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Présentation OR Acoustique Urbaine

Présentation générale

L’objectif de cette Opération de Recherche consiste en une étude approfondie de la propagation du bruit en milieu urbain, en relation à la morphologie complexe de ce milieu, en en distinguant plusieurs caractéristiques essentielles : l’ouverture de la rue sur le ciel, la géométrie complexe des façades (présence de balcons, de porches, ...), l’hétérogénéité de l’air comme milieu de propagation et la morphologie globale d’un quartier.

Compte tenu des questions scientifiques ouvertes et des enjeux actuels du bruit dans la ville, l’objetif de cette opération de recherche est le développement d’une description ondulatoire de la propagation du son dans un milieu urbain, qui permette une compréhension « physique » des phénomènes mis en jeu, en prenant en compte la complexité géométrique du milieu. Nous menons conjointement une étude théorique de modélisation du problème physique posé et une étude expérimentale, en privilégiant une interaction forte entre ces deux approches.

Propagation d’ondes acoustiques dans une rue

L’idée essentielle de cette thématique est de considérer la rue comme un guide d’ondes pour le champ acoustique, et d’adopter par conséquent une méthodologie adaptée. Cette terminologie de guides d’ondes est ici justifiée dans la mesure où la forme allongée d’une rue et les parois que constituent les façades des édifices et le sol contribuent à favoriser le guidage de l’énergie acoustique dans la direction de la rue.

La rue est en revanche un guide d’ondes complexe, du fait de plusieurs caractéristiques, qu’il convient de décrire précisément, et d’en quantifier l’influence sur la propagation acoustique :

  • l’ouverture de la rue sur la basse atmosphère au-dessus de la ville – la rue n’est pas couverte – dont il résulte que le confinement de l’onde acoustique n’est que partiel,
  • la morphologie irrégulière des façades, qui induit de multiples réflexions de l’onde acoustique,
  • le milieu de propagation du son – l’air – qui est hétérogène, conséquence des effets micro-météorologiques (gradients de vitesse ou de température).

D’une part, une description multimodale de la propagation est utilisée et cette démarche repose sur son adaptation, tant du point du vue théorique que numérique, aux spécificités du problème étudié (tailles caractéristiques, gammes de fréquences des sources, caractéristiques mentionnées précédemment, etc).

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Modélisation du champ acoustique dans une rue

D’autre part, un code de calcul basé sur les équations paraboliques est développé pour pouvoir prendre en compte les effets métérologique dans la propagation acoustique dans une rue.


Propagation d’ondes acoustiques à l’échelle d’un quartier

En milieu urbain, le champ rayonné par une source peut naturellement s’étendre au-delà d’une rue, aussi est-il nécessaire de considérer le problème à une plus grande échelle. L’objet de cette thématique vise à étudier la propagation d’une onde acoustique à l’échelle d’un quartier en vue d’étendre la modélisation et la simulation numérique de la propagation acoustique à un contexte urbain. Deux voies sont proposées :

  • une première étude, locale, sur l’influence des rues adjacentes sur le champ acoustique dans une rue,
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Modélisation du champ acoustique dans un carrefour en T
  • une seconde, globale, sur le rôle de la morphologie de l’environnement urbain (tailles des rues, connexions, densité et régularité du réseau) sur la propagation acoustique à l’échelle d’un quartier.


Etudes expérimentales de la propagation en milieu urbain

Deux aspects essentiels font l’objet d’une attention particulière dans cette phase expérimentale, et constituent les deux thématiques exposées ci-dessous :

  • l’étude de l’influence de l’ouverture de la rue sur l’espace libre au-dessus et de la diffusion par les façades,
  • l’étude des couplages « dans le plan » et « par-dessus les toits » entre rues connectées ou non connectées, et les conséquences sur la propagation à l’échelle d’un quartier.
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Maquette d’une rue lisse

Pour cela, notre équipe dispose d’une salle semi-anéchoïque dédiée à l’acoustique urbaine, comprenant un système de mesure sur maquette (une rue, un système d’acquisition 2 voies et un robot 3D). Pour pouvoir étudier expérimentalement la propagation d’ondes acoustiques en milieu urbain (rue simple, rue connectée, quartier), nous envisageaons de développer un dispositif expérimental de mesure sur maquette pour pouvoir réaliser des mesures précises à l’échelle de la rue et des mesures globales à l’échelle d’un quartier.


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Maquette d’un quartier (vue intérieure)
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Maquette d’un quartier (vue extérieure)

Cette Opération de Recherche a obtenue en 2009 une ANR jeune chercheurs intitulée « Acouville » pour une durée de 4 ans.

Cette opération de recherche est intégrée à l’Institut de recherche en sciences et techniques de la ville (Fédération de recherche CNRS 2488). Ces membres participent également aux activités du GDR 3372 Villes Silencieuses Durable.

Membres

  • Christophe Ayrault, MCF 80%
  • Simon Félix, CR 80%
  • Stéphane Lebon, ITA 15%
  • Bertrand Lihoreau, MCF 100%
  • Vincent Pagneux, CR 10%
  • Adrien Pelat, MCF 20%
  • Olivier Richoux, MCF 80%
  • Laurent Simon, Pr. 10%
  • Miguel Moleron, Doctorant 100%
  • Jean-Baptiste Doc, Doctorant 100%

Thèses en cours

- Miguel Moleron, Modélisation de la propagation acoustique en milieu urbain : de la rue au quartier (2009-2012).
- Jean-Baptiste Doc, Modélisation de la propagation acoustique dans un guide irrégulier (2009-2012).

