Contribution à l'étude du comportement acoustique de matériaux présentant des cavités débouchantes

Environmental noise and noise in the interiors, is a major concern. Companies, in sectors as varied as car industry, electric household appliances or aeronautics, focus on reduction of sound level of their products. In order to reduce noise, the use of passive acoustic absorbing materials, like foams, glass wools or rock, may represent a solution. Other materials offer absorbing properties because of their reactivity, for example, materials with resonators cavities. In this category, honeycombs type materials are employed more and more frequently, not only because of their rigidity weight ratio particularly interesting from a mechanical point of view, but also because of their acoustic properties, in particular in the nacelles of the engines of planes. However, physical phenomena intervening in this attenuation are not well known. The control of acoustic behaviour of these materials, starting from their dimensioning, is not completely acquired. Consequently, the research items presented in this thesis are carried out to contribute to the definition of physical phenomena relating to the behaviour of Helmholtz cavities and honeycomb materials when exposed to different physical influences: acoustic wave, acoustic wave associated to an air flow, or, with vibrations. This study, largely guided by experimentation, required the design and the realization of many test benches in order to understand and to measure the various phenomena in order to validate the theories presented. A new approach is proposed for modeling honeycomb materials which takes into account the influence of resonators cavities of the structure by a mechanical analogy. The results of simulation are compared with those of the experimentation. The methodology of the experimental design was used to seek the dimensional ratios of cavities optimizing the global sound attenuation. Finally, an innovative theory is developed on physical phenomena intervening in sound attenuation caused by cavities exposed at the same time to an air flow and an acoustic wave. The experiments permitted to validate the hypothesis that there is a reactive control consisted of self-adaptation of the response of the cavity to external acoustic excitation.Le bruit dans l'environnement et dans l'habitat est une préoccupation majeure pour la population. Les entreprises, dans des secteurs aussi variés que l'automobile, l'électroménager ou l'aéronautique, travaillent de plus en plus la sonorité de leurs produits. Pour réduire les bruits, une des solutions est l'utilisation de matériaux absorbants acoustiques passifs, comme les mousses, les laines de verre ou de roche. D'autres matériaux offrent des propriétés absorbantes du fait de leur réactivité. Il s'agit de matériaux comportant par exemple des cavités résonnantes. Dans cette catégorie, les matériaux de type nids d'abeilles (NIDA) sont de plus en plus employés, non seulement pour leur rapport rigidité/poids particulièrement intéressant d'un point de vue mécanique, mais aussi pour leurs propriétés acoustiques, notamment dans les nacelles des réacteurs d'avions. Cependant, les phénomènes physiques intervenant dans cette atténuation ne sont pas bien connus et la maîtrise des comportements acoustiques de ces matériaux, à partir de leur dimensionnement, n'est pas totalement acquise. En ce sens, les travaux de recherche présentés dans cette thèse se veulent une contribution à la détermination de phénomènes physiques relatifs au comportement de cavités de Helmholtz et de matériaux NIDA lorsqu'ils sont soumis à diverses sollicitations: une onde acoustique, une onde acoustique couplée à un écoulement d'air, ou encore, à des vibrations. Cette étude, largement guidée par l'expérimentation, a nécessité la conception et la réalisation de nombreux bancs d'essais afin de comprendre et de mesurer les divers phénomènes pour valider les théories que nous avons proposées. Une nouvelle approche est élaborée dans la modélisation de matériaux NIDA qui prend en compte l'influence des cavités résonnantes de la structure par une analogie mécanique et, les résultats de la simulation sont comparés à ceux de l'expérimentation. La méthodologie des plans d'expériences a été utilisée pour rechercher les rapports de forme des cavités optimisant l'atténuation sonore globale. Enfin, une théorie novatrice sur les phénomènes physiques intervenant dans l'atténuation sonore provoquée par des cavités soumises à la fois à un écoulement d'air et à une onde acoustique est développée. Les expérimentations permettent de valider l'hypothèse selon laquelle il existe un contrôle réactif par auto-adaptation de la réponse de la cavité à l'excitation acoustique extérieure