Propagation acoustique en milieu boisé : méthodes numériques dans le domaine temporel vers des applications à la bioacoustique

Acoustic propagation in forest environments : time domain numerical methods toward bioacoustic applications

• Auteur / Autrice : Quentin Goestchel
• Direction : Benoit Gauvreau, Gwenaël Guillaume, David Ecotière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 18/10/2023
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité mixte de recherche en acoustique environnementale - Unité Mixte de Recherche en Acoustique Environnementale / UMRAE
• Jury : Président / Présidente : Simon Félix
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ariane Emmanuelli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maarten Hornikx, Régis Marchiano

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioacoustique

Analyse numérique

Forêts

Son -- Propagation

Mots clés libres

Modèle de propagation du son

Forêt

Méthodes Numériques

Applications Ecologiques

Sound Propagation Model

Forest

Numerical Methods

Environmental Applications

Résumé

Ce manuscrit étudie la modélisation de la propagation du son dans les environnements forestiers, dans le but de mieuxcomprendre les modèles numériques et leurs applications possibles. Le sujet est introduit par une présentation despréoccupations existantes concernant l'impact du bruit sur la santé et la biodiversité. Une revue de la littérature examine lesrecherches précedentes et les modèles de propagation existants, tant analytiques que numériques, pour leur applicabilité auxforêts. Ensuite, en tant que solveur dans le domaine temporel, le modèle Transmission Line Matrix (TLM) fait l'objet d'uneétude approfondie, et la mise à jour de sa théorie permet de mettre en évidence certaines limitations pour les cas longuedistance en extérieur. Des expériences numériques sont ensuite présentées pour quantifier les erreurs et les limites dumodèle TLM. Les implications informatiques de la modélisation d'un nombre important de points impliqués par le rapport dedistance-fréquence de simulations forestières sont discutées. Des applications à des scénarios forestiers, avec de multiplesconditions d'impédance sont présentées, et la validation est effectuée par des comparaisons avec des mesures in-situprovenant de la station de recherche des Nouragues (Guyane). Dans l'ensemble, cette recherche contribue à lacompréhension de la simulation de la propagation du son dans les forêts et des applications pratiques potentielles qui peuventen découler.

This manuscript investigates sound propagation modeling in forest environments, intending to understand the limitations ofexisting models and explore their potential bioacoustic applications. The subject is introduced by presenting current concernsabout the impact of noise on health and biodiversity. A literature review examines previous studies and existing outdoor soundpropagation models, both analytical and numerical, for their applicability to forest scenarios. Then, as a time-domain solver, theTransmission Line Matrix (TLM) model is thoroughly investigated, and the update of its theory allows for highlighting limitationswhen modeling outdoor long-range sound propagation. Numerical experiments are presented to quantify the subsequent errorsand limitations in the TLM model. The computational implications of modeling a significant number of points implied by largefrequency-distance ratios are discussed. Finally, some applications to model sound propagation within forests, with multipleimpedance boundary conditions, are presented, and a validation method is proposed through comparisons with in-situmeasurements at the Nouragues research station (French Guiana). Overall, this research contributes to the understanding ofhow to simulate sound propagation within forests and the potential practical applications that can arise from it.