Réponse acoustique non-linéaire de métamatériaux compacts soumis à des niveaux d’excitation sonore élevés, modélisation par une approche masse-ressort

Résumé

L’absorption des ondes acoustiques basses fréquences par des matériaux compacts est un challenge. En effet, les matériaux conventionnels poreux (ex. : mousses) et les résonateurs (ex. : plaque perforée suivie d’une cavité) nécessitent des épaisseurs importantes, de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde à traiter. Les volumes disponibles pour les matériaux acoustiques sont souvent restreints, comme par exemple dans les carénages de rotors de queue arrière d’hélicoptère. Pour ce type de problème, les matériaux structurés résonants sont des solutions intéressantes. Ils sont efficaces pour des longueurs d’onde de bien plus grandes dimensions que leur épaisseur. Cependant, ils sont sensibles aux niveaux d’excitation sonore. L’objectif principal de cette thèse porte sur l’analyse du comportement et le développement de matériaux structurés compacts pour le traitement acoustique des basses fréquences, soumis à des niveaux d’excitation sonore faibles à élevés. Pour répondre à cet objectif, les résultats de la thèse sont présentés dans quatre chapitres dont trois sont des articles scientifiques. Le premier article porte sur l’étude du comportement de matériaux structurés pour des niveaux d’excitation acoustiques faibles (<110 dB). Le matériau structuré proposé est constitué d’un réseau périodique de pores d’air espacés de résonateurs d’Helmholtz annulaires. Pour analyser son comportement, un modèle masse-ressort (analogie mécanoacoustique) a été développé. La solution du problème aux valeurs propres a permis de déterminer les fréquences des modes (fréquences des pics d’absorption) et leurs déformées. Ce modèle se compare bien aux résultats expérimentaux et issus de simulations numériques (éléments finis). Le deuxième article s’intéresse aux pertes ajoutées par les forts niveaux acoustiques pour un matériau de référence comprenant un réseau compact de plaques perforées. Une estimation de ces pertes a été déterminée en étudiant la résistivité au passage de l’air sur un matériau composé d’un réseau périodique de pores d’air espacés de cavités fines. Une étude par mécanique des fluides numérique a permis de montrer que les pertes dominent dans le premier pore et d’estimer un coefficient associé à ces pertes. Dans le troisième article, le modèle masse-ressort a été adapté à partir du paramètre de Forchheimer pour prédire l’absorption acoustique d’un matériau de référence sous forts niveaux. Le modèle a été validé avec des mesures pour des niveaux sonores allant jusqu’à 140 dB. Le dernier chapitre traite du comportement non-linéaire des trous noirs acoustiques : réseau de pores d’air à section décroissante espacés de cavités annulaires fines. Le modèle masse-ressort a été adapté à cette géométrie et validé par des mesures. La sensibilité aux forts niveaux d’excitation sonore a été analysée pour différents profils de décroissance de la section du pore.

Date	16 oct. 2024
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Thomas Dupont (Directeur(-trice)) & Raymond Panneton (Codirecteur(-trice))