Imagerie acoustique pour les milieux de travail : développement d’un algorithme performant pour une antenne sphérique de microphones

Résumé

Le bruit en milieu de travail est un enjeu de santé publique majeur. Il peut causer des troubles auditifs irréversibles, notamment la surdité professionnelle, qui demeure la maladie professionnelle la plus coûteuse au Québec. Identifier les sources de bruit constitue donc une étape essentielle pour mettre en oeuvre des mesures correctives efficaces. Dans ce contexte, l’imagerie acoustique à l’aide d’une antenne sphérique de microphones (ASM) constitue une solution prometteuse pour localiser précisément les sources de bruit dans des environnements complexes. La littérature propose une grande variété de configurations d’ASM (ouvertes ou rigides), avec des géométries disposant les microphones de diverses manières. Cependant, les critères objectifs pour choisir une géométrie optimale en fonction des performances acoustiques restent limités. Par ailleurs, les algorithmes classiques de localisation — tels que la formation de faisceaux conventionnelle (CBF) ou la décomposition en harmoniques sphériques (SHB) — souffrent d’une résolution insuffisante en basses fréquences, en raison d’un lobe principal trop large, rendant la localisation des sources peu précise. Cette thèse vise à développer un algorithme performant pour la localisation de sources en basses fréquences, en s’appuyant sur trois critères : le niveau estimé de la source, la taille angulaire du lobe principal à -3 dB (angle solide), et le rapport entre le niveau du lobe principal et celui des lobes secondaires. Quinze géométries de distribution de microphones sont comparées, représentant un total de 318 240 images acoustiques simulées en champ libre. Pour la première fois, les géométries "Maximal Volume", "Efficient t-design", "L-design" et "Maximum Determinant" sont évaluées dans ce contexte. Les résultats démontrent que l’utilisation d’une ASM ouverte avec une géométrie "t-design" offre les meilleures performances avec le CBF, tandis que les ASM rigides associées au SHB sont plus efficaces (avec la diffraction prise en compte). Un second volet explore un algorithme dit "virtuel", permettant de modifier virtuellement le rayon de l’antenne avec un pseudo-inverse basé sur la fonction de Green (VPIG). Ceci améliore significativement la résolution en basses fréquences. Cette approche est validée expérimentalement à l’aide d’un prototype d’ASM ouverte "t-design" à 24 microphones et 5 cm de rayon, démontrant l’efficacité de l’algorithme VPIG combiné avec une régularisation adaptée jusqu’à 160 Hz. Ce travail contribue au développement d’un système d’imagerie acoustique compact, rapide et performant, adapté aux contraintes du milieu de travail, et améliore de façon significative la capacité de localisation des sources de bruit en basses fréquences.

Date	3 oct. 2026
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Olivier Doutres (Directeur(-trice)) & Franck Sgard (Codirecteur(-trice))