Analyses expérimentale, numérique et optimisation de traitements acoustiques multicouches à base de matériaux viscoélastiques et poreux pour réduire le bruit à bord de l’avion

摘要

Résumé : Ce projet de recherche est composé de trois parties principales : la première comprend l'analyse expérimentale et la simulation des performances vibratoires de matériaux avec amortissement viscoélastique, en tant que traitements acoustiques appliqués aux structures du fuselage d'un avion. La deuxième partie comprend l'analyse expérimentale et le calcul de la performance acoustique de ces matériaux amortissant en comparaison avec l'effet d'une masse équivalente. Enfin, la troisième partie est une étude paramétrique sur les effets de localisation, de la densité et de la taille d'un traitement massique. Les systèmes d'isolation phoniques typiquement employés dans la construction des fuselages d'avions sont composés de matériaux poreux, avec ou sans des matériaux amortissant (matériaux viscoélastiques). La performance et donc l'utilité de ces traitements amortissant, en comparaison avec une couche de masse équivalente, reste une question largement ouverte. Dans ce travail on a comparé numériquement et expérimentalement les performances acoustiques d'un traitement amortissant avec celui d'une masse équivalente tous les deux incorporées dans le traitement phonique et ceci pour plusieurs types d'excitations. Deux structures représentant des fuselages, une en aluminium et la seconde en carbone composite, ont été sélectionnées pour cette étude ainsi que deux matériaux poreux couramment utilisés en aéronautique : une laine en fibre de verre et une mousse à cellules ouvertes. Deux types d'excitations ont été étudiés numériquement et expérimentalement. La première est une excitation acoustique (champ diffus) et la seconde mécanique (forces ponctuelles). Une troisième, excitation par couche limite turbulente a été étudié numériquement. Dans tous les cas, la perte par insertion du traitement acoustique est utilisée comme indicateur principal de la performance. D'autres indicateurs comme le coefficient d'absorption, le coefficient de perte par amortissement et la vitesse quadratique moyenne sont aussi utilisés pour mieux cerner et expliquer l'effet du traitement. Il a été démontré que l'utilisation d'une couche de masse équivalente à un traitement viscoélastique conduit systématiquement à la meilleure performance acoustique et ceci pour les trois types d'excitations étudiées. En particulier, dans le cas classique où le traitement amortissant est appliqué directement au fuselage. Dans ce dernier cas, les effets de doubles parois créés par la couche massique, positionnée judicieusement loin du fuselage, augmentent la performance en moyennes et hautes fréquences. Les performances en basses fréquences restent limitées par la fréquence de résonance double parois. Et même l'effet amortissant des traitements viscoélastiques, théoriquement visible aux résonances et coïncidences du système, se trouve limité par l'amortissement ajouté par le montage et le traitement absorbants. Cependant, l'efficacité de la couche massique est compromise par les difficultés d'installations et en particulier pour les fibreux. Les résultats de cette thèse restent toutefois limités par notre choix de structures et de traitements étudiés.