L’aéroacoustique s’intéresse aux mécanismes physiques gouvernant la production et la propagation sonore dans les écoulements. Les ondes acoustiques étant généralement inférieures de quelques ordres de grandeur aux fluctuations aérodynamiques qui leur ont donné naissance, l’étude de ces mécanismes est très délicate, tant sur le plan expérimental que sur le plan numérique. Elle nécessite en particulier une connaissance fine et précise des mécanismes instationnaires en aérodynamique compressible. Pour ces raisons, elle reste encore un domaine très actif en recherche (compréhension, modélisation, contrôle).

Cette discipline qui est née dans les années 50 avec l’apparition des premiers avions à réaction est par nature plutôt orientée vers les applications aéronautiques. Si elle reste de nos jours encore largement entrée sur ce domaine, l’aéroacoustique s'est ouverte durant ces dernières décennies à un vaste champ applicatif allant des transports (aérien, ferroviaire, automobile), au bâtiment (ventilation), à l’énergie (éolienne) et même à la musique (instruments à vents). Ainsi la plupart des acteurs en aérodynamique, externe ou interne se trouvent confrontés tôt ou tard à l’aéroacoustique.

C’est pour ce double intérêt académique et pratique que l’aéroacoustique s’inscrit naturellement dans un cursus de Master focalisé sur la dynamique des fluides, apportant un éclairage original sur l’aérodynamique instationnaire. A ces arguments thématiques vient s’ajouter un argument circonstanciel avec l’arrivée sur le campus de l’ISAE-SUPAERO d’une soufflerie aéroacoustique qui constitue un outil privilégié pour la recherche en milieu académique et marque un nouvel essor de l’aéroacoustique dans le paysage universitaire toulousain.

Ce cours s’adresse à des étudiants ayant une bonne formation de base en mécanique des fluides et un intérêt pour les mécanismes instationnaires. Le principal objectif de ce cours est de transmettre à l’étudiant de Master des notions fondamentales d’aéroacoustique pour lui permettre de comprendre la physique sous-jacente aux problèmes d’aéroacoustiques dont la formulation est souvent complexe. En particulier les étudiants devront être capables :

• D’analyser des phénomènes de propagation acoustique avec et sans écoulement

• D’expliquer les principes de base de la résolution des problèmes d’aéroacoustique

• D’identifier les principaux mécanismes de génération de bruit d’origine aérodynamique

• De discuter des outils (modèles, méthodes numériques et expérimentales) existants

• De parler du positionnement actuel de la recherche sur la problématique

Les notions fondamentales d’aéroacoustique seront introduites comme bases à la compréhension de la physique sous-jacente aux problèmes d’aéroacoustiques. Les aspects propres aux sources d’origine aérodynamique en mouvement avec ou dans le fluide et émettant des ondes déformées par l’écoulement seront abordés. Les plus célèbres analogies aéroacoustiques, qui restent encore aujourd’hui la clef de nombreux modèles de prévisions qu’ils soient analytiques ou numériques, seront également introduites. Des cas d’application seront utilisés pour illustrer la mise en œuvre de ces notions dans des situations concrètes en mettant en évidence les hypothèses requises et leurs limites. Les questions scientifiques clés actuellement ouvertes sur ce sujet seront également exposées.

• Introduction a l'’aéroacoustique

• Sources mobiles et effets d’écoulement

• Théorie de Lighthill et bruit de jet

• Analogie de Ffowcs-Williams & Hawkings

• Extension aux écoulements en présence de surfaces : bruit de profil et d'hélice libre

• Notions d'aéroacoustique numérique: enjeux et contraintes

• Apports de l’approche expérimentale: spécificités et challenges