L'émergence de l'acoustique à  l'École Centrale de Lyon

1 La naissance de l'acoustique à  l'ECL1 coïncide tout à  la fois avec l'installation de l'école à  Écully et mon arrivée comme enseignant-chercheur. Connaissant assez bien les écoulements turbulents que j'avais étudiés à  l'université de Grenoble puis à  l'université de Johns Hopkins à  Baltimore, j'avais remarqué combien il pouvait être enrichissant d'élargir le sujet et d'associer la turbulence avec une de ses manifestations importantes, celle du bruit rayonné, appelé bruit d'origine aérodynamique. Mon idée fut assez vite acceptée, par Jean Mathieu que j'avais connu et apprécié à  Grenoble pendant nos thèses respectives, par Paul Comparat, directeur de l'ECL, et par Jean Braconnier, doyen de l'université de Lyon. L'architecte, Bernard Chamussy, avait aussi intégré dans le sous-sol du bâtiment mécanique B6, une infrastructure permettant de mettre en place des équipements spéciaux.

• 1  École Centrale de Lyon

2J'avais déjà  en ma possession une étude bibliographique très complète sur les liaisons entre turbulence et acoustique, qu'il s'agisse de génération de bruit ou de propagation des ondes sonores au travers de milieux inhomogènes. Cette étude avait constitué à  l'université de Grenoble mon second sujet de thèse soutenue en 1963. Un second sujet était alors une obligation pour un doctorat d'État es sciences. Avec le recul, cette procédure permettait une substantielle ouverture scientifique. J'avais également pu suivre un congrès sur le sujet, à  l'institut von Karman de Bruxelles, ce qui m'avait permis de rencontrer les scientifiques les plus réputés, comme Sir James Lighthill, Owen Phillips, Geoffrey Lilley, Leslie Kovasznay.

3L'équipement du sous-sol du B6 a été effectué grâce à  un contrat d'EDF2, accordé par un Haut Conseiller, et suivi par le département acoustique d'EDF. Mon premier collaborateur fut Michel Sunyach, jeune maître de conférence. Ensemble nous avons étudié les panneaux de laine de verre à  placer sur les parois pour avoir une chambre sourde, et la soufflerie avec encore des baffles absorbants à  l'intérieur pour disposer en sortie d'une veine silencieuse. L'installation, d'ailleurs toujours en fonctionnement, permet d'obtenir une vitesse de 40 ^m/_s dans un convergent de sortie de section 0,20 m x 0,30 m. En France il s'agissait d'une première en milieu universitaire : une chambre sourde associée à  une soufflerie silencieuse ! Nous avons également équipé deux chambres réverbérantes couplées pour initier les étudiants aux mesures de base en acoustique industrielle et architecturale, comme les temps de réverbération, la mesure des puissances acoustiques, les coefficients d'absorption des matériaux, la transmission du bruit à  travers des cloisons.

• 2  Électricité De France

4Cet équipement exigea de nombreux travaux annexes, comme l'assèchement du sous-sol, la mise en place d'une protection contre les caprices de la nappe phréatique, la fermeture de soupiraux qui servaient par grosse pluie de déversoirs pour un caniveau voisin !

Chambre sourde du sous-sol du bâtiment B6, avec Michel Sunyach installant un profil d'aile dans le jet de sortie

Chambre sourde du sous-sol du bâtiment B6, avec Michel Sunyach installant un profil d'aile dans le jet de sortie

Chambre réverbérante du sous-sol du bâtiment B6 et cloison en court de test

Chambre réverbérante du sous-sol du bâtiment B6 et cloison en court de test

5Les recherches scientifiques purent alors commencer. Au début elles portèrent essentiellement sur le bruit des profils aérodynamiques qui constituent les ailes porteuses des avions, avec différents types de couches limites, laminaires ou turbulentes, et des écoulements incidents turbulents ou non. Puis on considéra le bruit créé par les jets subsoniques, et les distorsions apportées par des fluctuations turbulentes de vitesse sur la propagation des ondes sonores. La DRET3 et le ministère de l'Environnement nous confièrent de nombreuses études et plusieurs chercheurs courageux s'installèrent au sous-sol pour les effectuer, Simon Arbey, Daniel Juvé, Philippe Blanc-Benon. De nombreuses publications furent acceptées dans différents journaux scientifiques comme le journal of Sound and Vibration, le journal de l'American Institute of Aeronautics and Astronautics, la Revue Française d'Acoustique et à  des congrès internationaux d'acoustique (ICA4) par exemple à  Budapest, Londres, Madrid.

• 3  Direction des Recherches et (...)
• 4  International Congress on (...)

Vers une véritable infrastructure de recherche : le « Centre Acoustique »

6Assez rapidement, toutefois, nous avons pris conscience du fait qu'il fallait disposer de vitesses d'écoulement plus grandes afin d'être plus proche des préoccupations industrielles. Une grande opération fut alors montée en 1980 avec l'aide du professeur Jean Lagasse, directeur du département des Sciences Pour l'Ingénieur (SPI) au CNRS5. Cette opération constitua le GRECO6 acoustique du Sud-Est, groupe coordonné de recherche dont la responsabilité nous revint, et dont les laboratoires associés allaient jusqu'à  Grenoble et Marseille.

