Caractérisation du rayonnement acoustique d'un rail à l'aide d'un réseau de microphones

Le secteur des transports ferroviaires en France est marque par un dynamisme lie notamment a l'essor du reseau a grande vitesse et a la reimplantation du tramway dans de nombreuses agglomerations. Dans ce contexte, la reduction des nuisances sonores apparait comme un enjeu majeur pour son developpement. Afin d'agir efficacement a la source, il est indispensable d'identifier et d'etudier precisement les sources responsables de ces nuisances au passage des vehicules. Parmi les approches possibles, les antennes microphoniques et les traitements associes sont particulierement adaptes a la caracterisation des sources ponctuelles mobiles, omnidirectionnelles et decorrelees.Pour les vitesses inferieures a 300 km/h, le bruit de roulement constitue la source principale du bruit ferroviaire ; il resulte du rayonnement acoustique des elements tels que les roues, le rail et les traverses. Le rail, dont la contribution au bruit de roulement est preponderante aux moyennes frequences (entre 500 He et 1000 Hz environ), est une source etendue et coherente pour laquelle les principes classiques de traitement d'antenne ne sont pas adaptes.La methode de caracterisation proposee dans cette these est une methode inverse d'optimisation parametrique utilisant les signaux acoustiques issus d'une antenne microphonique. Les parametres inconnus d'un modele vibro-acoustique sont estimes par minimisation d'un critere des moindres carres sur les matrices spectrales mesuree et modelisee au niveau de l'antenne. Dans le modele vibro-acoustique, le rail est assimile a un monopole cylindrique dont la distribution longitudinale d'amplitude est liee a celle des vitesses vibratoires. Pour le calcul de ces vitesses, les differents modeles proposes mettent en evidence des ondes vibratoires se propageant dans le rail de part et d'autre de chaque excitation. Chacune de ces ondes est caracterisee par une amplitude au niveau de l'excitation, un nombre d'onde structural reel et une attenuation. Ces parametres sont estimes par minimisation du critere, puis utilises pour reconstruire le champ acoustique.Dans un premier temps, des simulations sont realisees pour juger des performances de la methode proposee, dans le cas d'excitations ponctuelles verticales. En particulier, sa robustesse est testee en presence de bruit ou d'incertitudes sur les parametres supposes connus du modele. Les effets de l'utilisation de modeles degrades sont egalement etudies. Concernant l'estimation des amplitudes, les resultats ont montre que la methode est particulierement robuste et efficace pour les excitations les plus proches de l'antenne. En revanche, pour l'estimation des autres parametres, les performances sont superieures pour les positions d'antenne excentrees. De maniere generale, le nombre d'onde est correctement estime sur l'ensemble des frequences etudiees. Dans les cas a faible attenuation, un traitement classique par formation de voies en ondes planes suffit. En ce qui concerne l'estimation de l'attenuation, la faible sensibilite du critere limite l'efficacite de la methode proposee.Enfin, certains resultats obtenus a partir des simulations ont ete verifies lors de mesures in situ. L'excitation d'un rail experimental par un marteau de chocs a tout d'abord permis de valider le modele vibratoire pour la flexion verticale. Pour tester la methode d'optimisation parametrique, le rail a egalement ete excite verticalement a l'aide d'un pot vibrant. Les principaux resultats des simulations ont ete retrouves, et des comportements particuliers relatifs a la presence de plusieurs ondes dans le rail ont ete observes, ouvrant des perspectives de generalisation du modele vibratoire utilise.