Ingénierie Auto (2)
Vibroacoustique

Visitez notre boutique !

NVH et dbAAu sein de chaque constructeur automobile, on trouve toujours un département nommé NVH pour "Noise Vibration Harshness", soit "Bruit, vibrations et rudesse" (ou rugosité aussi).
Ce département a pour objectif de trouver les moyens d'améliorer tout ce qui touche aux vibrations et aux émissions sonores par conséquent (pour ces dernières, que cela soit pour les passagers ou vis-à-vis de l'environnement externe).

Il ne faut pas croire cependant que ce département opère seul dans son coin, tout au contraire. Il est contraint de travailler avec des divisions dits "Projets" ou "Synthèse"» afin que les orientations techniques choisies restent en correspondance avec tous les autres aspects qui vont conduire au véhicule final.

On perçoit facilement les grands progrès accomplis en matière acoustique lorsqu'on compare simplement la fermeture d'une portière d'une voiture récente avec une voiture d'il y a 30 ans.

Concernant la pollution sonore, en seulement 35 ans, les constructeurs ont trouvé les moyens afin qu'une voiture émette pratiquement 85 % de moins de bruit aujourd'hui (gain de 8dbA depuis 1970).

Il s'agit d'une échelle logarithmique qui reflète bien à la perception de l'oreille humaine. Selon cette échelle, une baisse de 3dBA correspond à peu près à une sensation perçue de 2 x moins de bruit.
Ce gain a néanmoins été amoindri par le fait qu'il y a davantage de voitures et qui parcourent davantage de distance dans le même intervalle de temps (une étude anglaise montre que le trafic s'est accru de 73% entre 1980 et 2002). En effet, les normes acoustiques européennes sont passées de 82 dbA à 74 dbA pour les moteurs à essence durant cette période.

Les automobilistes sont très sensibles à l'impression de confort ressentie dans un véhicule et les bruits et vibrations sont un élément fondamental de cette impression.

Sources en généralIl faut savoir que la source de bruit principale dépend de la vitesse du véhicule et de si l'on se positionne à l'intérieur ou à l'extérieur du véhicule.

Par exemple, pour un observateur extérieur, ce dernier entend principalement le moteur du véhicule à basse vitesse. Puis, à vitesse moyenne (vers 50 km/h), le bruit dit « de roulement », c'est-à dire des pneus prend aussi de l'importance. A haute vitesse (sur autoroute par exemple), le bruit principal émis vers l'extérieur est de nature aérodynamique.

Il faut donc s'attaquer à toutes ces sources afin que le confort vibratoire et acoustique soit permanent quelles que soient les conditions d'utilisation du véhicule.
Le souci pour les ingénieurs, c'est qu'en réduisant fortement une source de bruit, c'est souvent une autre source de bruit (originellement masquée par la première) qui devient à son tour prédominante et qu'il faut réduire sans que la précédente revienne. Un  vrai casse-tête  !

Dans l'habitacle, c'est le bourdonnement qui est d'abord le plus gênant pour les utilisateurs.
Il correspond aux basses fréquences (20 → 200 HZ). Ce son peut devenir très gênant. Il est typiquement généré lorsque les moteurs 4 cylindres de nos véhicules arrivent à haut régime. Les ingénieurs ont donc placé sous le vilebrequin des arbres d'équilibrage (2 petits arbres entraînés par le vilebrequin) qui tournent en sens inverse l'un de l'autre qui servent à annuler, par opposition de phase, l'harmonique moteur responsable du phénomène.
Il existe aussi le bruit de grondement aux fréquences un peu plus élevées (200 → 350 Hz).

On peut distinguer 4 principales sources de bruits :

On va regarder maintenant en détail chaque catégorie de sources de bruit du véhicule.

Sources en détailEn général, pas d'innovation majeure dans ce domaine mais plutôt une très bonne utilisation des matériaux et de leurs placements ainsi qu'une optimisation du bloc moteur.

