Imagerie acoustique instationnaire en milieu défavorable

Imagerie par retournement temporel de sources acoustiques dans des environnements réverbérants et bruyants

Doctorant encadré : Stéphanie Lobréau

Encadrement : Éric Bavu , Manuel Melon

Durée du projet : 4 ans (2011 - 2015)

Financement : Bourse ministérielle

Résumé : Dans un grand nombre d’applications industrielles, il est nécessaire d’inspecter des structures rayonnantes à l’aide de techniques de caractérisation et de localisation de sources acoustiques instationnaires. Ces dernières décennies, plusieurs techniques d’imagerie acoustique ont été développées, reposant sur l’utilisation de mesures d’un jeu de grandeurs acoustiques (pression et/ou vitesse particulaire) sur des antennes microphoniques, structurées ou non.

Figure : Sonde double couche pression-pression utilisée dans le cadre de ce projet

Le travail réalisé dans le cadre de ce projet porte plus spécifiquement sur les techniques d’imagerie instationnaires par retournement temporel. Nous nous intéressons plus particulièrement aux optimisations permettant de rendre les performances de ces techniques d’imagerie instationnaires insensibles aux conditions de mesures (environnement réverbérant et bruité).

Pour cela, différentes améliorations ont été proposées, grâce à des mesures réalisées sur une antenne hémisphérique double-couche.

Figure : Géométrie de l’antenne utilisée, avec 36 sondes double couche et permettant de projeter le champ acoustique sur des harmoniques sphériques jusqu'à l’ordre 7. Compte tenu de la dimension géométrique de l’antenne, cette approche nous permet de déreverbérer et de débruiter le champ mesuré jusqu'à une fréquence de 3150 Hz envion.

En particulier, l’imagerie acoustique quantitative par retournement temporel est réalisée grâce à un calcul de l’intégrale de Helmholtz-Kirchhoff retournée temporellement, grâce aux mesures “double couche” réalisées sur l’antenne et à une quadrature de Lebedev permettant de projeter ces mesures sur la base des harmoniques sphériques. Ces mesures double couche sont utlisées afin de supprimer les effets de salle et les contributions de sources perturbatrices, grâce à une méthode de séparation de champs, qui consiste à projeter les données mesurées sur la base des harmoniques sphériques puis à séparer les contributions “entrantes” et “sortantes”.

Pour finir, afin d’affiner la résolution d’imagerie obtenue par retournement temporel, nous avons introduit l’utilisation automatique d’un puits à retournement temporel, dont la formulation analytique tire partie de la structure double-couche des données mesurées.

Figure : Comparaison de l’imagerie acoustique en environnement bruité et réverbéré de deux sources acousrtique séparées de 25 centimètres. À gauche, une imagerie classique échoue totalement à localiser et à quantifiier les contributions des deux sources. À droite, l’approche développée dans le cadre de ce projet permet de retrouver les deux sources avec une excellente résolution, et de quantifier précisément le champ des deux sources, par rétropropagation dans le plan des sources.

La qualité de reconstruction du champ de pression par le processus d’imagerie par retournement temporel double couche complet a été étudié à travers des études numériques et des études expérimentales, allant d’une configuration idéale à des cas particulièrement complexes de mesures en environnement fortement réverbérant et bruité.

Figure : Mesure du rayonnement d’un Steeldrum en environnemement réverbérant et bruité (Stage de Clément Auzou) et mise en évidence d’un couplage non linéaire entre les notes du Steeldrum

Publications et communications liées au projet

• S. Lobréau, É. Bavu, M. Melon, Hemispherical double-layer time reversal imaging in reverberant and noisy environments at audible frequencies, The Journal of the Acoustical Society of America, 137 (2), 785-796, 2015. doi
• S. Lobréau, É. Bavu, M. Melon. Acoustic imaging in confined and noisy environments using double layer time reversal and field separation methods. Proceedings of the 7th Forum Acusticum, Krakow, Poland, September 7-12, 2014.
• É. Bavu, C. Auzou, M. Monteil, M. Melon, C. Langrenne, A. Garcia. Time-Reversal Imaging and Field-Separation-Method applied to the study of the steelpan radiation. Proceedings of Acoustics2012, Nantes, France, April 23-27, 2012.
• É. Bavu, M. Melon, C. Auzou, S. Lobreau, C. Langrenne, A. Garcia. Sonic Time-Reversal Imaging optimization in reverberating, confined or noisy environments. Proceedings of Acoustics2012, Nantes, France, April 23-27, 2012.
• S. Lobréau, É. Bavu, M. Melon. Imagerie acoustique instationnaire par retournement temporel en environnement complexe. Actes du 22èmeCongrès Français de Mécanique, CFM 2015, Lyon, France, 24-28 août 2015.
• É. Bavu. Imagerie de sources acoustiques par renversement du temps - Optimisations et stratégies de dépassement de limites, du théorique à l’expérimental. Les Journées spécialisées SFA - AMTA - Applications des Méthodes Temporelles en Acoustique, Le Mans, France, 24-25 novembre 2011.