Modèles physique et mathématique
Calculs couplés fluide-structure - Méthodes en vibroacoustique de structures immergées

La maîtrise des signatures acoustiques des plateformes maritimes constitue un enjeu d’importance pour les industriels de la filière navale et énergie marine pour les raisons suivantes :

• s’agissant des constructeurs de navire de transport de passagers, pouvoir justifier d’une marque confort est un facteur différenciant de la concurrence et répond à une demande accrue des armateurs. Les critères vibroacoustiques, définis en termes de niveau sonore admissible en cabines par exemple, deviennent de plus en plus contraignants dans les cahiers des charges. Les zones de passagers sont ainsi concernées pour des raisons évidentes de confort, mais également les zones d’équipages, de par l’évolution du contexte réglementaire ;

• s’agissant des constructeurs de navires militaires, maîtriser la signature acoustique du navire est un élément primordial pour garantir sa furtivité dans de nombreuses conditions opérationnelles, dans un contexte où les moyens de détection sous-marines possèdent des performances accrues.

À ces contraintes de conception, s’ajoutent des exigences de réduction des masses et d’optimisation des coûts de production, qui incitent à réduire les marges d’isolation. Une maîtrise toujours plus fine d’un niveau de bruits et vibrations est nécessaire.

Dans ce contexte, la simulation numérique est un outil de plus en plus utilisé en phase de conception pour démontrer et justifier les performances vibratoires attendues sur la gamme de fréquence souhaitée.

Nous proposons ici une méthode qui vise à améliorer le caractère prédictif de calculs vibroacoustiques et à en maîtriser les incertitudes, afin d’estimer la réponse en fréquence de structures mixtes (constituées typiquement de matériaux métalliques et visco-élastiques) et immergées dans un fluide lourd, avec prise en compte du caractère aléatoire de certaines données d’entrée (comme des caractéristiques matériaux). La technique développée s’appuie sur une méthode de réduction de modèle, couplée avec une méthode d’échantillonnage et un algorithme d’apprentissage. Après avoir évoqué l’enjeu industriel autour du besoin de disposer d’outils de calculs vibroacoustiques prédictifs, nous rappelons les modélisations mathématiques classiquement utilisées pour ce type de problèmes et nous exposons les principales méthodes de calcul de la réponse en fréquence, d’une part avec des approches standard et d’autre part avec la méthode que nous avons développée pour rendre compte d’incertitudes.

Nous illustrons enfin la méthode sur deux cas d’application comportant un nombre de degrés de liberté représentatif des modèles utilisés à des fins industrielles.

Une liste des symboles utilisés est présentée en fin d’article.