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RÉSUMÉ
L’hydroaccoustique désigne les bruits liés aux phénomènes hydrodynamiques et concerne de manière générale « l'acoustique dans l'eau », qui permet entre autres le repérage des bancs de poissons. L’objet de cet article est le « bruit des navires », non concerné de fait par l’appellation d’hydroacoustique. Ces navires dégagent différentes sortes de bruit : le bruit dans l’eau (leur rayonnement) et le bruit à bord (passagers, équipage et bruit rayonné dans l’air). Dans un premier temps, les différences entre l’air et l’eau sont abordées afin de mieux cerner le sujet. Puis, les débits fluctuants et les forces fluctuantes sont détaillées. Les hélices et le bruit qu’elles engendrent font évidemment partie de ce « bruit des navires ». Pour terminer, sont expliquées les prises de mesures accoustiques dans l’eau.
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Gérard FOURNIER : Docteur ès sciences - Conseiller scientifique à GFIC
INTRODUCTION
De même que l'aéroacoustique concerne le bruit lié aux phénomènes aérodynamiques (voir article « L'aéroacoustique en aéronautique » dans ce même traité), l'hydroacoustique désigne ici le bruit lié aux phénomènes hydrodynamiques. Mais comme ce mot contracté désigne le plus souvent « l'acoustique dans l'eau », dont la principale application est le repérage des bancs de poissons, le titre a été complété par « bruit des navires » pour être plus clair. Ce bruit des navires est bien d'une part le bruit qu'ils rayonnent dans l'eau, auquel seuls les militaires attachent beaucoup d'importance (problèmes de détection et de discrétion), et d'autre part le bruit à bord qui concerne les passagers et l'équipage ainsi que le bruit rayonné dans l'air qui peut poser des problèmes au voisinage des installations portuaires. Les notions générales sont déjà exposées ailleurs dans ce traité « Bruit et vibrations ». Pour les aspects fondamentaux, il est conseillé de se reporter aux articles à « Aéroacoustique et hydroacoustique ». Il est également fait référence aux articles , « Bruit des ventilateurs » et « Bruit des pompes ».
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Accueil > Ressources documentaires > Environnement - Sécurité > Bruit et vibrations > Acoustique des transports > Hydroacoustique et bruit des navires > Hélices
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4. Hélices
Une pale d'hélice étant un profil portant, tout ce qui a été dit dans le paragraphe précédent s'applique mais, du fait de sa rotation, deux phénomènes nouveaux apparaissent.
D'une part, la vitesse fait apparaître un effet Doppler sur les fréquences émises. Comme la vitesse en bout de pale est plus élevée que la vitesse du navire, l'hélice est généralement la source de bruit dominante, puisque toutes les sources hydroacoustiques dépendent de U avec une puissance de 4 à 6, sauf si une résonance de structure produit un rayonnement exceptionnellement intense.
Cependant le facteur de correction Doppler est en (1 − M 2) et il pourra souvent être négligé.
Exemple : une hélice de rayon 1 m tournant à 10 tr/s a une vitesse en bout de pale de 63 m/s, soit un nombre de Mach de 0,04…
D'autre part, un bruit va être créé du fait de la rotation, même si tout est stationnaire dans le repère lié à la pale.
Soit un petit volume de fluide où passe périodiquement une pale d'hélice ; le fluide va être chassé puis remplacé à chaque passage et il va subir avec la même périodicité le passage des pressions pariétales. Il y aura donc émission d'un bruit de volume pulsé, dit bruit d'épaisseur, et un bruit de charge, que cette charge soit constante ou fluctuante.
4.1 Bruit de charge moyenne (Gutin)
L'hypothèse de compacité acoustique s'applique en général aux pales d'hélice.
Exemple : une hélice à 5 pales de 1 m de rayon tournant à 10 tours par seconde émet à une longueur d'onde de 30 m.
Pour déterminer l'émission acoustique, la poussée moyenne de la pale est prise comme une force unique (valant la poussée de l'hélice divisée par le nombre de pales) appliquée en un point du rayon (environ 0,7 R). La formule du bruit de charge moyenne, établie par Gutin dès 1936 et quelque peu oubliée par la suite, se simplifie dans le cas des navires (faible nombre de Mach) pour donner l'amplitude...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GOLDSTEIN (M.E.) - Aeroacoustics - McGraw-Hill International Book Company (New-York) (1976).
-
(2) - BLAKE (W.K.) - Mechanics of flow-induced sound and vibration - Applied Mathematics and Mechanics, Volume 17. Academic Press Inc. (Londres, Orlando) (1986).
-
(3) - ROSSITER (J.E.) - « Wind tunnel experiments in the flow over rectangular cavities at subsonic and transonic speeds » - R and M 3438, Aeronautical Research Coucil, Great Britain (1966).
-
(4) - DE METZ (F.C.), FARABEE (T.M.) - « Laminar and turbulent shear flow induced cavity resonances » - Paper 77-1293, AIAA Aeroacoustics Conference, Atlanta, USA (3-5 October 1977).
-
(5) - LYON (R.H.) - Statistical energy analysis of dynamical systems : theory and applications - M.I.T. Press (Boston) (1975).
-
(6) - JUNGER (M.C.), FEIT (D.) - Sound, structures...
ANNEXES
Les références et sont des ouvrages de base.
Archives Génie IndustrielFOURNIER (G.) - Aéroacoustique et hydroacoustique - (1990).
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