant, les batteries à ailettes étant constituées d'une succession d'ailettes parallèles identiques, elles peuvent être considérées comme des structures périodiques. L'objectif est alors d'exploiter cette périodicité afin de pouvoir prédire leur comportement vibroacoustique avec des temps de calcul raisonnables, et ce quel que soit le nombre d'ailettes mises en jeu. D'un point de vue vibratoire, la batterie à ailettes est modélisée en dupliquant un même élément unitaire avec le théorème de Floquet-Bloch. Cette formulation permet de décrire la propagation des vibrations dans la structure sous la forme d'une décomposition en ondes : les déplacements en tout point de la batterie sont calculés à partir des déplacements de l'élément unitaire pour chacune des ondes se propageant dans la structure. Pour la partie acoustique, un élément unitaire acoustique est défini et son rayonnement acoustique est calculé. Le bruit rayonné par l'ensemble de la batterie est obtenu en dupliquant le champ de pression de l'élément unitaire, en tenant compte des ondes se propageant dans la structure. La validation numérique sur une petite batterie à ailettes montre des résultats similaires entre le calcul direct et celui issu de l'approche périodique, avec une réduction très importante des temps de calcul pour cette dernière, le nombre d'ailettes n'intervenant que comme paramètre. De plus, cette approche permet une meilleure compréhension des phénomènes physiques mis en jeu au sein de la batterie à ailettes.

National audience; Dans le cadre d'un projet de contrôle actif de la transmission sonore au travers d'une cloison, notre travail vise à identifier les principales difficultés liées à l'utilisation d'un nombre nécessairement limité de microphones de contrôle et de sources acoustiques, ainsi qu'à leur grande proximité avec la cloison. Une première partie présente un modèle permettant de simuler l'influence d'un petit nombre de sources ponctuelles sur la transmission au travers d'une plaque. Ce modèle met en évidence la grande sensibilité du dispositif à sa géométrie, ce qui conduit en général à un contrôle très localisé du champ incident, et donc à des réductions minimes de la transmission sur une large gamme de fréquence. Les principales causes des limites mises en évidence par le modèle sont alors analysées, en particulier à la lumière de mesures effectuées sur une maquette. Ainsi, des cartes du champ de pression mesuré à la surface de la maquette montrent que le nombre et la position des points de contrôle sont des paramètres essentiels lorsque l'on désire obtenir une zone de contrôle la plus étendue possible. Ces résultats permettent d'identifier quelques pistes pour optimiser les performances d'un dispositif réaliste, et notamment de déterminer des caractéristiques que devraient présenter les transducteurs à utiliser dans un tel dispositif.

National audience; Cet article concerne la réduction de la transparence et du rayonnement acoustique de parois à basses fréquences à l'aide d'un contrôle actif purement vibratoire de type « feedback » utilisant des capteurs et actionneurs sous formes de patches piézoélectriques. On s'intéresse plus particulièrement aux structures ayant un comportement modal fort telles que les double parois de petites dimensions où une stratégie de contrôle modal est plus adaptée puisqu'elle permet de concentrer l'énergie de commande sur les modes les plus rayonnants tout en utilisant un nombre réduit de composants actifs. Aussi, en raison de la grande sensibilité de la double paroi à son environnement, une technique d'identification rapide des paramètres modaux est mis en œuvre dans ce travail et validée expérimentalement. Enfin, la mise en place expérimentale du contrôle est exposée, où les résultats sont alors discutés pour des perturbations aériennes et solidiennes.

This research lies in the domain of the vibroacoustic analysis of complex structures. It proposes a new energy approach using the energy-density field in order to simplify such an analysis. This approach is based on a stochastic computational model constructed using the nonparametric probabilistic approach of modeling and parameters uncertainties. The stochastic energy approach developed corresponds to a new representation of the vibroacoustic system in terms of random energy quantities. A mean vibroacoustic energy model is thus constructed using a statistical averaging of the random energy quantities. This mean energy model provides a tool to perform a vibroacoustic analysis of complex structures in the low and medium frequency range while the SEA is not adapted to this frequency band. The analysis of the properties of the mean energy quantities used for the construction of the vibroacoustic energy model allows the construction of a simplified model to be obtained and yields a simplified energy model for which a structural partitioning methodology is then established. An application of the energy approach ant of the structural partitioning methodology is done on an automotive vehicle structure coupled with its internal acoustic cavity; Ce travail de recherche s’inscrit dans le cadre de l’analyse vibroacoustique des structures complexes. Il propose une nouvelle approche énergétique utilisant le champ de densité d’énergie afin de simplifier une telle analyse. Cette approche est basée sur un modèle numérique stochastique construit à l’aide de l’approche probabiliste non paramétrique des incertitudes de modélisation et de paramètres. L’approche énergétique stochastique développée correspond à une nouvelle représentation du système vibroacoustique en terme des grandeurs énergétiques aléatoires. Un modèle vibroacoustique énergétique moyen est alors construit en prenant la moyenne statistique des grandeurs énergétiques. On dispose alors d’un modèle énergétique moyen pour analyser la vibroacoustique des systèmes complexes dans la bande des basses et des moyennes fréquences alors que la méthode SEA ne permet pas d’analyser cette bande de fréquence. L’analyse des propriétés des grandeurs énergétiques moyennes utilisées pour la construction du modèle vibroacoustique énergétique permet de construire une version simplifiée conduisant à un modèle énergétique simplifié pour lequel une méthodologie de partition structurale par zone est établie. Une application de cette approche énergétique et de la méthodologie de partition structurale par zone est présentée pour une voiture constituée d’une structure automobile couplée avec sa cavité acoustique interne