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Soutenance de thèse d’ Adrien PELAT

Soutenance de thèse d’ Adrien PELAT

Mercredi 2 Décembre 2009 à 14h, 4ème étage du bâtiment IAM

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

Approche modale de la propagation acoustique dans les guides d’ondes ouverts,
Application à l’acoustique urbaine

devant le jury composé de :
D. Botteldooren Professeur, INTEC, Ghent (Belgique) Rapporteur
J. Kergomard Directeur de Recherche, LMA, Marseille Rapporteur
A-S. Bonnet-Ben Dhia Directrice de Recherche, POEMS, Paris Examinatrice
J. Forssén Professeur, Chalmers University, Göteborg (Suède) Examinateur
J. Picaut Directeur de Recherche, LCPC, Nantes Examinateur
L. Simon Professeur, LAUM, Le Mans Directeur de thèse
S. Félix Chargé de Recherche, LAUM, Le Mans Co-encadrant
V. Pagneux Chargé de Recherche, LAUM, Le Mans Co-encadrant

Résumé de la thèse

Résumé : En zone urbaine, les nuisances sonores sont devenues la principale forme de "pollution" reconnue par la population. Pour faire face à cet enjeu de société, de nombreuses recherches ont permis de décrire la propagation acoustique en milieu urbain. Toutefois, devant la très grande complexité géométrique et physique du milieu urbain, les modèles implémentés dans les logiciels usuels de prédiction, basés sur des approximations énergétiques et géométriques, limitent la description physique des champs acoustiques. Il apparaît donc que des travaux fondamentaux sur la propagation acoustique en milieu complexe doivent être poursuivis en amont des applications directement liées à l’acoustique urbaine.
Dans ce contexte de recherche amont, l’idée essentielle de ces travaux est de considérer la rue comme un guide d’ondes ouvert. En effet, la forme typiquement allongée favorise le guidage des ondes dans l’axe de la rue. En revanche, l’ouverture de ce guide sur un domaine in-fini - le ciel - entraîne un rayonnement des ondes conduisant à des pertes d’énergie. L’étude de ces phénomènes compétitifs entre ondes guidées et ondes rayonnées est au coeur de ce travail. Pour résoudre l’équation d’ondes dans un tel guide ouvert tridimensionnel, la démarche scientifi-que retenue repose sur le principe de la décomposition modale. Dans cette approche, le champ d’ondes est une combinaison d’un ensemble de modes (appelé base modale) dont les contributions dépendent notamment des conditions aux extrémités du guide. L’extension de l’approche modale au cas des guides d’ondes ouverts nécessite d’introduire la notion de modes fuyants (leaky modes).
Au travers d’une étude préliminaire portant sur des guides bidimensionnels fermés de section variable, les possibilités de l’approche modale sont appréhendées dans des cas simples en vue de l’étendre au cas plus complexe des guides tridimensionnels ouverts. Par la suite, un premier travail sur les modes fuyants est réalisé dans le cas académique d’un guide ouvert cylindrique de section rectangulaire. Ce travail permet d’étudier de manière détaillée le comportement et les propriétés des modes fuyants lorsqu’ils sont utilisés dans une approche modale. Il est notamment montré qu’un nombre restreint d’entre eux est nécessaire pour décrire précisément le champ. Sur la base des conclusions de ces premières recherches, une méthode couplée Modal-Éléments Finis plus adaptée aux spécifités des "guides d’ondes urbains" est proposée. Ces travaux montrent comment, en utilisant des PML (Perfectly Matched Layers), un nouveau problème de propagation en guide fermé peut être substitué au problème original de propagation en guide ouvert. Dans cette approche, certaines caractéristiques de la complexité physique et géométrique du milieu urbain peuvent être prise en compte. Des illustrations basées sur l’implémentation numérique de la méthode mettent en évidence des phénomènes physiques liés par exemple aux irrégularités et à l’absorption des façades, ou à la prise en compte de phénomènes météorologiques, et ouvrent certaines perspectives de recherche académiques et appliquées à l’acoustique urbaine.