Alexis JAMOIS : Développement de « méta-matériaux » pour des applications en aéroacoustique

Résumé :  

La réduction des nuisances acoustiques basses fréquences est un problème d’actualité notamment dans le secteur des transports. Les matériaux absorbants classiquement utilisés ne sont pas efficaces dans ces gammes ou alors de manière très ponctuelle, pour une bande de fréquences très réduite. L’émergence de nouveaux matériaux absorbants aux propriétés et caractéristiques hors-norme par rapport aux matériaux classiques (des «méta- matériaux ») ont montré une efficacité accrue dans des gammes étendues de basses fréquences. Ces matériaux nouveaux sont pour certains, basés sur une définition géométrique de leur architecture interne, périodisée, et peuvent donc être conçus par ordinateur et réalisés à l’aide de techniques d’impression 3D.
La thèse proposée visera des applications de ces matériaux pour réduire le bruit propagé en conduit en présence d’un écoulement.
Le LMFA développe depuis de nombreuses années des modèles et des bancs d’essais pour comprendre et optimiser les performances de traitements de paroi dans ces situations, en relation principalement avec les industries du secteur des transports aériens. Les moteurs d’avion conçus récemment pour réduire la consommation d’énergie induisent en effet un déplacement des nuisances sonores vers les basses fréquences plus difficiles à atténuer, tout en réduisant les aires potentielles d’application des traitements. Le LMFA a ainsi conduit des travaux dans le cadre de plusieurs projets européens du secteur portant sur les matériaux actifs, l’étude de matériaux passifs à réaction localisée ou étendue, les méthodes éductives pour caractériser les absorbants, la modélisation numérique par résolution des équations linéarisées d’Euler directement dans le domaine temporel ... De manière plus générale, ces travaux ont permis de progresser dans la connaissance et la compréhension du comportement de matériaux absorbants en présence d’écoulement et ont fait l’objet de communications à conférences, publications, et thèses...(voir références [1] à [7])
La thèse proposée s’inscrit dans la continuité de ces travaux, et fait également suite aux travaux conduits en collaboration avec le LTDS sur le développement de matériaux pour la réduction de bruits basses fréquences en vibro-acoustique ([8], [9]. L’objectif de la thèse est de développer un process complet de design et d’optimisation de matériaux depuis l’échelle microscopique jusqu’à la réalisation d’échantillons d’environ 50cm testés en écoulement sur le banc d’essai CAIMAN du LMFA. Cette démarche, si elle repose sur le développement de métamatériaux qui sont l’objet de nombreux travaux de recherche actuellement, présente l’originalité d’être menée dans l’objectif d’une application en présence d’écoulement, depuis la conception fine jusqu’au test, en vue d’une optimisation.
L’étude comporte des aspects expérimentaux et de modélisation développés selon les étapes suivantes :

- Construction de modèles à l’échelle microscopique de métamatériaux avec la prise en compte des phénomènes visco-thermiques. Passage à l’échelle macroscopique et modélisation de leur comportement global.
- Sélection des matériaux les plus performants et réalisation d’échantillons par l’imprimante 3D Acoustique H2020. Validation expérimentale par mesure d’impédances en incidence normale et identification de fonctions caractéristiques du matériau.
- Modélisation et tests de matériaux en conduit en présence d’écoulement. Optimisation
Les matériaux étudiés présenteront dans un premier temps une structure rigide et un comportement de type fluide équivalent étendu. Des développements ultérieurs concernenront des matériaux présentant une structure élastique, une membrane, ...
Les modèles et les essais seront menés principalement dans le cadre de l’acoustique linéaire. Les applications envisagées pour ces matériaux sont cependant le lieu de niveaux sonores très intenses. On envisagera donc également l’étude d’effets non-linéaires sur les performances des matériaux, à la fois dans les modèles et dans les essais.