L’imagerie acoustique et la caractérisation des vibrations

Pour modéliser le comportement vibratoire d’une source sonore, effectuer une analyse modale ou recaler un modèle d’éléments finis, il est indispensable de connaître expérimentalement la distribution de vitesse sur la surface de l’objet. Plusieurs techniques de mesures ont été développées, cependant, chacune d’elles possède des inconvénients :

  • l’utilisation d’accéléromètres intéragit avec la structure par leur masse non négligeable,
  • l’utilisation des jauges de contrainte est délicate et onéreuse,
  • l’utilisation d’un vibromètre laser est d’un coût élevé.

Les besoins de méthode d’exploration par voie acoustique existent donc et nous présentons les travaux d'imagerie acoustique menés au sein du laboratoire.

Ceux-ci sont basés sur la technique d’holographie acoustique en champ proche qui traite des grandeurs complexes du champ. À l’aide de la formulation intégrale, ces données peuvent être soit propagées, pour étudier le rayonnement de la source, soit rétropropagées, pour reconstruire le champ de vitesse vibratoire sur la surface de la source. Si la résolution du problème direct (action de propager les données en des points situés à l’extérieur de la surface de mesure) ne pose pas de problèmes numériques majeurs, la résolution du problème inverse (action de rétropropager les données sur une surface interne à celle des mesures) fait partie de la classe des problèmes dits "mal posés". Cette résolution reste très sensible aux erreurs de mesure du fait de la réamplification des ondes évanescentes. Elle peut être effectuée suivant deux méthodes distinctes : soit en passant dans le domaine des nombres d'onde (systèmes à coordonnées séparables), soit en résolvant les équations intégrales (géométrie complexe).

Ces techniques impliquent des mesures le plus proche possible de la structure pour prendre en compte la contribution de ces ondes évanescentes. Le laboratoire a donc développé plusieurs robots d’acquisition de mesures de géométries différentes (plane, cylindrique, sphérique) utilisables selon la géométrie de la source à étudier. Ils sont pilotables par une station Unix, ou par un PC. Cette dernière configuration, récemment développée, s’est révélée nécessaire pour ne pas restreindre l’étude de sources sonores aux seuls laboratoires, mais l’étendre à l’industrie par des mesures sur site.

L’imagerie acoustique de champ proche peut conduire à la détermination du champ rayonné et au champ de vitesse de la source. Nous avons présenté de manière rapide les limites d’utilisation des méthodes de rétropropagation, dans le cas restreint de géométries séparables et comment cela pouvait être étendu aux autres types de géométrie. Ces mesures permettent l'identification des modes des structures, et sont comparables à ceux obtenus par analyse modale. Dans le cas de structures légères, la méthode d’imagerie est tout indiquée car la mesure sans contact ne perturbe pas les modes de vibration. Une efficacité de rayonnement peut être directement déduite et permettre l’établissement de modèles simplifiés pour le cadre industriel.

Exemple : Rétropropagation sur un violoncelle


Maillage de la structure du violoncelle (triangle 6 noeuds)

Maillage de l'hologramme cylindrique autour de la structure

Hologramme de pression à 90 Hz

Rétropropagation sur la structure. Localisation des ouies du violoncelle à 90 Hz


Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés - LMSSC