MOTEUR
En effet, les ingénieurs s'efforcent en premier lieu que le moteur vibre le moins possible, en tout cas aux régimes les plus usités (vous avez remarqué combien votre moteur fait vibrer tout l'habitacle lorsque vous démarrez en seconde , soit en émettant de très basses fréquences ?). Pour ce faire, ils réalisent déjà de nombreux réglages pour que le moteur tourne le plus harmonieusement possible.

Les ingénieurs doivent déjà faire attention à l' « acyclisme » qui caractérise nos moteurs au mouvements linéaires. En effet, le mouvement des pistons est vertical et il est converti par un vilebrequin en mouvement rotatif. Ce phénomène est susceptible de se propager tout le long de la chaîne cinématique (embrayage, boîte de vitesses etc.).

De manière similaire existe un filtre entre le moteur et la boîte de vitesse : le « volant amortisseur » qui évite que la boîte subisse trop les variations du couple moteur.

Ensuite, ils sont obligés de "découpler" le moteur de l'habitacle. Pour ce faire, le bloc moteur est posé sur des plots isolants et amortissants, sortes de tampons de caoutchouc suffisamment rigides cependant pour résister aux contraintes mécaniques (poids et mouvements du bloc selon les régimes moteurs). On les appelle souvent « silent blocs ».

Pour certains principaux modes résonants de la caisse qui pourrait être excités par certains passages de régime du moteur, on a la solution des masselottes accordées (ou "lames vibrantes"). Cette solution est très efficace mais lourde et relativement encombrante.

De nombreuses autres solutions encore marginales sont prometteuses comme des systèmes actifs. Si tout cela vous est étranger ou flou, nous vous conseillons d'aller lire notre dossier sur la résonance ; cela ne pourra que vous passionner, croyez-moi.

ROULEMENT
Il s'agit du bruit largement dominant et ce assurément dès que la vitesse dépasse 50 km/h. Les pneus munis de sculptures (les motifs) sur leur surface roulante ont représenté une avancée décisive pour pouvoir rouler sous la pluie sans trop de danger (à 100 km/h, le pneu doit être capable d'évacuer 5l/s) .
Par temps sec par contre, ces sculptures sont d'aucune utilité et favorise grandement le bruit de roulement. Voici en gros le mécanisme à l'oeuvre. 3 types de vibrations solidiennes (se propageant par contacts entre solides et ne faisant pas intervenir l'air) sont identifiées.
Il faut distinguer également le bruit émis par la jante et le pneu : chacun possède ses caractéristiques qui interagissent.

Maintenant, d'autres phénomènes se propagent de manière purement aérienne (à travers l'air)

Par conséquent, Le bruit de roulement provoque des émissions sonores de moyenne fréquence (entre 200 et 700 Hz) qui se propagent de manière aérienne. Les fabricants de pneus ont donc réalisé des recherches afin de trouver des sculptures qui évitent que le bruit engendré ne se propage à la caisse.

ECHAPPEMENT
Enlever le pot d'échappement et vous verrez combien la voiture devient bruyante.

Reste que le pot est théoriquement un véritable tuyau d'orgue. Les ingénieurs ont donc bien fait en sorte qu'il n'y ait presque jamais d'excitation de type résonante et suspendent également le pot avec des suspensions amortissantes placés judicieusement aux noeuds des modes résonants de cette structure.

AERODYNAMIQUE
Il existe de nombreuses sources de pression fluctuante engendrant des émissions sonores. Les rétroviseurs, toits ouvrants, l'antenne de toit etc. sont des classiques. Toutes les modifications de trajet de fluide (l'air ici), surtout brutales créent des tourbillons. Les acousticiens travaillent donc de pair avec les aérodynamiciens pour trouver des solutions adéquates.
C'est le domaine dit « aéroacoustique ».

A présent, on va distinguer différentes méthodes de réduction sonore connues de tout acousticien.

Vous voulez en savoir davantage ? : allez à la » » » » page suivante