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RÉSUMÉ
Cet article traite de l’aéroacoustique en aéronautique, dont les bases furent établies au milieu du siècle dernier. Encore aujourd’hui, la réduction du bruit, très gênant, produit par les aéronefs est devenue une des priorités du transport aérien. Les principales équations de l’aéroacoustique sont tout d'abord rappelées. La certification acoustique obligatoire pour l’obtention d’autorisations est ensuite largement détaillée, à travers notamment le rôle des normes en aviation. Puis, l’accent est mis sur les avions de transport à réaction, dont les turboréacteurs participent en grande partie aux nuisances sonores. D’autres exemples dans l’aéronautique viennent terminer cet article, tels que les avions à hélices ou encore les hélicoptères.
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Serge LEWY : Ingénieur de l’École nationale supérieure des télécommunications de Paris, - Docteur ès sciences - Directeur de recherche, chargé de mission « Recherche et prospective » à l’Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales (ONERA)
INTRODUCTION
Même si le bruit des aéronefs ne touche qu’une faible partie de la population, il est extrêmement gênant car il se manifeste par la survenance plus au moins aléatoire d’événements brefs très forts. Sa réduction est une des priorités du transport aérien, afin que celui-ci puisse poursuivre son essor en harmonie avec les riverains.
L’article commence par rappeler que les bases de l’aéroacoustique furent établies par Lighthill dès 1952 mais que l’intégration numérique des équations n’en est encore qu’à ses balbutiements. En revanche, les lois physiques sont bien comprises depuis longtemps, notamment l’effet prépondérant de la vitesse sur les niveaux sonores. Le paragraphe suivant insiste sur la certification acoustique, qui est obligatoire pour qu’un appareil civil ait l’autorisation de voler ; il est montré que cette contrainte est aussi à l’origine de progrès.
L’accent est mis ensuite sur les avions commerciaux à réaction car ils sont la principale cause des nuisances sonores en aéronautique. L’origine du bruit est surtout liée aux turboréacteurs, à la soufflante en particulier. Les autres types d’appareils sont aussi passés en revue : avions supersoniques, avions à hélices, hélicoptères, sans oublier une brève allusion aux lanceurs spatiaux. Les sources acoustiques sont recensées dans chaque cas, ainsi que les moyens pour diminuer leur rayonnement.
La conclusion passe des effets physiologiques à quelques indications sur la psychoacoustique.
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Équations de l’aéroacoustique
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1. Introduction
1.1 Confort acoustique et environnement
L’acoustique comprend deux volets en aéronautique, comme pour tous les moyens de transport.
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Le bruit interne
Il contribue à la fatigue de l’équipage et nuit au confort des passagers. Il est principalement lié à la transmission du bruit dû à la propulsion à travers les parois du fuselage. C’est donc surtout un problème de vibroacoustique, non abordé ici.
Indiquons seulement que les progrès résultent d’une meilleure modélisation des phénomènes physiques, de l’optimisation des absorbants passifs dans le fuselage (efficaces en moyennes et hautes fréquences) et de contrôles vibratoires ou acoustiques actifs (fonctionnant en basses fréquences).
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Le bruit externe
C’est le domaine de l’aéroacoustique. Ce thème constitue une préoccupation majeure pour la qualité de l’environnement sonore. Il est illustré dans cet article.
Selon les estimations de l’Union européenne, quatre-vingts millions de ressortissants de l’ancienne Europe des 15 sont exposés dans la journée à des niveaux sonores extérieurs dépassant en permanence 65 dB(A), limite de ce qui est jugé acceptable. La figure 1 indique la répartition entre les diverses causes de nuisance (hors bruit de voisinage). Le transport aérien ne touche qu’une très faible partie de la population car les surfaces de bruit sont cantonnées aux zones de décollage et d’atterrissage, au voisinage des aéroports ; elles ne s’étirent pas tout le long du trajet, comme pour les déplacements terrestres. En revanche, la survenance plus ou moins aléatoire de brefs événements très forts est difficile à supporter et l’aéronautique fut un pionnier dans le domaine de l’aéroacoustique.
Citons d’emblée deux ouvrages de synthèse sur le sujet, l’excellent livre, dont l’abord est aisé, de l’ancien responsable de l’acoustique chez Rolls-Royce et les deux volumes réunissant des contributions des meilleurs spécialistes mondiaux ...
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Introduction
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AGARD - Aerodynamics and acoustics of propellers - . AGARD Conference Proceedings CP-366, OTAN, Neuilly-sur-Seine (février 1985).
-
(2) - AGARD - Combat aircraft noise - . AGARD Conference Proceedings CP-512, OTAN, Neuilly-sur-Seine (avril 1992).
-
(3) - AURIOL (A.), LECOMTE (C.), THERY (C.) - Le problème du bang sonique pour de futurs avions de transport à haute vitesse - . Note technique 1990-3, Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales (octobre 1990).
-
(4) - BEAUMIER (P.), DELRIEUX (Y.) - * - Description and validation of the ONERA computational method for the prediction of blade-vortex interaction noise, Aerospace Science and Technology, vol. 9, no 1 (janvier 2005), p. 31-43.
-
(5) - BLAKE (W.K.) - Mechanics of flow induced sound and vibration – Volume I : General concepts and elementary sources. Volume II : Complex flow-structure interactions - . Applied Mathematics and Mechanics, Volume 17, Academic Press, Londres, Orlando (1986).
-
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