Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
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Soutenance de Thèse ECL

Thomas Lechat

Jeudi 6 février 2020, 10h, dans l’amphi 201, bât. W, ECL

Thomas Lechat

Étude de la réflexion d’ondes de choc acoustiques sur des parois rugueuses

Membres du Jury

Isabelle Sochet, Professeur, INSA Centre Val de Loire, Rapporteuse
François Coulouvrat, Directeur de recherche, CNRS, Rapporteur
Nicolas Lardjane, Ingénieur de recherche, CEA/DIF, Examinateur
Benoît Gauvreau, Chargé de recherche (HDR), IFSTTAR, Examinateur
Christophe Bailly, Professeur, École Centrale de Lyon, Directeur
Sébastien Ollivier, Maître de conférences, Université Lyon 1, Encadrant
Didier Dragna, Maître de conférences, École Centrale de Lyon, Encadrant

Résumé
La réflexion d’ondes de choc acoustiques sur des parois lisses peut mener à des schémas de réflexions plus complexes que la réflexion de type Snell-Descartes observée classiquement en acoustique linéaire et sont ainsi difficiles à prédire analytiquement. Si ces réflexions irrégulières sont bien connues dans le cas de parois lisses, elles le sont en revanche moins pour des parois déformées. L’utilisation d’outils numériques pour étudier ces configurations est toute indiquée car la mesure d’onde de choc en laboratoire est difficile et la simulation présente l’avantage de contrôler parfaitement la géométrie de la surface à étudier. Cette thèse porte ainsi sur l’étude numérique de la propagation et la réflexion d’ondes de choc acoustiques sur des parois déformées.
Pour cela, un code de résolution des équations d’Euler dans le domaine temporel par méthodes de type différences finies est développé. Dans un premier temps, les méthodes numériques employées sont décrites. La déformation de la paroi est modélisée via l’utilisation de coordonnées curvilignes. Deux cas tests sont présentés pour démontrer la robustesse de la méthode. Le premier correspond au cas de la diffraction d’une onde acoustique linéaire par une sphère rigide. Le second consiste à simuler la propagation d’une onde de choc dit en N dans un tube à section droite, dont le maillage à l’intérieur du tube est déformé.
Une étude numérique est ensuite menée afin de déterminer une initialisation pertinente pour simuler l’onde de choc générée par un arc électrique. Ce type de source a été utilisée jusqu’ici pour étudier expérimentalement la réflexion d’ondes de choc en laboratoire. L’approche choisie consiste à ajouter un dépôt d’énergie initial qui correspond à la zone échauffée par le plasma de l’arc électrique. Les résultats des simulations sont comparés avec des mesures en champ libre avec une bonne concordance.
La question de la directivité de la source est discutée pour déterminer si celle-ci à un rôle dans les configurations de réflexion d’ondes de choc considérées par la suite. Enfin, la réflexion sur trois types de parois est étudiée. Le premier cas correspond à la réflexion d’ondes de choc sur des parois lisses. L’étude, menée à la fois numériquement et expérimentalement, montre la bonne précision obtenue pour décrire les interactions d’ondes de choc. La réflexion sur des surfaces périodiques est ensuite traitée en détail numériquement. La géométrie choisie est une paroi sinusoïdale en raison de la littérature abondante sur la question dans un cas linéaire. L’existence d’une
onde de surface restant confinée en proche paroi est mise en évidence. Celle-ci induit une pression maximale plus importante que pour une paroi lisse. De plus, les interactions entre le choc incident et réfléchi sur la paroi sont moins marquées que dans le cas d’une surface lisse du fait de la diffraction. Finalement, la réflexion d’ondes de choc sur des parois rugueuses est abordée. Les effets obtenus pour des parois à géométrie aléatoire correspondent à ceux observés pour des parois à géométrie périodique, bien que moins prononcés. En particulier, l’onde de surface observée précédemment est toujours présente. Ces simulations sont comparées avec un très bon accord à des expériences menées en laboratoire en utilisant du papier de verre comme surface rugueuse.
Les parois à géométrie aléatoire sont ainsi un premier pas vers des configurations rencontrées dans des cas pratiques tel que la réflexion du bang sonique sur le sol. L’étude suggère notamment que les niveaux de pression en proche paroi dans le cas du bang sonique pourraient être sous-estimés si les effets constructifs dus à la diffraction sur le sol ne sont pas pris en compte.

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