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Soutenance de Thèse de Anne Degroot

Soutenance de Thèse de Anne Degroot

Jeudi 11 Octobre 2007 à 14h00
4eme étage du bâtiment IAM

Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DU MAINE
Spécialité : ACOUSTIQUE

Contribution à l’estimation de la vitesse particulaire acoustique par Vélocimétrie Laser Doppler & Application à l’étalonnage de microphones en champ libre

devant le jury composé de :

  • Y. GERVAIS Professeur, LEA, Poitiers Rapporteur
  • C. RICHARD Professeur, LM2S, UTT, Troyes Rapporteur
  • M. CAMPBELL Professeur, School of Physics, Edimbourg Examinateur
  • G. PLANTIER Enseignant-chercheur, ESEO, Angers Examinateur
  • S. MONTRESOR Maître de Conférence, LAUM, Le Mans Examinateur
  • L. SIMON Professeur, LAUM, Le Mans Directeur de thèse
  • B. GAZENGEL Maître de Conférence, LAUM, Le Mans Co-directeur de thèse
  • O. RICHOUX Maître de Conférence, LAUM, Le Mans Co-directeur de thèse

Résumé de la thèse

La Vélocimétrie Laser à effet Doppler (VLD) est un outil de mesure de vitesse particulaire non-invasif couramment utilisé en mécanique des fluides qui reste cependant encore marignal en acoustique. L’accès à l’information de vitesse particulaire acoustique permet de caractériser les champs acoustiques complexes, autorisant l’étude de phénomènes acoustiques au voisinage de parois vibrantes ou de discontinuités géométriques par exemple. L’application de la VLD à l’acoustique de l’audible pour des niveaux allant de 60 à 120 dBSPL en présence de faibles écoulements (de quelques mm/s au m/s) constitue un domaine d’investigation du Laboratoire d’Acoustique de l’Université du Maine depuis le milieu des années 90. Les méthodes de traitement du signal aujourd’hui implémentées sur le banc de mesure appartiennent à la famille des méthodes temps-fréquences donnant accès à la loi de fréquence instantanée (proportionnelle à la vitesse) de la particule lors de son passage dans le volume de mesure. Ces méthodes ont été développées et validées expérimentalement sur une seule bouffée Doppler en présence de très faibles écoulements conduisant à une loi de variation de la vitesse de plusieurs périodes acoustiques. L ’objectif de cette thèse est double. Dans un premier temps, il vise à développer un traitement de signal qui permette d’estimer la vitesse acoustique à partir de l’analyse de plusieurs bouffées. Dans un deuxième temps, il vise à utiliser la VLD pour estimer une pression acoustique à partir des vitesses acoustiques mesurées au voisinage d’une structure (d’un microphone). La première partie du travail a consisté à développer et valider une méthode de traitement du signal capable de détecter, localiser, classifier (simple ou multiple) les bouffées contenues dans un signal bruité et à proposer une méthode d’estimation des paramètres acoustiques et de vitesse d’écoulement. Compte tenu de la complexité du signal et du bruit additif (non gaussiens et fonctions de densité de probabilité inconnues), une approche expérimentale de la détection a été adoptée. Cette méthode est basée sur une transformée en ondelettes appliquée au signal Doppler donnant accès à une représentation temps-échelle peu bruitée du signal (scalogramme). La méthode d’estimation des paramètres acoustiques quant à elle repose sur l’utilisation d’une méthode des moindres carrés appliquée au signal de fréquence instantanée estimée suite à la détection des bouffées Doppler. La deuxième partie de cette thèse a permis d ’initialiser des travaux, en collaboration avec le laboratoire d’acoustique d’Edimbourg, sur l’étalonnage de microphones en champ libre par mesures de vitesses acoustiques VLD. Les microphones de mesure utilisés en acoustique sont aujourd’hui étalonnés de manière absolue à l’aide de la méthode dîte de "l’étalonnage par réciprocité". L’objectif général du projet engagé consiste à évaluer la précision de la VLD pour estimer le champ de pression à partir de mesures directes du champ de vitesse au voisinage de la membrane en champ libre. Une première étude de faisabilité d’estimation de la pression à partir de mesures de vitesses à une dimension a été menée, permettant d’envisager un étalonnage des microphones en pression. Puis, dans un second temps, une approche analytique basée sur le formalisme intégral de Green a permis de développer un modèle à deux dimensions du champ de pression en fonction de la vitesse au voisinage très proche du microphone dans le but d’étalonner les microphones en champ libre.

Mots clés : détection, localisation, classification, estimation, moindres carrés, temps-fréquence, ondelettes, LDV, microphones, étalonnage, champ libre.