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Une technologie de pointe qui soutient les objectifs de réduction du bruit pour les aéronefs

L’aviation a un rôle important à jouer dans la réduction du bruit afin de protéger la qualité de vie et le bien-être des citoyens de l’UE. Dans le même temps, elle doit assurer les plus hauts niveaux de sécurité pour garantir la protection non seulement des passagers, mais également des marchandises, ainsi que de l’ensemble du système de transport aérien et de ses infrastructures.

Transports et Mobilité

Le projet AERIALIST, financé par l’UE, a identifié et conçu des technologies de pointe reposant sur les métamatériaux afin d’atteindre les objectifs de réduction du bruit définis dans la stratégie ACARE Flightpath 2050, qui résume la vision de l’Europe en matière d’aviation. Les métamatériaux peuvent être définis comme des matériaux conçus pour offrir des capacités non disponibles dans la nature et ils sont généralement caractérisés par une structure récurrente à l’échelle macro ou micro. Les membres du consortium se sont appuyés sur la théorie actuelle des métamatériaux acoustiques pour étudier l’effet des flux aérodynamiques réalistes afin de mettre au point des méthodes numériques qui simulent le comportement des métamatériaux acoustiques dans des conditions d’exploitation des avions. Sur la base des concepts développés, AERIALIST a évalué la faisabilité technique des dispositifs de réduction du bruit et a proposé une feuille de route pour leur réalisation pratique.

Développement d’un nouvel outil de conception

Ciblant avant tout la réduction du bruit se propageant à l’extérieur des carters des turboréacteurs (nacelles), les partenaires du projet ont tiré parti des propriétés non conventionnelles des métamatériaux acoustiques pour faire évoluer les schémas de diffusion du son. «Des techniques d’annulation de la diffusion acoustique, d’hyperfocalisation et de piégeage du bruit ont été étudiées pour concevoir virtuellement un découpage en biseau des entrées d’air, un traitement approprié des conduits de sortie et une amélioration des effets de sillage», commente Umberto Iemma, coordinateur du projet. Cette approche a combiné dans une chaîne d’outils de conception intégrée la modélisation théorique, le développement de méthodes numériques, la conception, la fabrication additive et la validation expérimentale. «Le développement de cet outil de conception a été appliqué avec succès aux méta-comportements cibles identifiés comme pertinents pour l’atténuation du bruit émis par les aéronefs», explique Umberto Iemma. Les chercheurs ont défini une théorie pour la modélisation des métamatériaux dans le contexte aéroacoustique pouvant être entièrement intégrée dans les outils et les méthodes utilisés par la communauté industrielle et de recherche en aéroacoustique. L’aéroacoustique étudie la génération du bruit par les mouvements fluides turbulents ou par des forces aérodynamiques en interaction avec les surfaces. Des procédés de fabrication additive de pointe ont ensuite été utilisés pour réaliser un objet en 3D à partir de son modèle numérique et faire le lien entre l’activité de modélisation et les échantillons expérimentaux. Des expériences en soufflerie ont alors été menées afin d’évaluer les concepts développés et de valider les méthodes de simulation.

Des applications dans de multiples secteurs

Les nouvelles technologies ainsi conçues, qui incluent des modèles théoriques et des techniques d’analyse innovants, sont en mesure de reproduire la réponse acoustique d’un milieu en mouvement et la méthode d’identification inverse. «Des aspects novateurs ont également été introduits dans le développement de modèles numériques. Ceux-ci tiennent compte de la convection non uniforme et des modèles d’ordre réduit pour inclure les pertes visco-thermiques dans la conception des structures périodiques multi-cellulaires», note Umberto Iemma. «En outre, l’application de techniques d’optimisation de pointe dans la conception de métasurfaces orientées par réflexion a considérablement élargi la gamme de fréquences effectives.» La chaîne d’outils de conception des métamatériaux contribuera à leur intégration future dans le processus de conception industrielle, ce qui profitera tant aux établissements de recherche qu’à l’industrie. Les concepts identifiés et évalués dans le cadre d’AERIALIST jusqu’au niveau de préparation technologique 3 (TRL 3) sont prêts à être améliorés et développés de manière à atteindre des TRL d’intérêt industriel. Une partie de cette activité sera réalisée dans le cadre du projet ARTEM, financé par l’UE. AERIALIST a donc développé avec succès une nouvelle approche pour tirer parti du potentiel des métamatériaux acoustiques dans l’aéronautique, approche qui pourrait également être intéressante pour toutes les applications d’ingénierie où une perturbation acoustique produite par des sources mobiles se propage dans un milieu en mouvement. «Les résultats du projet pourront donc être facilement appliqués aux secteurs automobile, ferroviaire et naval», indique Umberto Iemma.

Mots‑clés

AERIALIST, conception, bruit, métamatériaux, aéronefs, aéroacoustique, aviation, modélisation, chaîne d’outils

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