• 5  Centre National de la Recherche (...)
• 6  Groupement de REcherche (...)

7Nous nous sommes alors attelés à  constituer un important montage financier entre l'ECL, le CNRS, La région Rhône-Alpes, la DATAR7, et la DGRST8, pour pouvoir créer une nouvelle installation aéroacoustique, et construire un bâtiment entier pour l'accueillir. Notre reconnaissance va ici à  François Juillet, directeur de recherche CNRS, conseiller scientifique auprès de la région Rhône-Alpes, à  Auguste Moiroux, directeur de l'ECL, Christian Garabed, chef des services techniques de l'ECL, à  Jacques Boidin professeur à  l'université de Lyon 1, à  Pierre Perrier, directeur de l'aérodynamique théorique aux avions Marcel Dassault. Bernard Chamussy, nous aida à  merveilleusement concrétiser nos idées. Les travaux commencèrent en 1980 et furent menés à  bien en moins d'un an par Maïa-Sonnier. Sur le plan technique, nous devons aussi remercier Michel Sunyach, Jean-Claude Robert et Patrick Dutheil pour tous les essais et dessins conçus pour réaliser la nouvelle chambre sourde, de 10 m x 8 m x 8 m, choisir le groupe ventilo-moteur, 400 kW, faire réaliser les baffles assurant l'isolation acoustique avec l'extérieur, et finalement atteindre 75 ^m/_s dans un convergent de sortie de 0,60 m x 0,60 m. La chambre semi-enterrée permet même d'accueillir de grandes structures, comme des coques de voitures ou des portions d'avion.

• 7  Délégation à  (...)
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Début des travaux du Centre Acoustique, 1980

Début des travaux du Centre Acoustique, 1980

8Dès lors nous avons pu étudier beaucoup de problèmes intéressants. Michel Roger et Marc Jacob se consacrèrent au bruit des profils, notamment les volets hyper-sustentateurs utilisés par les avions à  l'atterrissage. Michel Sunyach et Marie Annick Galland réalisèrent de nombreux montages pour le contrôle actif des champs sonores avec applications aux avions à  hélices et au moteurs de voiture, puis inventèrent le contrôle actif des impédances acoustiques de paroi. Daniel Juvé commença à  travailler sur le bruit des trains, et à  réaliser avec Alicja Witkowska les premières estimations numériques du bruit émis pour des cas de turbulence simple. Gilles Robert étudia les fluctuations de pression aux parois, avec des applications importantes pour la vibration des structures mécaniques sous-jacentes, y compris celles des sous-marins ! Mettant à  profit les grandes dimensions de la chambre sourde, Philippe Blanc-Benon réalisa une grille chauffante horizontale de presque 5 m de long pour étudier l'effet cumulé des fluctuations turbulentes de température sur la propagation des ondes sonores.

9Des contrats avec la DRET/DGA9, la Marine, Airbus, la SNCF10, Peugeot, Renault, permirent d'acquérir du matériel de mesures, et de prendre en charge les doctorants et aussi les techniciens et ingénieurs complémentaires dont nous avions besoin, comme Edmond Benarrous, Pierre Roland, Alain Louisot, Pascal Souchotte, Jean-Michel Perrin.

• 9  Délégation Générale pour (...)
• 10  Société Nationale des Chemins (...)

10Le DEA11 d'acoustique fut également créé en 1980, avec une liaison forte, ECL, INSA12 et université Claude Bernard Lyon 1. Ce DEA spécifique, le plus important en nombre d'étudiants en France, nous apporta beaucoup de jeunes étudiants, puis de jeunes doctorants. Tous ont toujours trouvé une aide efficace auprès de Françoise Maupas et d'Évelyne Roche, qui traitent de façon dynamique et consciencieuse tous les documents administratifs et financiers du Centre Acoustique.

• 11  Diplôme d'Études Approfondies
• 12  Institut National des Sciences (...)

11En 1985, on procéda à  l'inauguration du nouveau bâtiment, appelé « Centre Acoustique » par Auguste Moiroux. Elle coïncida avec la tenue à  l'ECL du congrès international IUTAM13 aero-hydroacoustics que j'ai pu organiser avec le professeur John E. Ffowcs Williams, de l'université de Cambridge. Le professeur Maurice Niveau, recteur de l'académie de Lyon, a honoré la cérémonie de sa présence, et fut tout à  la fois surpris et admiratif devant nos réalisations techniques et internationales.

• 13  Union Internationale de (...)

