Blind deconvolution via maximum cyclostationarity

Blind deconvolution is an effective tool for the extraction of impulsive components from noisy observations having significant implications on the diagnostic of rotating machines. In this scenario, a general purpose method is proposed based on the eigenvalue decomposition. Furthermore, a cyclostationary criterion is introduced and validated using simulated and real signals. This criterion has turned out to be effective on the identification of early stage gear tooth faults as well as the monitoring of bearing fault development.

Contrôle du bruit par effets de localisation par géométries irrégulières

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la recherche des moyens de réduction du bruit. Le but est d’analyser et de créer par une méthode passive, le confinement d’énergie acoustique dans les irrégularités géométriques via le phénomène de localisation pour ensuite la dissiper.      En prélude à l'atténuation du bruit par les géométries irrégulières, les mécanismes de la dissipation acoustique sont rappelés et illustrés par quelques exemples de réseaux de résonateurs quart-d'onde. Le phénomène de localisation est ensuite étudié par une analyse modale. Le caractère localisé d'un mode est quantifié par son volume d'existence relatif  (VER) qui donne, en fraction du volume total du domaine, le volume effectif concerné par l'énergie du mode. Il ressort de cette étude que seules les cavités irrégulières ayant des irrégularités en forme de sous-cavités couplées à une cavité principale sont « localisantes ». La fréquence d'un mode localisé est liée aux dimensions de la zone irrégulière de localisation.     Le lien entre les irrégularités géométriques et la dissipation acoustique est ensuite analysé au moyen des indicateurs tels que le facteur de qualité, le coefficient d'absorption ou le taux d'amortissement de l'énergie. Cette étude montre que les cavités irrégulières amortissement mieux une onde acoustique comparativement aux cavités à géométrie régulière. Toutefois, la dissipation de l'énergie acoustique des cavités irrégulières n'est pas uniquement liée à la localisation. Elle dépend également d'autres paramètres (porosité, résistivité, etc.). Lorsque les irrégularités des parois rigides ne permettent pas de réaliser une dissipation suffisante, elles peuvent être réalisées dans les matériaux poroélastiques à performance acoustique moyenne pour augmenter leur capacité dissipative.      Enfin, des études expérimentales menées ont permis de valider l'existence du phénomène de localisation et de confirmer la tendance plus dissipative des géométries irrégulières par rapport aux géométries régulières. De même, des mesures du coefficient d'absorption d'un échantillon de forme préfractale d'un béton de chanvre (matériau ayant une performance acoustique moyenne) montrent une augmentation de la dissipation de plus de 40% induite par  la forme irrégulière. La contribution majeure de cette thèse est d’avoir répondu à un défi technologique important consistant à effectuer une mise en évidence expérimentale du phénomène de localisation jusque là difficile à réaliser avec des microphones.  Pour y parvenir, un outil optique peu conventionnel dans la métrologie acoustique est adopté; il s'agit de la réfracto-vibrométrie qui consiste à utiliser, sous certaines conditions, le vibromètre laser pour mesurer un champ acoustique (pression acoustique). Bien que contraignante, cette technique présente l'avantage d'être non intrusive et donc moins encombrante même pour de petites cavités comparativement aux microphones. Par ailleurs, grâce à cette technique, une méthode de mesure du coefficient d’absorption des matériaux acoustiques a été proposée. Cette méthode présente l’avantage de s’affranchir des limites fréquentielles liées à la fréquence de coupure des tubes de Kundt qui sont habituellement utilisés pour  la caractérisation de tels matériaux. Mots clés: irrégularités géométriques, localisation acoustique, dissipation acoustique, analyse modale, réfracto-vibrométrie.

Approche unifiée multidimensionnelle du problème d’identification acoustique inverse

Le jury sera constitué de :

• M. Jérôme IDIER (directeur de recherche CNRS, IRCCyN) : Rapporteur
• M. Vincent MARTIN (directeur de recherche CNRS, UPMC) : Rapporteur
• M. Quentin LECLERE (maître de conférences, LVA) : Examinateur
• M. Jean-Claude PASCAL (professeur émérite, LAUM) : Examinateur
• M. Christophe LOCQUETEAU (expert acoustique, Renault) : Invité industriel
• M. Jérôme ANTONI (professeur, LVA) : Directeur de thèse
• M. Jean-Hugh THOMAS (maître de conférences, LAUM) : Directeur de thèse
• M. Sébastien PAILLASSEUR (ingénieur, MicrodB) : Encadrant industriel