Thèses soutenues

- Adrien Pelat, « Approche modale de la propagation acoustique dans les guides d’ondes ouverts - Application à l’acoustique urbaine », soutenue le 2 décembre 2009 au Laboratoire d’Acoustique de l’Université du Maine.
- Francis Golay, « Modélisation de l’émission sonore des véhicules de transports terrestres étendus », soutenue le 31 août 2010 au Laboratoire d’Acoustique de l’Université du Maine.

Collaborations

  • Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC), Nantes
  • Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées (LRPC), Strasbourg
  • Ecole Polytechnique Supérieure, Gandia, Université de Valence, Espagne
  • Laboratoire de Mécanique des Fluides, UMR 6598, Ecole Centrale de Nantes (Projet EM2PAU)
  • Equipe Transducteurs, LAUM


Publications

- 2012

  • C. Ayrault, P. Béquin, S. Baudin, "Characteristics of a spark discharge as an adjustable acoustic source for scale model measurements", Acoustics 2012, Nantes, France (2012). slides actes
  • J.-B. Doc, B. Lihoreau, S. Félix, "One-way approximation of the sound propagation in a urban canyon with non-flat boundaries", Acoustics 2012, Nantes, France (2012).
  • J.-B. Doc, B. Lihoreau, S. Félix, "One-way approximation of the sound propagation in a urban canyon with irregular boundaries", Internoise, New York, E.-U. (2012).
  • M. Molerón, S. Félix, V. Pagneux, O. Richoux, J. Picaut, "Sound propagation in periodic urban areas", Acoustics 2012, Nantes, France (2012).
  • M. Molerón, S. Félix, V. Pagneux, O. Richoux, J. Picaut, "TITRE ?", Internoise, New York, E.-U. (2012).

- 2011

  • C. Ayrault, J.-B. Doc, S. Félix, B. Lihoreau, M. Molerón, V. Pagneux, A. Pelat, J. Picaut, O. Richoux, "Modélisation de la propagation acoustique en milieu urbain : approches ondulatoires", Colloque du GIS Modélisation urbaine : "La modélisation de la ville : du modèle au projet urbain", Marne-la-Vallée, France (2011).
  • J.-B. Doc, B. Lihoreau, S. Félix, “Propagation acoustique dans des guides d’ondes irréguliers, approximation one-way pour une application à l’acoustique urbaine", 20e Congrès Français de Mécanique, Besançon, France (2011).
  • J.-B. Doc, B. Lihoreau, S. Félix, “Acoustical propagation into irregular waveguides, one-way approximation for an application to urban acoustics”, 6th Forum Acusticum, Aalborg, Danemark (2011).
  • D. Lecoq, A. Pelat, S. Félix “Wave propagation in an heterogeneously lined open waveguide with application to urban acoustics”, 6th Forum Acusticum, Aalborg, Danemark (2011).
  • M. Molerón, S. Félix, O. Richoux, V. Pagneux, J. Picaut, “Application de la méthode EF-modale à l’étude de réseaux périodiques ouverts", 20e Congrès Français de Mécanique, Besançon, France (2011).
  • M. Molerón, S. Félix, O. Richoux, V. Pagneux, J. Picaut, “Application of the modal-FE method to the study of open periodic lattices”, 6th Forum Acusticum, Aalborg, Danemark (2011).

- 2010

  • J.-B. Doc, B. Lihoreau, S. Félix “Propagation acoustique dans les guides d’ondes irréguliers : Approximation paraxiale pour une application à l’acoustique urbaine”, 6e JJCAAS, Paris, France (2010). poster
  • M. Molerón, S. Félix, A. Pelat, V. Pagneux, J. Picaut, O. Richoux, "A coupled modal-FE method for the sound propagation modeling in urban canyons", Internoise 2010. Lisbonne, Portugal (2010).
  • M. Molerón, S. Félix, O. Richoux, V. Pagneux, J. Picaut, “Une méthode mixte FE-modale pour l’étude de la propagation acoustique en milieu urbain”, 6e JJCAAS, Paris, France (2010).
  • A. Pelat, S. Félix, V. Pagneux, “Modélisation de la propagation acoustique en milieu urbain : approche modale en guide ouvert”, Congrès Français d’Acoustique 2010, Lyon, France (2010). slides
  • A. Pelat, B. Lihoreau, "On the approximation of total absorption of the street open roof at low frequency", Noise in the Built Environment, Gand, Belgique (2010)
  • O. Richoux, C. Ayrault, “Effet de l’ouverture du toit sur la propagation acoustique basse fréquence dans une rue”, Congrès Français d’Acoustique, Lyon, France (2010)

- 2009 et avant

  • C. Ayrault, C. Lemoine, P. Béquin, S. Lebon, "Pulse propagation with non linear effects in a street scale model", Euronoise 2009, Edimbourg, Ecosse (2009).
  • B. Lihoreau, O. Richoux, "A 3D parabolic equation code for street canyon propagation", Euronoise 2009, Edimbourg, Ecosse (2009).
  • A. Pelat, S. Félix, V. Pagneux, “Coupled modal-finite element study of the sound propagation in a non-uniform urban street canyon”, Euronoise 2009, Edimbourg, Ecosse (2009).
  • A. Pelat, S. Félix, V. Pagneux, C. Ayrault, O. Richoux, "Sound propagation in a street canyon : A study by modal decomposition", Acoustics’08, Paris, France (2008).
  • C. Ayrault, P. Béquin, M. Legros, "Experimental study of a spark discharge as an acoustic source", 18th International Congress on Acoustics, Madrid, Espagne (2007).
  • S. Félix, A. Pelat, V. Pagneux, "Waveguide modes of a long open enclosure", Proc. Intern. Symp. on Room Acoustics, Séville, Espagne (2007).
  • A. Pelat, C. Ayrault, O. Richoux, S. Félix, "Multimodal propagation of sound in streets", Proc. Intern. Symp. on Room Acoustics, Séville, Espagne (2007).