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2021LYSEI082THESE de DOCTORAT

opérée au sein de lINSA de Lyon

Ecole Doctorale N° 162

Mécanique Energétique Génie Civil - Acoustique Spécialité discipline de doctorat : Acoustique

Soutenue publiquement le 30/11/2021, par :

Florent Dumortier

Principle of vibroacoustic subtractive

modelling and application to the prediction of the acoustic radiation of partially coated submerged cylindrical shells

Devant le jury composé de :

Ouisse, Morvan Professeur, FEMTO-ST, ENSMM Président Guasch, Oriol Professeur, La Salle, URL Rapporteur Kessissoglou, Nicole Professeure, UNSW Rapporteure Audoly, Christian HdR, Naval Group Research Examinateur Maxit, Laurent Maître de Conférences HdR, INSA Lyon Directeur de thèse Meyer, Valentin Docteur, Naval Group Research Co-encadrant

Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2021LYSEI082/these.pdf

© [F. Dumortier], [2021], INSA Lyon, tous droits réservés

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© [F. Dumortier], [2021], INSA Lyon, tous droits réservés Département FEDORA - INSA Lyon - Ecoles Doctorales

NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE

CHIMIE CHIMIE DE LYON

Sec. : Renée EL MELHEM

Bât.

Blaise PASCAL, 3e étage

secretariat@edchimie-lyon.fr M.S téphane DANIELE C2P2 -CPE LYON-UMR 5265

Bâtim

ent F308, BP 2077

43 Boulevard du 11 novembre 1918

69616 Villeurbanne

directeur@edchimie-lyon.fr

ÉLECTRONIQUE, ÉLECTROTECHNIQUE,

Sec. : Stéphanie CAUVIN

Bâtim

ent Direction INSA Lyon

Tél : 04.72.43.71.70

secretariat.edeea@insa-lyon.frM.P hilippe DELACHARTRE IN S

A LYON

Labo ratoire CREATIS

Bâtiment Blaise Pascal, 7 avenue Jean Capelle

69621 Villeurbanne CEDEX

Tél : 04.72.43.88.63

philippe.delachartre@insa-lyon.fr

ÉVOLUTION, ÉCOSYSTÈME,

Sec. : Sylvie ROBERJOT

Bât.

Atrium, UCB Lyon 1

Tél : 04.72.44.83.62

secretariat.e2m2@univ-lyon1.fr M.P hilippe NORMAND Uni versité Claude Bernard Lyon 1 UMR 5

557 Lab. d"Ecologie Microbienne

Bâtiment Mendel

43, boulevard du 11 Novembre 1918

69 622 Villeurbanne CEDEX

philippe.normand@univ-lyon1.fr

INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES-SANTÉ

Sec. : Sylvie ROBERJOT

Bât.

Atrium, UCB Lyon 1

Tél : 04.72.44.83.62

secretariat.ediss@univ-lyon1.fr Mme Sylvie RICARD-BLUM Ins titut de Ch imie e t Biochimie Mol éculai r sylvie.ricard-blum@univ-lyon1.fr

INFORMATIQUE ET MATHÉMATIQUES

Sec. : Renée EL MELHEM

Bât.

Blaise PASCAL, 3e étage

Tél : 04.72.43.80.46

infomaths@univ-lyon1.frM.H amamache KHEDDOUCI Uni versité Claude Bernard Lyon 1

Bât.

Nautibus

43, Boulevard du 11 novembre 1918

69 622 Villeurbanne Cedex France

Tél : 04.72.44.83.69

hamamache.kheddouci@univ-lyon1.fr

MATÉRIAUX DE LYON

Sec. : Yann DE ORDENANA

Tél

: 04.72.18.62.44 yann.de-ordenana@ec-lyon.frM.S téphane BENAYOUN Eco le Centrale de Lyon Labo ratoire LTDS

36 avenue Guy de Collongue

69134 Ecully CEDEX

Tél : 04.72.18.64.37

stephane.benayoun@ec-lyon.fr

MÉCANIQUE, ÉNERGÉTIQUE,

Sec. : Stéphanie CAUVIN

Tél

: 04.72.43.71.70

Bâtiment Direction INSA Lyon

mega@insa-lyon.frM.J ocelyn BONJOUR INS

A Lyon

Labo ratoire CETHIL

Bâtiment Sadi-Car not

9, rue de la Physique

69621 Villeurbanne CEDEX

jocelyn.bonjour@insa-lyon.fr ScSo*

Sec. : Mélina FAVETON

INSA : J.Y. TOUSSAINT

Tél : 04.78.69.77.79

M.C hristian MONTES

Un i versité Lumière Lyon 2 86 R
ue Pasteur

69365 Lyon CEDEX 07

christian.montes@univ-lyon2.fr

*ScSo : Histoire, Géographie, Aménagement, Urbanisme, Archéologie, Science politique, Sociologie, AnthropologieCette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2021LYSEI082/these.pdf

