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Theses Year : 2011

Modélisation numérique pour l'acoustique environnementale : simulation de champs météorologiques et intégration dans un modèle de propagation

Pierre Aumond

Abstract

Actually, it exists a major societal issue to be interested in outdoor sound propagation and specially, in our context, to reduce the uncertainty in noise levels estimation and thus to improve the analyses accuracy, from engineers to research institutes. The influence of meteorology on outdoor sound propagation is significant. It is therefore necessary to understand and quantify the micro scales phenomena into the atmospheric boundary layer. In this way, the French research meteorological model (Meso-NH) has been used. After comparing results of this model at very fine resolution (~1 meter) to measurements issued from the databases of two experimental campaigns (Lannemezan 2005 and Long Term Monitoring Station: LTMS), it appeared necessary to develop this tool in order to take into account the drag force of the trees. Finally, the Meso-NH results for the wind, temperature and turbulent kinetic energy fields are satisfactory. Then, theses informations can be used as input data for acoustic models. Our time domain acoustic model is based on Transmission Line Matrix method (TLM). Its development was done in order to be applied to outdoor sound propagation: taking into account topography, soil types, meteorological conditions, etc. The numerical validation of the TLM method, by comparison with other models (analytical and numerical: Parabolic Equation), has shown the relevance of its use in the context of environmental acoustics. Finally, thanks to these models, simulated noise levels in different propagation conditions (downward, upward and homogeneous refraction conditions) were compared to in situ measurements carried out during the Lannemezan 2005 experimental campaign. Satisfying results were obtained regarding the observed phenomena variability. However, using the micro-meteorological model Meso-NH is difficult because of the strong acoustic sensitivity to the vertical celerity profiles. A feasibility study on a more complex experience (LTMS) is encouraging and, provided having substantial computing resources, it permits to consider the TLM as an accurate method in the context of environmental acoustics.
Il existe aujourd'hui un enjeu sociétal majeur à s'intéresser à la propagation du son en milieu extérieur et notamment, dans notre contexte, à diminuer l'incertitude sur l'estimation des niveaux sonores et améliorer ainsi la précision des diverses analyses, du bureau d'étude à l'institut de recherche. Dans le cadre de l'acoustique environnementale, l'influence des conditions météorologiques sur la propagation acoustique en milieu extérieur peut être importante. Il est donc nécessaire d'appréhender et de quantifier les phénomènes météorologiques de micro-échelles que l'on observe dans la couche limite atmosphérique. Dans ce but, le modèle météorologique de recherche de Météo-France (Meso-NH) a été utilisé. Après avoir comparé les résultats de ce modèle à très fine résolution (de l'ordre du mètre) à l'aide des bases de données de deux campagnes expérimentales (Lannemezan 2005 et la Station de Long Terme), il s'est avéré nécessaire de développer cet outil en intégrant la prise en compte de la force de traînée des arbres. Dès lors, les résultats issus de Meso-NH sur les champs de vent, de température et d'énergie cinétique turbulente aparraissent satisfaisants. Ces informations sont par la suite utilisées en données d'entrée du modèle de propagation acoustique. Le modèle acoustique temporel utilisé est basé sur la méthode Transmission Line Matrix (TLM). Son développement a été effectué dans le but d'être appliqué à la propagation acoustique en milieu extérieur : prise en compte du relief, de différents types de sol, des conditions atmosphériques, etc. La validation numérique de la méthode TLM, par comparaison avec d'autres modèles (analytique et numérique de type Equation Parabolique), a permis de montrer la pertinence de son utilisation dans le cadre de l'acoustique environnementale. Enfin, à l'aide de ces modèles, des niveaux sonores simulés sous différentes conditions de propagation (favorables, défavorables, homogènes) ont été comparés aux mesures in-situ réalisées lors de la campagne expérimentale de Lannemezan 2005. Les résultats se sont avérés très satisfaisants au regard de la variabilité des phénomènes observés. Cependant, l'utilisation des champs issus d'un modèle micrométéorologique de type Meso-NH reste délicate du fait de la forte sensibilité du niveau sonore aux profils verticaux de célérité du son. L'étude de faisabilité sur une expérience plus complexe (la Station de Long Terme) est encourageante et, à condition de disposer d'importants moyens de calculs, elle permet de considérer la TLM comme une nouvelle méthode de référence et ainsi, d'envisager d'élargir son domaine d'utilisation à d'autres applications.

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  • HAL Id : tel-00850700 , version 1

Cite

Pierre Aumond. Modélisation numérique pour l'acoustique environnementale : simulation de champs météorologiques et intégration dans un modèle de propagation. Acoustique [physics.class-ph]. UNIVERSITE DU MAINE, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00850700⟩
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