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Intérieur de la chambre anéchoïque mettant en évidence les nouveaux dièdres absorbants, les arrivées d’air subsonique et supersonique ainsi qu’une antenne de microphones (à gauche)
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30 juin 2021

LMFA : la nouvelle soufflerie anéchoïque du Centre Acoustique
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique

Le Centre Acoustique a été créé au début des années 80 sur le campus de l’École Centrale de Lyon et se consacre pour une large part à l’étude du bruit créé par les écoulements. Son équipement expérimental principal se compose d’une grande chambre sourde couplée à deux souffleries, subsonique et supersonique, silencieuses. Unique dans le paysage universitaire européen, cet équipement vient d’être complètement renouvelé et ses capacités augmentées.


L’aéroacoustique est la science qui s’intéresse à la compréhension des mécanismes physiques à l’origine du bruit créé par les écoulements ainsi qu’à la recherche de solutions pour les réduire.

Les bruits d’origine aérodynamique sont présents dès que les écoulements sont instationnaires ou turbulents et ils constituent une source importante de nuisances. Ces bruits sont présents et gênants dans de nombreux domaines. On pense d’abord aux transports qu’ils soient aériens (jets des moteurs, soufflantes, hélices, train d’atterrissage …) ou terrestres (trains à grande vitesse, automobiles), mais les bruits aérodynamiques sont importants dans bien d’autres domaines tels que la ventilation-climatisation ou la production d’énergie éolienne. Les mécanismes aéroacoustiques étant souvent semblables dans l’air et dans les fluides lourds, des applications marines sont également nombreuses qu’elles soient civiles ou militaires (discrétion acoustique des sous-marins par exemple). Si la réduction des nuisances sonores pour les riverains des systèmes de transport est une préoccupation majeure (on connaît la difficulté de création ou d’évolution de pistes d’aéroports ou de lignes ferroviaires à grande vitesse), l’amélioration du confort acoustique des personnes est également un point clé pour la compétitivité des entreprises.

L’étude des bruits aérodynamiques nécessite des installations expérimentales très spécifiques qui combinent création d’écoulements de façon intrinsèquement silencieuse et propagation acoustique simulant l’espace libre. C’est autour de cette combinaison d’une soufflerie silencieuse et d’une grande chambre anéchoïque qu’a été créé le Centre Acoustique au début des années 80. Malgré une amélioration continue de ses performances et de ses capacités de mesure au fil des ans, une rénovation complète était devenue nécessaire afin de se maintenir au tout premier plan international.

Cette opération a été conduite en plusieurs étapes. Tout d’abord une nouvelle installation de génération d’air à haute pression a été réalisée : un ventilateur centrifuge à double étage a été défini et installé afin de permettre l’étude d’écoulements très rapides dans des veines d’essai de section importante. Ce ventilateur d’une puissance de 800kW permet ainsi d’obtenir un écoulement de nombre de Mach égal à 0.5 avec un débit de 20m3/s ou à 0.8 (correspondant à une vitesse de 1000km/h environ) dans une section plus faible. Ce ventilateur peut fonctionner de façon combinée avec un compresseur centrifuge industriel d’une puissance de 350kW pour l’étude de bruit de jets coaxiaux avec un écoulement primaire supersonique ou de l’effet d’avancement d’un avion lors du décollage. Une large et longue conduite comportant plusieurs rangées de silencieux permet de guider ce flux d’air sans bruit parasite à une chambre anéchoïque de grandes dimensions (10x8x8m3). Un schéma global de l’installation est visible ci-dessous :


Schéma global de la soufflerie silencieuse depuis les générateurs d’air jusqu’à la chambre anéchoïque


La chambre initiale était revêtue de panneaux nus de laine de verre dont l’absorption était excellente mais qui ne pouvaient résister aux grandes vitesses d’air induites dans la chambre. Une rénovation complète a donc été entreprise en 2020. Le remplacement du revêtement par un ensemble de dièdres absorbants constitués de laine minérale enveloppée d’une tôle perforée présente l’avantage d’une plus grande durée de vie par sa résistance mécanique et sa facilité d’entretien et ceci sans altérer les performances acoustiques (deuxième figure). Par ailleurs les accès ont été sécurisés, de nouveaux systèmes de manutention et des plateformes mobiles ont été installés pour permettre une utilisation optimale des matériels de mesure acoustique (antennes de microphones pour la localisation des sources de bruit sur maquettes) ou de mécanique des fluides (mesures de vélocimétrie laser ponctuelles ou de cartographie de champ bidimensionnelle).

Cette rénovation complète a été réalisé grâce au soutien financier de la Région Auvergne Rhône-Alpes dans le cadre du plan Etat-Région et du Laboratoire d’Excellence CeLyA (Centre Lyonnais d’Acoustique) qui fédère l'ensemble des acteurs de la recherche en acoustique de l'Université de Lyon. Cette rénovation est aussi accompagnée du projet de recherche de la chaire industrielle ARENA sur Aéroacoustique des nouvelles architectures de moteur en aéronautique, entre l’ANR, Safran Aircraft Engines et l’Ecole Centrale de Lyon.

Enfin, cette équipement exceptionnel est complété par d’autres installations de plus petite taille permettant l’étude de points spécifiques tels que les performances de matériaux acoustiques passifs ou actifs soumis à un écoulement rasant (gaines de ventilation, nacelles de turboréacteurs). Le bruit des turbomachines est étudié pour sa part dans deux installations dédiées : une veine d’essai constituée d’une machine de conditionnement d’air aéronautique, et l’EquipEx Phare-2 pour étudier le bruit de soufflante à l’échelle un tiers, toujours en collaboration avec Safran Aircraft Engines.*

 

Auteurs

Daniel Juvé est professeur émérite des Universités à l’Ecole centrale de Lyon. Il a dirigé le Centre Acoustique du Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique de 1994 à 2014. Porteur du projet de Laboratoire d’Excellence Centre Lyonnais d’Acoustique, il l’a dirigé de 2011 à 2017. Daniel Juvé a reçu le Grand Prix de l’Académie des Sciences Alexandre Joannidès en 2001, la médaille de la Société Française d’Acoustique en 2011 et l’Aeroacoustics Award du Council of European Aerospace Societies en 2017.
Ingénieur de recherche Centrale Innovation en charge des moyens d'essais du Centre Acoustique de l'Ecole Centrale de Lyon, il coordonne  la logistique des installations expérimentales, le déploiement de méthodes de mesures et la réalisation des essais. Diplômé de l'Université Claude Bernard en 1994 (DEA de Mécanique), il intègre le Centre Acoustique en 1995 en qualité de scientifique du contingent, puis obtient son doctorat (thèse CIFRE PSA), spécialité Acoustique, en 1999 à l'ECL, sous la direction du Professeur Geneviève Comte-Bellot.

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