Sujet :

Le sujet de thèse concerne le comportement vibroacoustique de structures excitées par des contacts frottants. Cette problématique reste un enjeu majeur pour comprendre, estimer et éventuellement contrôler les niveaux de bruit rayonné, et ce dans de nombreux situations comme les bruits de crissement [1], de craquement, de rugosité [2,3], ... Les domaines concernés incluent notamment les nuisances associées aux transports ferroviaires et automobiles.  
Positionnement scientifique  
Un des défis majeurs dans un problème de bruit de contacts est la connaissance des efforts normaux et tangentiels à l'interface des structures frottantes (sources excitatrices). La première difficulté, d'ordre expérimental, est liée à la mesure vibratoire locale le long de la trajectoire de corps en mouvement relatif. La seconde difficulté réside dans le caractère étendu et hétérogène de la source excitatrice (taille du contact souvent non négligeable devant les dimensions caractéristiques de la structure). Notamment, les hypothèses de source ponctuelle ou de distribution spatiale homogène s'avèrent très souvent trop restrictives. Dans ce travail de thèse, il s'agira de proposer une nouvelle approche permettant d'identifier de façon robuste la répartition spatiale et dynamique (dans la gamme audible) des sources excitatrices mises en jeu. L’instrumentation directe au moyen d’un réseau miniaturisé de capteurs au voisinage de l’aire de contact est trop invasive. Par exemple dans un bruit de crissement, une modification de l’interface en masse et raideur, même très légère, conduit à la disparition  de cette instabilité [4-6]. C'est pourquoi nous proposons d’estimer les efforts de contact par des méthodes inverses permettant d'installer les capteurs suffisamment loin de la zone de contact. Ces méthodes sont bien éprouvées dans le cas de sources ponctuelles fixes. Le défi technique sera de les étendre au cas d'une source répartie en mouvement et d'explorer les limites de ces méthodes vis à vis des longueurs d'ondes caractéristiques de la source.   
Stratégie   
Pour simplifier l'analyse, nous proposons d'étudier un système modèle constitué d'une structure vibrante simple (plaque) au contact d'un patin excitateur. Il s'agira d'instrumenter ce patin par un réseau de capteurs piézo-électriques distribués sous sa surface frottante. La mesure du champ de pression ainsi obtenu constituera la référence permettant de tester les résultats de la méthode inverse développée. Si besoin, nous compléterons cette mesure en renseignant la cinématique de l’interface obtenue par mesures optiques (vibrométrie laser à balayage, interférométrie).  
La méthode d'inversion sera basée sur un modèle du système complet de type Eléments Finis tridimensionnel et temporel. Un soin particulier sera porté sur la définition du modèle de solide déformable en tenant compte de la présence du réseau de capteurs dans le patin. Des outils numériques récents, développés pour la modélisation des problèmes multi physiques (COMSOL, FreeFEM) sont envisagés.
La connaissance des efforts de contact obtenue permettra de prédire par calcul direct le rayonnement acoustique de la structure. Ces prédictions seront testées au regard des mesures directes du bruit rayonné.