Imagerie de sources acoustiques et vibratoires par renversement du temps : Stratégies d'optimisations, du théorique à l'expérimental
Au LMSSC, Cnam, Paris, le 20 octobre 2011 à 14h
Éric Bavu (Maître de conférences, LMSSC, Cnam, Paris)
La problématique de l'imagerie et de la localisation de sources acoustiques stationnaires ou instationnaires, provenant du rayonnement d'une structure vibrante trouve un ancrage dans des applications aussi variées que l'acoustique industrielle, l'acoustique des instruments de musique, et l'acoustique sous-marine. Les techniques de retournement temporel, initialement développées dans le domaine des ondes ultrasonores, ouvrent un large champ d'investigation pour l'imagerie de sources acoustiques audibles, permettant d'obtenir une information à la fois spatiale et temporelle sur la source rayonnante. Après avoir posé les bases théoriques des techniques de renversement du temps appliquées à l'imagerie et à la focalisation, nous nous pencherons sur les limites de cet ensemble de méthodes, et développerons des stratégies d'optimisation, afin de les rendre compatibles aux contraintes du monde industriel. Ces stratégies seront détaillées sur des bases théoriques simples, et illustrées par des résultats numériques et expérimentaux.
En premier lieu, nous nous intéresserons à la résolution d'imagerie obtenue grâce aux méthodes de retournement temporel. En effet, dans le domaine des fréquences audibles, l'utilisation de techniques à haute résolution est cruciale afin de détecter et caractériser des sources acoustiques, dont les tailles caractéristiques sont bien souvent plus petites que la demi-longueur d'onde. Nous proposerons une stratégie d'optimisation des méthodes de renversement du temps, le puits à retournement temporel, permettant d'atteindre un régime de haute résolution. Nous discuterons des contraintes imposées par cette méthode. Cette analyse sera illustrée de simulations numériques et de résultats issus de mesures expérimentales, dans le domaine de l'acoustique et de la mécanique (ondes de flexion d'une plaque encastrée).
Nous nous attacherons ensuite à décrire les stratégies d'optimisations lors de mesures en milieu confiné ou bruité. En effet, la focalisation par retournement temporel tire parti de la réverbération, nous permettant de minimiser le nombre de capteurs en tirant parti du milieu de propagation et de ses conditions aux limites. En revanche, lorsqu'on applique les méthodes de renversement du temps aux problématiques d'imagerie en milieu confiné, réverbérant et/ou bruité, les techniques d'imagerie échouent, puisqu'elles sont basées sur une rétropropagation simulée numériquement, impossible à réaliser par exemple dans le cas du régime stochastique en environnement réverbérant, et le plus souvent coûteuses en temps de calcul. Nous proposerons alors une stratégie d'optimisation de la méthode d'imagerie par renversement du temps basée sur une décomposition du champ mesuré sur la base des harmoniques sphériques. Cette méthode, développée au Cnam a déjà été appliquée avec succès à des problèmes d'holographie de champ proche, et est ici adaptée au problème du renversement temporel, apportant par la même une clé au problème de la complexité du problème de la rétropropagation. Cette méthode de séparation de champ permet, à partir des mesures réalisées sur une antenne de microphonique double couche, de supprimer l’influence du milieu environnant et d'éventuels sources de bruit perturbatrices, afin d’obtenir un jeu de données mesurées reproduisant le rayonnement lors d’une expérience menée en salle anéchoïque. La validité de cette optimisation sera mise en évidence grâce à des simulations numériques et des mesures expérimentales en milieu de mesure "hostile". Nous présenterons ensuite les résultats d'imagerie obtenus lors d'une campagne de mesure récente sur une source vibratoire au rayonnement complexe en environnement réverbérant et bruité, le Steelpan.