© [F. Dumortier], [2021], INSA Lyon, tous droits réservés

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© [F. Dumortier], [2021], INSA Lyon, tous droits réservés AbstractThe researchonthevibr oacousticbehavior ofcylindrical shellshasbeenof great interest in the industryforit sapplications inthenavaland aeronautics domains.The applicationof a coating onsubmer gedcylindricalshellsallows reducing thenoise radiatedand scatteredby the shelland ndsgr eatutility inthenecessityof acousticfurtivity andstealth ofsubmarine vehicles. Thecoatings appliedon underwaterstr uctures are viscoelasticmaterialsthatcan generally bedecomposed intotwo categories.Decoupling coatingsisolate thehull from the surroundingmedium andr educe theradiatednoisetoserveas apr otectionagainst passive sonars, whileanechoic coatingsserve asa protection againstactive sonarsby reducingthe acoustic scatteringfr omthehull. Iffullycoatedcylindrical shellshave beenintensively studied inth eliterature,few workscanbefound onparti allycoated cylindricalshells. Modelling thevibr oacousticbehaviorofsuch structur esmay beuseful forpredictingthe impact ofmissing coatingtiles, orfor studyingcylindrical shellswith severalkinds ofcoatings. Comparedto fullycoated cylindricalshells, theloss ofaxisymmetry inducedby thepartial coating leadsto acoupling ofthe circumfer entialor dersof thesubmergedshell,leading to prohibitivecalculation costsfor numericalmethods andan impossibility ofapplying classical semi-analytical methods. In thiswork, asubtractive modellingappr oachis developedto circumventthisissue. Itis based ona reverse formulationoftheCondensed Transfer Functionmethod, asubstr ucturing approachthat hasalr eadypr ovenitsabilityin dealingwithcomplexvibr oacoustic problems. Considering thissubtractive modellingappr oach,the partiallycoatedcylindrical shellcan be studied fromthemodel ofa fullycoated cylindricalshell, from whicha modelof themissing part ofthe coatingis removed. Thetheor eticalframeworkofthe methodis exploredfor1-D and 3-Dpr oblemsbeforebeing appliedtoanalyticalt estcases toevaluate theaccuracy of the method.Numerical errors arethenintr oducedinthemodels toexplor ethesensitivityof the methodto modelerr ors.Finally ,thesubtractivemodelling approachisapplied tothe practical caseof interest, whichisthepartially coatedcylindrical shell. i

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© [F. Dumortier], [2021], INSA Lyon, tous droits réservés RésuméLa recherchesurlecomportementvibr oacoustiquedes coquescylindriques estd'un grand intérêt dansun contexteindustriel, pourses applicationsdans lesdomaines navalet aéro- nautique. Ande limiterle bruit rayonnéet diffuséparles coques,et dans uncontexte de grandenécessité defurt ivitéacoustique etdediscrétiondes navires sous-marins,des revêtementspeuvent être appliquéssurlasurface dela coque.Les revêtements quel'on peut trouversur desstr uctures sous-marinessontdesmatériauxviscoélastiques quel'on peut

généralement séparerendeux grandescatégories. D'un côté,les matériauxde masquage

permettent d'isolerla coque résistantedumilieuenvir onnant,servant ainside protection face

aux sonarspassifs. D'unautr ecôté, lesmatériauxanéchoïquesont pourbut depr otégerle

sous-marin faceaux sonarsactifs enlimitant aumaximu mla réexiondes ondespr ovenant de l'extérieur.Sil'on peuttr ouverdans lalittératur edenombreuses recher chess'intér essant

aux coquescylindriques entièrement revêtues,peude travauxontétéef fectués surles coques

partiellement revêtues.Modéliserle comportementvibr oacoustiquede tellesstr uctures pourrait s'avérerutileande prédire l'impactdes zonesde revêtementmanquantes, oupour étudier descoques cylindriquesprésentant plusieurstypes der evêtementdif férents. Par rapport àune coqueentièr ementr evêtue,lapertede l'axisymétrieinduiteparle revêtement partiel entraîneun couplagedes ordr escir conférentielsdelacoqueen eau,cequiconduità des calculstrès lourds limitantlapossibilitéd'utiliser lesméthodes numériquesclassiques, tout enr endantimpossiblel'applicationdes méthodessemi-analytiques usuellementutilisées pour étudierles coquescylindriques. Dans cettethèse, uneappr ochede modélisationsoustractiveestdéveloppée ande remédierà cepr oblème. Ellesebasesuruneformulation inverséede laméthode des fonctions detransfert condensées(CTF ,Condensed TransferFunction),une approche de

sous-structurationayant déjàmontré sacapacité pourétudier etmodéliser dessystèmes

vibroacoustiquescomplexes. Grâceà cetteappr ochede modélisationsoustractive, unecoque cylindrique partiellementr evêtuepourraitêtre modéliséeen partantd'unmodèlede lacoque cylindrique intégralementr evêtue,auquelonenlèv eraitun modèlede lapartiemanquante du revêtement.Lespri ncipesthéoriques delaméthodesont dansu npr emiertemps explorés sur despr oblèmes1-Det3-D, avantd'êtr eappliqués àdes castests permettantd'évaluer

iiCette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2021LYSEI082/these.pdf

© [F. Dumortier], [2021], INSA Lyon, tous droits réservés l"efficacitéet laprécision dela méthode.Des erreurs numériquessont ensuiteintr oduites afin d"évaluerla sensibilitéde laméthode auxerr eursde modèle. Enfin,l"appr ochede modélisation soustractiveest appliquéeau casd"intérêt initial,corr espondantà lacoque cylindrique partiellementr evêtue.

N.B. :le manuscritétant rédigéen anglais,un résuméétendu enfrançais peutêtr econsulté en

annexe E. iii

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