Le Laboratoire Vibrations Acoustique (LVA) de l’INSA de Lyon : près de soixante années d’existence

Historique 

En 1965, Claude Lesueur, alors en thèse de doctorat à l’INSA sous la direction du professeur Francisque Salles, procède à l’installation des travaux pratiques de vibrations des structures, comme la fameuse maquette d’escalier à l’échelle 1/5 et l’équilibreuse, dans les locaux de l’actuel LVA. En 1972, ils publient ensemble un ouvrage dédié aux vibrations de structures.

 
Photo 1 : Début du Laboratoire Vibrations Acoustique à l’INSA de Lyon

Une petite équipe se forme alors, embrassant la problématique des vibrations de structures industrielles, et académiques telles que poutres, plaques et coques cylindriques. Très vite, Claude Lesueur dirige et oriente le laboratoire naissant vers l’acoustique industrielle. A partir de 1974, le laboratoire devient une entité de Recherche de l’INSA de Lyon (LVA pour Laboratoire Vibrations Acoustique) et vient compléter l’acoustique universitaire Lyonnaise déjà représentée à l’Ecole Centrale de Lyon. Les relations avec l’industrie deviennent fortes, ainsi que le rayonnement international, avec l’accueil de chercheurs de renommée internationale. En 1992, le laboratoire s’agrandit lors d’une première extension, avec un grand hall contenant un atelier et une salle réverbérante de 420 m3.
En 1990, après son retour d’un séjour d’une année sabbatique au Canada, Jean Louis Guyader devient directeur du LVA et continue à faire progresser le thème du rayonnement acoustique des structures, tout en impulsant de nouveaux thèmes comme la perception acoustique. L’effectif du LVA augmente en accueillant 4 enseignants-chercheurs dans le domaine du Contrôle Non Destructif. Lors d’une deuxième extension, le laboratoire se dote d’une grande chambre semi-anéchoïque et d’une salle calme destinée aux bruits des moteurs thermiques et de machines tournantes. Jean Louis Guyader préside alors le Conseil National des Universités durant 2 mandats de 4 ans.
En 2013, une douzaine d’années après son recrutement à l’INSA de Lyon comme Professeur des Universités pour développer le thème de la perception acoustique, Etienne Parizet est élu directeur. Il dote le LVA d’une cabine calme spécifique pour la réalisation des tests perceptifs. Parallèlement, il met en place le Labex CeLyA (Centre Lyonnais d’Acoustique), un réseau de collaboration d’équipes interdisciplinaire pour l’acoustique. Il préside le CNU de 2016 à 2019.
Jérôme Antoni est élu directeur du LVA depuis 2021. Les locaux internes du laboratoire ont été refaits à neuf ainsi que les plateformes de travaux pratiques du sous-sol qui respectent maintenant toutes les normes de sécurité et d’accueil.

 
Photo 2 : vue extérieure du LVA et ses principaux moyens d’essais actuels

Le LVA est un des plus vieux laboratoires de l’INSA de Lyon, peut-être le seul qui n’ait pas changé son nom depuis sa création ! Preuve s’il en est de la pertinence de ce choix, consistant à s’intéresser à la fois aux vibrations de structures et au rayonnement acoustique.

Evolutions scientifiques du LVA

Depuis sa création le LVA a cherché à concilier recherche académique de haut niveau (qui se traduit notamment par les publications dans toutes les grandes revues du domaine) et applications dans le monde industriel. L'ensemble des enseignants-chercheurs partage cette double exigence : le taux de publication moyen du laboratoire (revues internationales à comité de lecture) est élevé et tous les permanents de l'équipe sont impliqués dans des contrats avec des partenaires industriels.
La finalité des actions du laboratoire consiste en l'étude des phénomènes vibro-acoustiques sous de multiples aspects : compréhension des phénomènes, modélisation et prévision, caractérisations expérimentales, effets sur l'homme, surveillance des machines. Les membres du laboratoire contribuent à plusieurs thèmes :

• vibro-acoustique ;
• méthodes inverses et identification de sources ;
• surveillance, diagnostic, contrôle non destructif ;
• perception acoustique et vibratoire.

