Numerical modelling for environnemental acoustics : meteorological fields simulation and integration in an outdoor sound propagation model

Il existe aujourd'hui un enjeu sociétal majeur à s'intéresser à la propagation du son en milieu extérieur etnotamment, dans notre contexte, à diminuer l'incertitude sur l'estimation des niveaux sonores et améliorer ainsi laprécision des diverses analyses, du bureau d'étude à l'institut de recherche. Dans le cadre de l'acoustiqueenvironnementale, l'influence des conditions météorologiques sur la propagation acoustique en milieu extérieurpeut être importante. Il est donc nécessaire d'appréhender et de quantifier les phénomènes météorologiques demicro-échelles que l'on observe dans la couche limite atmosphérique.Dans ce but, le modèle météorologique de recherche de Météo-France (Meso-NH) a été utilisé. Après avoircomparé les résultats de ce modèle à très fine résolution (de l'ordre du mètre) à l'aide des bases de données de deuxcampagnes expérimentales (Lannemezan 2005 et la Station de Long Terme), il s'est avéré nécessaire de développercet outil en intégrant la prise en compte de la force de traînée des arbres. Dès lors, les résultats issus de Meso-NH surles champs de vent, de température et d'énergie cinétique turbulente aparraissent satisfaisants. Ces informationssont par la suite utilisées en données d'entrée du modèle de propagation acoustique.Le modèle acoustique temporel utilisé est basé sur la méthode Transmission Line Matrix (TLM). Sondéveloppement a été effectué dans le but d'être appliqué à la propagation acoustique en milieu extérieur : prise encompte du relief, de différents types de sol, des conditions atmosphériques, etc. La validation numérique de laméthode TLM, par comparaison avec d'autres modèles (analytique et numérique de type Equation Parabolique), apermis de montrer la pertinence de son utilisation dans le cadre de l'acoustique environnementale.Enfin, à l'aide de ces modèles, des niveaux sonores simulés sous différentes conditions de propagation(favorables, défavorables, homogènes) ont été comparés aux mesures in-situ réalisées lors de la campagneexpérimentale de Lannemezan 2005. Les résultats se sont avérés très satisfaisants au regard de la variabilité desphénomènes observés. Cependant, l'utilisation des champs issus d'un modèle micro-météorologique de type Meso-NH reste délicate du fait de la forte sensibilité du niveau sonore aux profils verticaux de célérité du son. L'étude defaisabilité sur une expérience plus complexe (la Station de Long Terme) est encourageante et, à condition de disposerd'importants moyens de calculs, elle permet de considérer la TLM comme une nouvelle méthode de référence etainsi, d'envisager d'élargir son domaine d'utilisation à d'autres applications.Actually, it exists a major societal issue to be interested in outdoor sound propagation and specially, in our context, toreduce the uncertainty in noise levels estimation and thus to improve the analyses accuracy, from engineers toresearch institutes. The influence of meteorology on outdoor sound propagation is significant. It is thereforenecessary to understand and quantify the micro scales phenomena into the atmospheric boundary layer.In this way, the French research meteorological model (Meso-NH) has been used. After comparing resultsof this model at very fine resolution (~1 meter) to measurements issued from the databases of two experimentalcampaigns (Lannemezan 2005 and Long Term Monitoring Station: LTMS), it appeared necessary to develop this toolin order to take into account the drag force of the trees. Finally, the Meso-NH results for the wind, temperature andturbulent kinetic energy fields are satisfactory. Then, theses informations can be used as input data for acousticmodels.Our time domain acoustic model is based on Transmission Line Matrix method (TLM). Its development wasdone in order to be applied to outdoor sound propagation: taking into account topography, soil types, meteorologicalconditions, etc. The numerical validation of the TLM method, by comparison with other models (analytical andnumerical: Parabolic Equation), has shown the relevance of its use in the context of environmental acoustics.Finally, thanks to these models, simulated noise levels in different propagation conditions (downward,upward and homogeneous refraction conditions) were compared to in situ measurements carried out during theLannemezan 2005 experimental campaign. Satisfying results were obtained regarding the observed phenomenavariability. However, using the micro-meteorological model Meso-NH is difficult because of the strong acousticsensitivity to the vertical celerity profiles. A feasibility study on a more complex experience (LTMS) is encouragingand, provided having substantial computing resources, it permits to consider the TLM as an accurate method in thecontext of environmental acoustics