Stratégies de modélisation pour les couches et interfaces fines imparfaites

Modelling strategies for thin imperfect interfaces and layers

• Auteur / Autrice : Mathieu Gaborit
• Direction : Olivier Dazel, Peter Göransson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 13/12/2019
• Etablissement(s) : Le Mans en cotutelle avec Kungliga tekniska högskolan (Stockholm)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans - Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans / LAUM

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isolants acoustiques

Modèles mathématiques

Incertitude de mesure

Interfaces (sciences physiques)

Poroélasticité

Propriétés acoustiques

Couches minces

Lutte contre le bruit

Mots clés libres

Incertitudes

Couches fines

Méthodes numériques

Modèles simplifiés

Matériaux poroélastiques

Osäkerheter

Tunna lager

Numeriska metoder

Förenklade modeller

Poroelastiska medier

Uncertainties

Thin layers

Numerical methods

Simplified models

Poroelastic materials

Résumé

La tendance globale poussant à développer des environnements plus calmesest, depuis des années, un des aspects clés de la recherche en acoustique. Lerécent durcissement des régulations sur l’exposition au bruit ainsi que lesnombreux rapports concernant son impact sur la santé humaine rappellent lebesoin criant de stratégies innovante pour palier le problème. Le travail denombreuses équipes a permis d’améliorer les solutions existantes et d’explorerde nouvelles approches, aboutissant à de nouveaux concepts prometteurs.L’utilisation de matériaux poroélastiques et le développement de matériauxméta-poroélastiques réalistes sont un élément central de ces recherches et préfigurentdes pistes viables pour résoudre le problème du bruit. En parallèle,une grande partie des systèmes courants pour le traitement des nuisances sonores,comme les panneaux acoustiques, utilisent de fins films résistifs placésen surface pour protéger les matériaux et contrôler le comportement acoustiquedu système. Malgré que ces films soient souvent les plus petits composantsdes panneaux, ils ont un impact non-négligeable sur la réponse globaleet sont sujet à un certain nombre d’incertitudes.L’approche choisie dans cette thèse diffère de la tendance globale poussantau développement de nouveaux système. À l’inverse, ce travail s’emploie àmodéliser l’impact des incertitudes concernant les films acoustiques et zonesd’interface sur le comportement des absorbeurs et traitement acoustiques. Cesfilms et zones sont notoirement difficiles à caractériser avec précision à causede leurs propriétés ou de de leur inaccessibilité. Le principal objectif de cettethèse est de proposer des stratégies pour prendre en compte les incertitudeset interfaces afin de prédire leur impact sur la réponse globale.Trois contributions scientifiques sont présentées. Ensemble, elle discutentdifférents aspects de modélisation se rapportant aux films et aux absorbeurs,proposent de possibles simplifications et mettent en lumière l’effet des incertitudes.Finalement, ces contributions introduisent des stratégies au niveau dumodèle ou du calcul pour prendre en compte les incertitudes dans le contextedes matériaux poroélastiques et méta-poroélastiques.

Den globala trenden mot allt tystare miljöer, har i flera år varit i fokus förforskningen inom teknisk akustik. Den senaste tidens skärpning av de reglementensom berör gränser för tillåten ljud- och bullerexponering, tillsammansmed studier av bullers påverkan på hälsa, välbefinnande, inlärningsförmågaetc., understryker behovet av nya innovativa strategier. Dessa inbegriper somexempel förfining av redan existerande lösningar, utforskande av nya vägartill effektiva åtgärder för att uppnå en lägre ljudnivå, med flera. Stommen ide flesta åtgärder för att reducera ljudnivåer har sedan mitten av 1900-taletvarit olika former av poroelastiska material och under de senaste decenniernaäven en utveckling av så kallade metamaterial, d.v.s. material vars egenskaperej går att finna i naturen förekommande form, vilket även bereder väg föratt finna nya lösningar på problemet. I dagsläget används, i de mest allmäntanvända systemen för att reducera buller, till största delen tunna resistentaskikt som placeras på ytan för att skydda mot mekanisk påverkan och menäven för att kunna kontrollera de akustiska egenskaperna. Trots att dessa ytskiktoftast är en av de tunnaste komponenterna i olika system, så är deraspåverkan på det totala resultatet avsevärd och kan inte förbises. På grund avderas design, är tillverkningen ofta behäftad med bristande precision och debidrar därför ofta till att de totala akustiska egenskaperna hos sammansattasystem där de ingår, ofta uppvisar en spridning på grund av denna variation.I denna avhandling behandlas metoder för kunna undersöka effekten avdessa oundvikliga osäkerheter som finns i alla dessa ljudreducerande system.Mer precist, så har arbetet fokuserat på att modellera den påverkan som osäkerheteni gränsytorna och parametrarna i de tunna ytlagren innebär. Blandannat har arbetet varit inriktat på att hantera de utmaningar som ligger i attmed precision karaktärisera de akustiska ytskikten och i viss utsträckning detunna gränsytornas avskärmning som kommer av monteringsprocessen. Avhandlingensmål är att föreslå strategier för att ta i beaktande de osäkerheterhos filmens och gränsytornas parametrar för att förutse deras påverkan pådet totala resultatet av systemet.Tre olika vetenskapliga bidrag presenteras i denna avhandling. Tillsammansbehandlar de modelleringsaspekter relaterade till de tunna ytskikten,föreslår möjliga förenklingar och demonstrerar effekterna av osäkerheter i ingåendemodellparametrar. Slutligen introduceras numeriska strategier för attgenom beräkningar, effektivt kunna beakta osäkerheterna gällande poroelastiskaoch meta-poroelastiska medier.

The global trend towards quieter environments has been one of the keytopics of acoustics research for years. The recent tightening of the regulationson noise exposure as well as the many reports on the impact of noise on humanhealth confirm this situation and stress ever more the need for innovativemitigation strategies. Numerous efforts from many teams allowed to refineexisting solutions and explore new approaches towards a lower noise levelultimately leading to a number of promising concepts. Central to this field,the use of poroelastic media and the development of realistic meta-materialsare paving the way to tackle the problem. In the meantime, a great part ofthe most widely adopted systems to mitigate noise, such as acoustics panelsfor instance, resort to thin resistive screens placed on the surface to protectthe bulk and control the properties. Despite often being one of the thinnestcomponents of the systems, they have a non-negligible impact on the overallresponse and are subject to a number of uncertainties.The approach chosen in this thesis differs from the global trend of designingnew solutions and conversely relies on investigating the effect of uncertaintiesinherent to all these sound proofing systems. More precisely, thework performed focuses on modelling the impact of uncertain interfaces anduncertain parameters in the thin layers used as protective, tuning or aestheticelements. These acoustic films, and to a certain extent the thin interface zonesresulting from the assembly process, are notably challenging to characterisewith precision. The main goal of this thesis is then to propose strategies toaccount for uncertainties on the parameters of the films and interfaces andpredict their impact on the overall response of the systems.Three different scientific contributions are presented in this thesis. Togetherthey discuss modelling aspects related to the films, propose possiblesimplifications and demonstrate the effect of parameter uncertainties. Finallythey introduce numerical strategies to efficiently account for uncertainties incomputations within the context of poroelastic and meta-poroelastic media.