Développement de modèles numériques pour l'évaluation des performances vibro-acoustiques de fenêtres en basse fréquence

Development of numerical models for the evaluation of the vibro-acoustic performance of windows in low frequencies

• Auteur / Autrice : Chaima Soussi
• Direction : Jean-François Deü, Walid Larbi, Mathieu Aucejo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique, génie civil. Mécanique
• Date : Soutenance le 17/09/2020
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des structures et des systèmes couplés (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Conservatoire national des arts et métiers (France ; 1794-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Desceliers
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Romain Rumpler, Emeline Reboul
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Daniel Chazot, Olivier Dazel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contrôle actif du bruit et des vibrations

Vitrage isolant

Mots clés libres

Vibro-Acoustique des fenêtres

Double vitrage isolant

Affaiblissement acoustique

Analyse modale expérimentale

Modèle numérique

Basse fréquence

Vibro-Acoustics of windows

Insulating double glazing

Transmission loss

Experimental modal analysis

Numerical model

Low frequency

Résumé

Les travaux de cette thèse portent sur la prédiction numérique de la transmission acoustique de doubles vitrages isolants et de fenêtres en menuiserie bois dans le domaine des basses fréquences. Dans ce cadre, pour la résolution du problème multiphysique, la méthode des éléments finis est utilisée. Ce choix est justifié par le fait que cette approche est adaptée à la résolution des problèmes d'interaction fluide-structure en basse fréquence, grâce notamment à sa souplesse dans la prise en compte du couplage entre domaines et des complexités géométriques et matérielles des structures. Pour atteindre l'objectif visé, des analyses modales expérimentales des principaux composants d'une fenêtre, puis d'une fenêtre complète, sont réalisées afin de recaler les différents modèles numériques. De plus, l'effet des conditions expérimentales sur la mesure de l'indice d'affaiblissement acoustique est analysé au travers de la définition de quatre configurations numériques de l'essai acoustique en laboratoire. Ces configurations, dont la différence est liée à la représentation des salles d'émission et de réception, permettent de caractériser leur influence sur la détermination de l'indice d'affaiblissement acoustique en dessous de la fréquence de Shroeder. Les résultats numériques, obtenus avec une configuration en champ libre pour des doubles vitrages et des fenêtres, sont comparés à des résultats expérimentaux pour évaluer l'efficacité et la validité des modèles développés. Enfin, des études paramétriques sont menées pour étudier l'influence sur l'indice d'affaiblissement acoustique de certains paramètres tels que (i) les propriétés des vitres ou du système d'étanchéité, (ii) les caractéristiques de la cavité inter-vitrage, et (iii) les conditions aux limites.

This doctoral thesis focuses on the numerical prediction of the sound transmission of insulating double glazing and wooden windows in the low frequency range. In this context, the finite element method is used to solve the multiphysical problem. This choice is justified by the fact that this approach is suitable for the resolution of fluid-structure interaction problems in low frequencies, due in particular to its flexibility in taking into account the coupling between domains and the geometrical and material complexities of the structures. To reach the desired objective, experimental modal analyses of the main components of a window, and then of a complete window, are performed in order to calibrate the numerical models. In addition, the effect of experimental conditions on the measurement of the sound transmission loss is analysed through the definition of four numerical configurations of the acoustic laboratory test. These configurations, whose difference is linked to the representation of the emitting and receiving chambers, allow to highlight their influence on the determination of the transmission loss below the Shroeder frequency. The numerical results, obtained with a free-field configuration for double glazing and windows, are compared to experimental results to evaluate the efficiency and validity of the developed models. Finally, parametric studies are carried out to investigate the influence on the sound transmission loss of some parameters such as (i) the properties of the glazing or sealing system, (ii) the characteristics of the inter-glazing cavity, and (iii) the boundary conditions.