Contrôle actif des bruits - Bases théoriques

Classiquement on distingue deux méthodes principales de protection contre le bruit : on peut réduire le bruit à la source ou empêcher sa propagation vers la zone à protéger. La réduction du bruit à la source, lorsqu'elle est possible, devrait toujours être entreprise avant toute autre forme de lutte contre le bruit car c'est souvent elle qui présente la meilleure efficacité. Par exemple, on peut réduire les émissions aux fréquences basses d'une machine en disposant celle-ci sur un socle massif qui agit par inertie, puis éliminer les fréquences hautes par l'interposition, entre le socle et la machine, d'un matériau résilient comme le liège, le caoutchouc ou la fibre de verre. On peut ensuite compléter ces actions à la source par un traitement acoustique dans la machine et un capotage autour de celle-ci. Lorsque la réduction à la source est impossible ou difficile à mettre en œuvre, on interpose, entre la source de bruit et la zone à protéger, des matériaux qui s'opposent à la propagation des ondes sonores. Pour cela, on peut utiliser des matériaux absorbants, constitués de substances poreuses ou fibreuses, comme la laine de roche ou la mousse de polyuréthane, ou des matériaux réfléchissants, qui renvoient les bruits vers des zones où ils sont moins gênants.

Ces deux techniques de réduction du bruit présentent malheureusement un inconvénient majeur : elles sont difficiles à mettre en œuvre lorsque le bruit à réduire présente des contributions importantes dans le domaine des basses fréquences. Par exemple, l'emploi de matériaux absorbants, très efficace aux fréquences élevées ou moyennes, conduit à des encombrements et des masses prohibitifs aux fréquences basses.

L'absorption et la réflexion ne sont pas les seuls moyens utilisables pour empêcher la propagation d'une onde sonore. Si on dispose sur le trajet de cette onde un ensemble de sources secondaires émettant une deuxième onde de même amplitude, mais de signe opposé, l'addition de ces deux ondes va donner, par interférence destructive, une résultante nulle. Alors que les méthodes de réduction de bruit par absorption ou réflexion sont purement passives, la réduction des bruits par interférence est une méthode active car elle nécessite des actionneurs (les sources secondaires, également appelées sources de contre-bruit). Diverses expressions ont été utilisées pour désigner cette méthode, suivant que l'on focalise l'attention sur tel ou tel aspect particulier du mécanisme de réduction du bruit : absorption acoustique active, absorption acoustique stimulée, anti-bruit actif… Elles ont été abandonnées au profit d'un anglicisme, le contrôle actif (traduction raccourcie de active noise control) qui s'est imposé et que nous emploierons dans la suite du présent article.

Le concept de contrôle actif n'est pas nouveau (nous verrons que les premiers brevets sur le sujet ont été déposés dans les années trente) mais pendant longtemps les tentatives de réalisation et d'exploitation sont restées sans suite. Deux raisons expliquent cette longue gestation :

• si elle n'est pas associée à une méthode de reconstitution du champ acoustique à réduire, l'utilisation des interférences ne permet d'obtenir des réductions notables du niveau sonore que dans des domaines de dimensions restreintes. C'est seulement dans les années soixante-dix que les bases physiques du contrôle actif seront établies à la suite des travaux fondateurs de Jessel ;

• les caractéristiques du bruit à réduire sont généralement variables dans le temps, et les conditions de propagation peuvent fluctuer, ce qui rend nécessaire une réactualisation permanente du signal de commande des sources secondaires.

Les développements, dans les années quatre-vingt, de la microélectronique et du traitement numérique du signal, ont permis la réalisation de systèmes de contrôle actif adaptatif capables d'élaborer à chaque instant, et sans action extérieure, la commande optimale des sources secondaires. Ce progrès fut décisif et entraîna, dans les années quatre-vingt-dix, la naissance des premières applications industrielles du contrôle actif. Parallèlement se développait aussi le contrôle actif des vibrations, plus complexe que le contrôle actif acoustique, et qui est traité dans le fascicule [R 6 200].

À ce jour, le contrôle actif continue de faire l'objet de nombreuses recherches car de nombreux problèmes sont loin d'être complètement résolus. Ils concernent, et la liste n'est pas exhaustive, l'optimisation du nombre et du placement des sources secondaires, la commande des systèmes complexes, la mise au point d'algorithmes de commande performants et robustes, capables de traiter des bruits de toute nature, la réduction des bruits rayonnés par des sources mobiles ou les effets psychoacoustiques du contrôle actif.