La vibro-acoustique est le premier thème né au LVA et le laboratoire va grandement participer à son essor dans les domaines suivants :

• la modélisation des vibrations et du rayonnement acoustique de structures mécaniques couplées à des fluides légers ou lourds, 
• le développement de modèles prédictifs dédiés aux moyennes fréquences,
• la compréhension des phénomènes physiques liés au rayonnement acoustique de structures mécaniques complexes, 
• la mise au point de solutions de réduction du bruit.

Les méthodes inverses et d’identification de sources sont basées sur l’observation de la réponse du système en certains points (typiquement par la mesure d’un champ de pression rayonné) pour en déduire des informations sur les sources ou le modèle. Les recherches dans ce thème ont commencé au milieu des années 1990 et s’articulent autour des domaines suivants :

• L’identification de sources : méthodes inverses permettant d’identifier les sources acoustiques ou vibratoires en mesurant le champ résultant. Dans ce cas, le modèle représentant le système doit être imposé ou connu.
• L’identification de modèles : méthodes inverses permettant de déterminer des informations sur le système lui-même grâce à des mesures indirectes.
• La caractérisation intrinsèque des sources indépendamment du milieu récepteur.
• La mise au point et l’utilisation de méthodes de mesures innovantes. 

La surveillance, le diagnostic et le contrôle non destructif permettent d’étudier les phénomènes physiques qui se produisent au sein du milieu de propagation dans le but de caractériser l'état de matériaux ou de structures, d’y détecter des défauts ou de suivre le fonctionnement en service d'une machine. Grâce à ce rassemblement de moyens expérimentaux, le laboratoire couvre toutes les fréquences et différentes natures d’ondes. 
La surveillance vibratoire, initiée au LVA au début des années 1990, se caractérise par l’exploitation de mesures vibratoires, généralement non-intrusives, et par leur analyse à l’aide de méthodes de traitement du signal et d’apprentissage statistique. Dans son acception large, la surveillance vibratoire ou acoustique inclue une phase de détection des défauts, de diagnostic (identification de l’élément défaillant) et éventuellement de pronostic (estimation de la durée de vie résiduelle). 
Le Contrôle Non Destructif concerne l’instrumentation, la modélisation des phénomènes physiques, et le traitement des données. L'arrivée de quatre collègues spécialistes du contrôle par ultra-sons et de l'imagerie par rayonnements ionisants a permis d'enrichir ce domaine à partir des années 2010. Les techniques concernées sont les ultrasons, les rayons X qui sont des méthodes « historiques » de CND, mais également l’analyse vibratoire qui entre petit à petit dans le domaine. 

La perception acoustique ou vibratoire, initiée vers la fin des années 1990, consiste à identifier les paramètres du signal sonore ou vibratoire qui contribuent à donner une image de qualité du produit (ou du confort dans le domaine vibratoire). Ce thème a trouvé son importance auprès d'industriels, notamment du transport. Des moyens d’essais et de tests disponibles au laboratoire depuis plusieurs années ont ainsi permis le traitement de plusieurs sujets : la gêne acoustique dans les bureaux ouverts, le confort vibratoire, le couplage vibratoire/acoustique, l’optimisation des indicateurs de surveillance des défauts de machines tournantes, les relations entre simulation et perception …

Les principaux industriels des secteurs concernés sont régulièrement à l’initiative du financement de ces recherches : Airbus, SNES, Saint-Gobain, SNCF, EDF, Renault, PSA, DGA, CERDAN ... etc. C’est, peut-on dire, la marque de fabrique du LVA, d’avoir réussi à mêler les besoins industriels et de recherche et d’avoir trouvé un style. Les approches et les réponses apportées à la compréhension de ces sujets privilégient souvent les développements analytiques par comparaison aux méthodes numériques. 
Les enseignants chercheurs du LVA participent également à l’enseignement des vibrations et de l’acoustique, du traitement du signal et des mathématiques au sein du Département de Mécanique Construction (GMC), maintenant GM, et notamment à la formation de nombreux docteurs en acoustique depuis 1980, via le DEA d’acoustique enseigné en commun avec l’ECL et LYON 1. Durant toutes ces années, la formation doctorale et la production scientifique ont toujours été très dynamiques, malgré le petit effectif du LVA (entre 14 et 16 enseignants-chercheurs).