Inauguration du Centre Acoustique, en 1985, Geneviève Comte-Bellot présente le bâtiment au recteur Maurice Niveau

Inauguration du Centre Acoustique, en 1985, Geneviève Comte-Bellot présente le bâtiment au recteur Maurice Niveau

Une montée en puissance des recherches en acoustique

12Les capacités de notre nouvelle installation ne nous parurent pas encore suffisantes... Les jets issus des moteurs d'avion atteignent en effet un nombre de mach de l'ordre de 0,9. Daniel Juvé étudia alors entièrement cette montée substantielle en vitesse : côté technique, le compresseur, le sécheur, la cellule de réchauffage, la forme des tuyères, et côté financier, le montage à  entrées multiples, l'ECL par son Bonus Qualité Recherche (BQR), le CNRS, la DRET, et Métraflu14 au travers de différents contrats. Au final, des jets de 5 cm de diamètre fonctionnent en continu à  un nombre de mach réglable entre 0,60 et 1,6. De nouveaux essais très importants, notamment ceux en liaison avec le CNES15 furent alors réalisés. Des systèmes de réduction de bruit, avec injection d'eau, furent analysés et utilisés pour les lanceurs Ariane IV et Ariane V du CNES sur la base de Kourou.

• 14  Société pour la MEsure et le (...)
• 15  Centre National d'Études (...)

13Des moyens expérimentaux modernes accompagnèrent ces développements techniques, tels que l'Anémométrie Laser Doppler (LDV 16 ) avec addition d'un système mesurant la concentration et la vitesse de gouttelettes de liquides, des systèmes multivoies d'acquisition de signaux à  haute résolution, des antennes directives de microphones, la mesure des champs de vitesse par analyses des images de particules en suspension dans les écoulements (PIV 17 ).

• 16  Link Design Value
• 17  Particle Image Velocimetry (...)

14Les prévisions numériques qui sont actuellement une obligation pour passer de l'échelle du laboratoire à  celle du réel, furent également développées. Daniel Juvé, Christophe Bailly, Christophe Bogey et Olivier Mardsen portent avec succès leurs efforts sur les jets, et les profils d'ailes. Des méthodes spéciales sont mises au point pour affronter à  la fois la turbulence aux grands nombres de Reynolds et le champ acoustique rayonné. Des jets à  nombre de mach voisin de 0,90 sont en particulier étudiés. Le CNES et EDF appuient ces travaux. De nombreuses publications sont faites, en France et à  l'étranger. Des participations à  des workshops aux États-Unis et à  des cours à  l'institut von Karman de Bruxelles sont régulièrement demandées à  l'équipe qui participe au comité éditorial de plusieurs revues internationales de premier plan. Des Prix de la Société Française d'Acoustique et de l'Académie des Sciences sont décernés à  plusieurs reprises aux chercheurs du Centre Acoustique.

15Des cas où l'acoustique est « sociétalement » utile sont aussi considérés. Philippe Blanc-Benon et ses jeunes doctorants étudient les réfrigérateurs acoustiques non polluants. Jean-Christophe Béra étudie le fonctionnement de l'oreille interne et notamment les harmoniques supérieurs générés même pendant le sommeil. Il se consacre maintenant à  la propagation des ondes sonores intenses dans les tissus pour la mise au point de la lithotripsie. Michel Sunyach et Jean-Christophe Béra s'intéressent au contrôle actif des écoulements, les actuateurs étant de petits haut-parleurs placés en paroi. Ils arrivent ainsi à  procurer une portance à  un cylindre circulaire placé dans un écoulement !

16Les industries françaises déjà  en liaison avec l'équipe, notamment SNECMA18/SAFRAN, Airbus, Dassault, l'entraînent dans de nombreux contrats européens des 5^e et 6^e PCRD19, comme SILENCER, JEAN, TURBONOISE CFD, INTAS, etc. Réunions de concertation et missions à  l'étranger se multiplient. L'acoustique est vraiment un sujet universel et vivant, et l'école centrale de Lyon y a pris une bonne place. Au niveau européen, le Centre Acoustique de l'ECL peut être considéré comme la 2^e équipe, juste après l'institute of Sound and Vibration (ISVR) de Southampton.

• 18  Société Nationale d'Études (...)
• 19  Programme Cadre de Recherche et (...)

Vue générale de la nouvelle grande chambre anéchoïque

Vue générale de la nouvelle grande chambre anéchoïque

L'équipe actuelle autour de son directeur Daniel Juvé, à  droite Geneviève Comte-Bellot (2005)

L'équipe actuelle autour de son directeur Daniel Juvé, à  droite Geneviève Comte-Bellot (2005)

17Le Centre Acoustique comprend actuellement dix-huit permanents et une vingtaine de doctorants et post-doctorants, venant de France et de l'étranger. Il a constitué pendant de nombreuses années un département ECL à  part entière. Il fait maintenant partie d'un département élargi, Mécanique des Fluides, Acoustique et Énergétique (MFAE), dirigé part Daniel Juvé et du Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique (LMFA), CNRS, UMR20 5509, qui a pour directeur, Michel Lance.

• 20  Unité Mixte de Recherche