Soutenance de thèse de Maxime Morell – le 5/12/2025 : Synthèse et implémentation d’opérateurs non-linéaires de frontière pour applications acoustiques

Rendez-vous le vendredi 5 décembre 2025 à 9h00

Lieu : ENTPE – 3 rue Maurice Audin, 69120 Vaulx-en-Velin – salle F017

Synthèse et implémentation d’opérateurs non-linéaires de frontière pour applications acoustiques

Synthesis and implementation of nonlinear boundary operators for acoustical applications

Composition du jury proposé :

M. Emmanuel GOURDON - Ingénieur en chef des travaux publics de l'État, ENTPE - Directeur de thèse
M. Manuel COLLET - Directeur de recherche, Ecole Centrale de Lyon - Directeur de thèse
M. Hervé LISSEK - Maître d'enseignement et de recherche, EPFL - Rapporteur
Mme Maryam GHANDCHITEHRANI - Professeure, University of Groningen - Rapporteure
M. Olivier THOMAS - Professeur des universités, ENSAM - Examinateur
Mme Stefania LO FEUDO - Maîtresse de conférences, ISAE-Supmeca - Examinatrice
M. Ghislain RAZE - Chargé de Recherche FNRS, University of Liège - Examinateur
M. Emanuele DE BONO - Docteur, Ecole Centrale de Lyon - Co-encadrant de thèse

Résumé

Si la réduction du bruit est aujourd'hui un enjeu majeur pour la santé et le confort, les dispositifs capables d'assurer une atténuation large bande aux basses fréquences et pour de faibles amplitudes d'excitation demeurent rares. Les résonateurs acoustiques non linéaires ont montré un fort potentiel, mais uniquement à très fortes amplitudes, ce qui limite leur utilisation dans des applications courantes, telles que l'acoustique du bâtiment. Les travaux présentés dans cette thèse visent à lever ce verrou technologique en développant un résonateur acoustique non linéaire fonctionnant à faibles amplitudes d'excitation grâce à une stratégie de contrôle d'impédance. Cela consiste à modifier les conditions de réflexion et d'absorption de frontières en agissant sur l'impédance de la surface considérée. Ce travail de doctorat développe un résonateur électroacoustique non linéaire programmable et fonctionnant à faible amplitude, constitué d'un haut-parleur collocalisé avec des microphones, le tout relié à un processeur calculant la variable de commande pour imposer un comportement non linéaire. La stratégie de contrôle permettant ce développement est formalisée, présentée et validée par des simulations numériques ainsi que par des expériences en champ libre dans la première partie de la thèse. Une extension de la méthode est proposée afin d'améliorer les performances des résonateurs non linéaires synthétisés, indépendamment des conditions initiales. Pour évaluer les capacités d'absorption du résonateur électroacoustique, un banc expérimental dédié ainsi que le modèle associé ont été développés et étudiés à l'aide d'outils numériques et analytiques. L'expérience consiste à coupler le résonateur créé à un mode acoustique de tube afin de mettre en évidence une absorption efficace de l'énergie acoustique pour divers comportements non linéaires programmés. Ensuite, un réseau de résonateurs électroacoustiques non linéaires (un liner) est implémenté expérimentalement et modélisé par l'utilisation d'éléments finis. Ce dernier présente des capacités d'absorption large bande tout en montrant un comportement stable. De plus, l'existence de solitons au sein du réseau non linéaire est étudiée à travers un modèle et une étude analytique, permettant d'établir des conditions d'existence de celui-ci. L'amélioration de la méthode, l'investigation et la conception de phénomènes non linéaires dans des réseaux de résonateurs constituent les principales perspectives de ce travail, afin de proposer des solutions efficaces pour le contrôle du bruit.

Abstract

As the need to reduce acoustic levels for health and comfort continues to grow, solutions for achieving broadband noise mitigation at low frequencies and low excitation amplitudes remain few. Acoustic nonlinear resonators have shown strong potential, but only at very high excitation amplitudes, limiting their use in typical real-life applications such as building acoustics. The work presented in this thesis addresses this limitation by developing an acoustic nonlinear resonator operating at low excitation amplitudes through an Impedance control strategy. Impedance control consists in modifying the reflection and absorption conditions of boundaries by the modification of the impedance of the considered surface. This work develops a digitally programmable nonlinear electroacoustic resonator at low excitation amplitude that consists in a loudspeaker collocated with microphones and connected to a processor estimating the command variable for implementing a nonlinear behavior at low amplitudes. The control strategy enabling this development is formalized, presented and validated through numerical simulations and open-field experiments in the first part of the thesis. An extension of the method is proposed to enhance the performances of the synthesized nonlinear resonators regardless of the initial conditions To evaluate the absorption capabilities of the electroacoustic resonator, a dedicated experimental bench and its associated model – studied with both numerical and analytical tools -- is developed. The experiment couples the synthesized resonator to an acoustic mode of a tube, and shows effective absorption of the acoustic energy for various programmed nonlinear behaviors. Building on these results, a network of nonlinear synthesized resonators (a liner) is experimentally implemented and modeled using finite element analysis. The nonlinear liner exhibits broadband absorption capabilities with stable behavior. Additionally, the existence of solitons inside the nonlinear network is investigated through a model and its analytical study, and conditions of existence are established. The further improvement of the method, investigations and design of nonlinear phenomena in the network of nonlinear resonators consist in the main perspectives of the present work to propose efficient solutions to noise control.

Date de publication : 28/11/2025