Application de la méthode TLM à la modélisation de la propagation acoustique en milieu urbain - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2009

Application of the TLM method for the acoustic propagation modelling in urban area

Application de la méthode TLM à la modélisation de la propagation acoustique en milieu urbain

Abstract

Noise accounts for major societal matter, especially in urban and peri-urban areas where noise sources arising from road traffic are numerous and varied. Based on energetic and geometric models and initially developed for slightly built open-spaces applications, current acoustic prediction softwares are limited for urban and peri-urban areas acoustic prediction (various built and obstacles, moving real noise sources with time varying running speed...). The thesis work has consisted in putting forward a time-domain numerical domain for modelling the sound propagation in urban area. Among possible methods, the TLM ("Transmission Line Modelling") method constitute a original approach as it allows to account for complex propagation medium integrating most of physical phenomena brought into play during long range sound propagation (edge diffraction, reflection, steady-state phenomena, geometrical divergence, atmospheric attenuation, micrometeorological effects). However, the bibliographical study has given rise to two main limitations of the method to fully respond to our problematic: realistic boundaries conditions implementation and infinite propagation medium modelling. A generic TLM model has been developed and allows to perform simulations in two and in three dimensions by combining the whole phenomena influencing sound propagation in urban areas. An impedance boundary condition implementation is also proposed. The method consists in approximating the impedance as a sum of first-order linear systems. In addition, the use of a recursive convolution method enables to limit the computational cost of the boundary sound pressure calculation. Many simulations of sound propagation over manifold kinds of absorbing grounds have been performed and successfully compared with analytical solutions. Concerning the modeling of an infinite propagation medium, an anisotropic absorbing layers formulation for limiting the computational domain has also been derived. Finally, a few realistic urban applications (acoustic barriers, vegetalized frontages and flat roofs) have been proposed.
Le bruit constitue un problème sociétal majeur, en particulier en zones urbaines et périurbaines où les sources de bruit associées au traffic routier sont nombreuses et variées. Les logiciels de prévision acoustique actuels, basés sur des modèles énergétiques et géométriques et développés initialement pour des applications en milieux extérieurs faiblement bâtis, sont donc limités pour la prévision acoustique en milieux urbains et périurbains (présence de bâtis et d'encombrements, sources de bruit réelles mobiles avec un régime de fonctionnement variant dans le temps...). Le travail de thèse a consisté à proposer un modèle numérique temporel, adapté à la modélisation de la propagation acoustique en milieu urbain. Parmi les méthodes envisageables, la méthode TLM ("Transmission Line Modelling") constitue une approche originale, puisqu'elle permet de considérer des domaines de propagation de géométries complexes en intégrant la plupart des phénomènes physiques mis en jeu lors de la propagation du son sur de grandes distances (diffraction, réflexion, phénomènes stationnaires, divergence géométrique, atténuation atmosphérique, effets micrométéorologiques). Toutefois, l'étude bibliographique a mis en évidence deux limitations majeures de la méthode pour répondre pleinement à notre problématique : l'implémentation de conditions aux frontières réalistes et la modélisation d'un milieu de propagation infini. Un modèle TLM générique a ainsi été développé, et permet de réaliser des simulations en deux ou en trois dimensions en combinant l'ensemble des phénomènes influant sur la propagation du son en milieux extérieurs densément bâtis. Une approche permettant d'implémenter une condition d'impédance aux frontières a également été proposée. La méthode consiste à approcher l'impédance par une somme de systèmes linéaires du premier ordre. L'usage d'une méthode de convolution récursive permet par ailleurs de limiter le coût numérique associé au calcul du champ de pression sonore sur la frontière. Des simulations de la propagation acoustique au-dessus de différents types de sols absorbants ont été réalisées et confrontées avec succès aux solutions analytiques. Concernant la modélisation d'un milieu de propagation infini, une formulation de couches absorbantes anisotropes permettant de limiter le domaine de calcul a également été développée. Enfin, des applications réalistes de problématiques "urbaines" (écrans acoustiques, façades et terrasses végétalisées) ont finalement été proposées.
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tel-00793252 , version 1 (22-02-2013)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00793252 , version 1

Cite

Gwenaël Guillaume. Application de la méthode TLM à la modélisation de la propagation acoustique en milieu urbain. Acoustique [physics.class-ph]. Université du Maine, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00793252⟩
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