Caractérisation et modélisation des élastomères
pour amortir des structures composites

Youssera El Archi

Dans le cadre de cette thèse CIFRE avec Safran Composites, il est question d’étudier des technologies amortissantes pour les structures tournantes des nouvelles générations de turboréacteurs d’avion afin de minimiser les effets des instabilités vibratoires comme le flottement.
Certaines technologies d’amortissement reposent sur l’introduction d’élastomère dissipatif dans la structure soit en surface (patch viscoélastique contraint) soit dans le matériau composite au niveau de la microstructure (fonctionnalisation).
C’est pourquoi la première partie de ce travail est dédiée à la caractérisation expérimentale du comportement mécanique d’un élastomère cible pour cette application. Cette caractérisation a consisté en des essais statiques et dynamiques sur une certaine plage de fréquences et d’amplitudes et pour différents modes de sollicitation.
A partir de ces observations, un modèle de loi de comportement phénoménologique basé sur le modèle de Maxwell généralisé formulé en grandes déformations est proposé et permet de prédire la réponse du matériau de l’étude à différentes sollicitations. Un point particulier est porté sur la prise en compte de l’effet Payne traduisant une dépendance à l’amplitude de chargement dynamique par une approche originale. L’identification des paramètres du modèle à la fois dans le domaine temporel et fréquentiel est réalisée à l’aide d’une méthode robuste et rapide. L’implémentation de la loi de comportement dans un code de calculs éléments finis a permis de valider l’approche sur des simulations d’essais multi-axiaux.
Puis, une étude numérique comparative de différentes solutions d’amortissement se basant sur l’introduction d’élastomère à l’échelle de la microstructure d’un composite est effectuée dans le cadre de la viscoélasticité linéaire. Les insertions d’élastomère à l’échelle microscopique sont de deux types : la première est une microstructure dans laquelle toutes les fibres de carbone sont enrobées par une fine couche d’élastomère et la seconde est une microstructure dans laquelle il y a coexistence de fibres de carbone et de fibres d’élastomère. On compare ces solutions à une dernière technologie d’amortissement qui est, quant à elle, mise en place à l’échelle macroscopique, le patch d’élastomère contraint.

Caractérisation de résonateurs dynamiques :
application à l’étude du conduit vocal

Timothée Maison

Le conduit vocal est responsable d’une grande partie de la variété des sons à la base du langage et joue ainsi un rôle essentiel dans la communication orale humaine. La caractérisation in vivo des résonances du conduit vocal demande ainsi le développement d’une instrumentation spécifique à destination de la recherche en parole, voix, acoustique musicale, et voire médicale. Dans la continuité de travaux basés sur l’émission et réception acoustiques aux lèvres, ma thèse se donne pour objectif d’améliorer le dispositif existant et de le rendre robuste à la présence d’autres signaux — en premier lieu la voix elle-même puisque l’ambition est de caractériser le conduit vocal en cours de phonation.
Après avoir présenté le dispositif dans sa version actuelle, la méthodologie de mesure et l’analyse modale associée seront validées par comparaison entre des modèles numériques et différentes mesures d’impédances, tout d’abord sur un simple tube métallique puis sur des maquettes simplifiées de voyelles pour montrer les limites de la méthode sur certaines configurations vocaliques. Le positionnement optimal de la source et du microphone sera également discuté.
Dans le contexte de mesures sur l’humain, nous abordons dans un deuxième temps la séparation entre le signal de caractérisation (chirp) et le signal de voix mesurés par le microphone. Grâce à la connaissance a priori de la trajectoire du chirp dans le plan temps- fréquence et des hypothèses sur le signal voisé, le calcul de la transformée dite en chirplets, généralisation de la transformée de Fourier à court-terme intégrant la variation de fréquence instantanée, permet une séparation relative. Nous montrons que l’utilisation d’une famille de chirplets rend la séparation plus efficace et la reconstruction plus fidèle sur des signaux de synthèse.
Enfin, la méthodologie complète avec séparation est appliquée pour constituer et analyser une base de données de mesures sur des chanteurs de musique actuelle.