Ce document traite de l'évaluation des performances acoustiques de composants et systèmes dans un banc d'essai aéroacoustique, essentiel pour la réduction du bruit dans l'aéronautique et l'industrie automobile. Il présente une approche théorique et pratique sur la propagation des ondes acoustiques et les essais effectués sur divers matériaux absorbants, notamment des nids d'abeille et des plaques d'aluminium. Les résultats indiquent une bonne efficacité d'absorption à des fréquences spécifiques et ouvrent des perspectives pour de nouvelles optimisations et caractérisations.

1. Evaluation des performances
acoustiques de composants et systèmes
dans un guide d’ondes
Nathalie LAMOTHE
Licence Professionnelle Acoustique et Vibrations
(LP AV)
Année universitaire : 2014 - 2015
Encadrant : J.-M. Genevaux, Enseignant-chercheur, ENSIM-LAUM
Tuteur de stage : P. Zelmar, Responsable d’affaires, CEVAA

2. Stage LPAV N. LAMOTHE
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3. Table des matières
Introduction 1
1 Présentation générale 3
1.1 Présentation de l’entreprise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Présentation du banc d’essai aéroacoustique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.1 Partie soufflerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2 Partie d’essais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Propagation acoustique des ondes en milieu guidé 8
2.1 Détermination de la validité du domaine de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.1 Modes propres du conduit sans écoulement . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.2 Modes propres du conduit avec écoulement . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 Méthode de calcul de l’insertion loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Application expérimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3 Essais de validation des mesures 15
3.1 Optimisation des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 Validation des mesures sur plaque de référence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4 Mesures par insertion de matériau dans le guide d’ondes 20
4.1 Insertion de matériau absorbant de type nid d’abeille . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.1.1 Nid d’abeille fin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.1.2 Nid d’abeille épais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.2 Insertion de parois vibrantes : plaques d’aluminium . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Conclusion 27
Bibliographie 29
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4. Introduction
L’acoustique industrielle est en constante évolution. La réduction du bruit dans l’aéro-
nautique et l’industrie automobile conduit à une recherche intensive en aéroacoustique. La
propagation acoustique s’effectue souvent en atmosphère illimitée mais le bruit est cependant
fréquemment engendré dans un espace guidé, tel que conduit de ventilation, circuit hydrau-
lique, gaines d’aspiration et de refoulement, pot d’échappement, nacelle de turboréacteur [3].
Ces champs sonores confinés dans un tube possèdent alors des cractéristiques particulières.
Afin de traiter ces problèmes aéroacoustiques, des méthodes expérimentales peuvent être
utilisées telles que des souffleries qui sont des équipements de très grande taille et de haute
technicité (exemple : soufflerie S2A 1
) ou, pour la caractérisation de traitements acoustiques de
surface en présence d’écoulement, on utilise des bancs aérauliques (comme présent au CEVAA 2
).
La réalisation d’un banc aéroacoustique au CEVAA est le fruit d’une collaboration avec la
société Aircelle 3
et l’Institut Jean le Rond d’Alembert 4
. Aircelle étant basée au Havre, il leur
est nécessaire de pouvoir effectuer des mesures de caractérisation acoustique de traitements
pour nacelles d’avion à proximité de leur situation, et l’Institut nécessite également d’un banc
afin de mettre en pratique les recherches concernant de nouvelles méthodes de traitements
acoustiques pour des surfaces en présence d’écoulement.
Après une brève présentation de l’entreprise puis une présentation plus détaillée du banc
d’essai aéroacoustique, une approche théorique concernant le fonctionnement du banc sera
faite afin de comprendre les phénomènes physiques mis en jeux lors de la propagation des ondes
1. Soufflerie Aéroacoustique Automobile créé en 2001 par PSA Peugeot Citroën, Renault et le Conservatoire
National des Arts et Métiers, située dans les Yvelines.
2. Centre d’Etudes Vibro-Acoustiques pour l’Automobile, situé à Rouen.
3. Aircelle est un fabricant de nacelles pour les moteurs d’avions, appartenant au groupe Safran.
4. D’Alembert est une Unité Mixte de Recherche de l’UPMC - Université Pierre et Marie Curie.
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5. acoustiques en milieu guidé. Ensuite, une approche pratique permettra de caractériser le banc
à travers des essais jugeant de la validité des mesures. Enfin, une dernière partie sera consacrée
aux mesures effectuées sur des échantillons de type nid d’abeille fournis par Aircelle puis sur
des échantillons de type plaque d’aluminium servant de support aux recherches réalisées au sein
de l’Institut d’Alembert.
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6. Conclusions et perspectives
Une première partie, théorique, permet de déterminer les valeurs des fréquences de coupure
des modes du conduit dépendants de son dimensionnement. Un seul mode est propagatif sur la
bande de fréquences d’étude (200 Hz à 3 kHz), mais le placement des microphones de mesure
sur un noeud de pression permet de lisser son influence.
Une seconde partie, pratique, permet de valider les performances du banc, d’optimiser les
procédures d’acquisition et de traitement des mesures et enfin d’aborder l’analyse et l’exploita-
tion des mesures sur les premiers échantillons. Les résultats montrent une grande efficacité en
absorption aux alentours de 1600 Hz pour le nid d’abeille épais et 2200 Hz pour le nid d’abeille
plus fin. Les plaques d’aluminium testées présentent des valeurs d’atténuation non nulle autour
de 300 Hz.
Au cours des mesures, certains problèmes sont rencontrés, nécessitant de nouvelles perspec-
tive.
Les perspectives à prévoir pour le mois restant du stage consistent en :
— vérifier les possibilités restantes d’optimisation du taux d’ondes retour (travail sur ter-
minaisons anéchoïques),
— Estimer le budget à prévoir pour de nouveaux microphones moins sensibles,
— Caractériser à nouveau les plaques après réception d’un nouveau cadre support,
— Caractérisation d’autres matériaux (plaque de fibre de verre, papier...)
— Analyser la dispersion de mesure dépendant de la température de l’air et de la pression
atmosphérique,
— Effectuer enfin les mesures avec écoulement.
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7. Résumé
Les études sur banc aéroacoustique permettent de caractériser les performances de matériaux
absorbants comme les nids d’abeille, fréquemment utilisés pour le traitement du bruit dans les
nacelles d’avion à travers des valeurs de perte par insertion entre autres. D’autres principes
d’absorption de l’énergie acoustique en paroi sont à l’étude afin d’évaluer leurs performances
en termes d’atténuation et de bande de fréquences utile. Des recherches autour de ces principes
de traitement acoustique, employant des matériaux plus légers et moins encombrants, sont
actuellement en cours. Le banc aéroacoustique, présent au CEVAA, permet de caractériser
expérimentalement des échantillons basés sur ces principes.
Abstract
Studies performed on acoustic benches allow to characterize acoustic behaviour of absor-
bing materials, such as acoustic liner. Indeed they are frequently used for noise treatments in
airplanes nacelle systems due to their insertion loss. Other absorption principles of the acoustic
energy on walls are studied in order to evaluate attenuation and bandwidth performances of
acoustic materials. Researches concerning acoustic treatments, using lighter and bulky mate-
rials, are currently running. The CEVAA acoustic bench allows to characterize experimentally
samples based on these principles.