Résumé : La caractérisation expérimentale de sources acoustiques est l'une des étapes essentielles pour la réduction des nuisances sonores produites par les machines industrielles. L'objectif de la thèse est de mettre au point une procédure complète visant à localiser et à quantifier des sources acoustiques stationnaires ou non sur un maillage surfacique par la rétro-propagation d'un champ de pression mesuré par un réseau de microphones. Ce problème inverse est délicat à résoudre puisqu'il est généralement mal-conditionné et sujet à de nombreuses sources d'erreurs. Dans ce contexte, il est capital de s'appuyer sur  une description réaliste du modèle de propagation acoustique direct. Dans le domaine fréquentiel, la méthode des sources équivalentes a été adaptée au problème de l'imagerie acoustique dans le but d'estimer les fonctions de transfert entre les sources et l'antenne, en prenant en compte le phénomène de diffraction des ondes autour de l'objet d'intérêt. Dans le domaine temporel, la propagation est modélisée comme un produit de convolution entre la source et une réponse impulsionnelle décrite dans le domaine temps-nombre d'onde. Le caractère sous-déterminé du problème acoustique inverse implique d'utiliser toutes les connaissances a priori disponibles sur le champ sources. Il a donc semblé pertinent d'employer une approche bayésienne pour résoudre ce problème. Des informations a priori disponibles sur les sources acoustiques ont été mises en équation et il a été montré que la prise en compte de leur parcimonie spatiale ou de leur rayonnement omnidirectionnel pouvait améliorer significativement les résultats. Dans les hypothèses formulées, la solution du problème inverse s'écrit sous la forme régularisée de Tikhonov. Le paramètre de régularisation a été estimé par une approche bayésienne empirique. Sa supériorité par rapport aux méthodes communément utilisées dans la littérature a été démontrée au travers d'études numériques et expérimentales. En présence de fortes variabilités du rapport signal à bruit au cours du temps, il a été montré qu'il est nécessaire de mettre à jour sa valeur afin d'obtenir une solution satisfaisante. Finalement, l'introduction d'une variable manquante au problème reflétant la méconnaissance partielle du modèle de propagation a permis, sous certaines conditions, d'améliorer l'estimation de l'amplitude complexe des sources en présence d'erreurs de modèle. Les développements proposés ont permis de caractériser, in situ, la puissance acoustique rayonnée par composant d'un groupe motopropulseur automobile par la méthode de la focalisation bayésienne dans le cadre du projet Ecobex. Le champ acoustique cyclo-stationnaire généré par un ventilateur automobile a finalement été analysé par la méthode d'holographie acoustique de champ proche temps réel.

Caractérisation de la robustesse des techniques d’imagerie acoustique par ondes guidées

Les techniques d'imagerie acoustique par ondes guidées sont en développement depuis des plusieurs décennies. Aujourd'hui leur application dans les secteurs civils et militaires nécessite le développement d'outils permettant d'évaluer leur performance et leur robustesses. Les courbes de Probabilité de Détection (PoD) sont largement utilisées pour évaluer la performance des systèmes de Contrôle Non Destructif (CND) vis-à-vis de la détection de défaut mais aucun indicateur ne rend compte de la performance de la localisation d'un défaut. De plus les courbes PoD sont difficile à obtenir pour les techniques SHM en raison du caractère reproductible de ces techniques. Deux nouvelles métriques ont été récemment introduites et permettent d'évaluer la robustesse de la localisation d'un défaut sur une structure. C'est ce qui fait l'objet de cette présentation. Ces métriques ont été testées sur trois méthodes d'imagerie SHM. Une étude paramétrique, réalisée numériquement, sera d'abord présentée. Des résultats expérimentaux permettent de valider l'utilisation des métriques et de générer des courbes de taux de localisation.

Modélisation du comportement vibroacoustique d’une cabine de camion en moyenne fréquence avec prise en compte des habillages

L’objectif principal du projet CLIC (City Lightweight and Innovative Cab) est de proposer une nouvelle cabine de camion allégée, destinée aux transports urbain et périurbain. Cet allègement impacte directement le confort vibroacoustique et oblige les concepteurs à prendre en compte des phénomènes non étudiés précédemment, tel le confort vibroacoustique en moyenne fréquence. La méthode SmEdA permet la modélisation d’un tel problème. Il s’agit d’une méthode de sous-structuration par éléments finis, basée sur une formulation énergétique modale. Ce séminaire se focalisera sur l’interaction plancher-cavité, pour des excitations solidiennes sur les liaisons châssis-cabine, en prenant en compte les matériaux amortissants. Une comparaison numérique expérimentale permet la validation de la méthode. [PDF]

Corentin Chesnais

Corentin Chesnais

Imagerie acoustique par méthode inverse sur structure à géométrie complexe

L'identification de source acoustique reste aujourd'hui un sujet d'actualité dans l'industrie pour être en mesure d’agir à l'origine même du bruit. Seulement, le milieu industriel impose un certain nombre de contraintes, les principales étant la topologie complexe des structures étudiées, leur accessibilité et l'environnement de mesures. C'est dans ce contexte que la méthode d'identification de source présentée ici, nommée M-iPTF pour inverse Patch Transfer Functions method with Mixed boundary conditions, a été développée. A partir de simples mesures de pressions effectuées autour de la source et quel que soit son environnement, elle est capable de reconstruire les cartographies des différents champs acoustiques (vitesse, pression et intensité) à la surface même de la structure.Le principe de la méthode M-iPTF repose sur un problème acoustique inverse, formulé à partir de la définition d’une cavité virtuelle entourant la source et sur l’application de l’identité de Green. L’utilisation de cette dernière permet à la méthode de séparer le champ venant de la source de celui environnant, et donc de pouvoir réaliser les mesures en environnement extérieur non forcément contrôlé. Pour résoudre le problème, le champ acoustique est décomposé sur les modes propres de cette cavité, dont les conditions aux limites sont arbitrairement choisies mixtes de sorte à n’avoir besoin expérimentalement que de mesurer des pressions acoustiques autour de la source. Ces mesures sont ensuite couplées aux déformées propres de la cavité, dont le calcul par solveur numérique permet de traiter des cavités et donc des sources de géométrie complexe.La méthode a été validée expérimentalement sur une structure mono-pièce vibrante (un carter d’huile) et sur un assemblage de pièces (un tronc moteur), excités par un pot vibrant. Elle a montré ses capacités à correctement localiser et quantifier tous les champs sources acoustiques directement sur la géométrie réelle de la source et dans un large domaine fréquentiel. [PDF]