Réduction de la pollution sonore au niveau des

Groupe n° 30
GAUCHON Jonathan
MOREL Paul
POULAT Simon
Année scolaire 2004-2005
1°année de classes
préparatoires à CPE Lyon
Professeur accompagnateur :
M. CHENEVAT
Réduction de la pollution sonore au niveau des
réacteurs d’avions
Introduction
Le trafic aérien mondial est en constante augmentation. Les bruits et nuisances qu’il
occasionne touchent aujourd’hui plus 3 millions de français, avec les conséquences sur la
santé qui en découlent.
La réduction de la pollution sonore est un défi lancé aux industriels et scientifiques.
Nous verrons à travers cet exposé par quels moyens y parvenir.
I / Le bruit des avions
a) Définition du bruit
- Les Bruits correspondent à l’ensemble des sons produits par des vibrations perceptibles par
l’ouïe.
- L’intensité sonore est la puissance surfacique transportée par l’onde sonore.
- L’intensité peut être mesurée en décibel à l’aide de la relation suivante :
I (dB) = 10 x log
- Quelques exemples :
I
Io
Io =10 -12 W.m² : seuil d’audibilité minimal.
I : intensité du bruit en W.m-2
-.Réacteur d’avion à quelques mètres : 130 dB
-.Seuil de douleur : 120 dB
-.Discussion à voix basse : 25 dB
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b) Les causes du bruit des avions.
On classe les bruits selon deux grandes
catégories :
1-.le bruit moteur dans lequel on
distingue :
-.le bruit de jet lié à l’expulsion des gaz à
l’arrière du moteur, ce qui génère des
turbulences au contact de l’air ambiant.
- le bruit des parties tournantes du moteur
- le bruit de combustion.
2- Le bruit dit aérodynamique qui
concerne les turbulences aérodynamiques
autour de l’avion c'est-à-dire les mouvements d’air créés par les parties extérieurs (volets,
trains d’atterrissage …..).Cette source de bruit est aussi importante que le bruit moteur,
notamment en phase d’atterrissage.
II/ Evolution du bruit des avion
a) Evolution temporelle
En 30 ans, la recherche et les progrès
technologiques réalisés sur les moteurs ont
permis de réduire d'un peu plus de 20 décibels
le bruit des avions à réaction. Ainsi, un avion
équipé de réacteurs conçus au début des
années 60 produisait un bruit équivalent à 125
Airbus A320. La zone exposée à un bruit de
85 dB(A) au décollage a été réduite de plus de
huit fois entre un avion des années 70 et un
avion des années 90.
b) Evolution technique
Les évolutions constatées sont dues à plusieurs
facteurs. Tout d’abord, de nouvelles
technologies de moteurs apparurent : les
moteurs à simple flux succédèrent aux
turbojets, puis les moteurs à double flux firent
leur apparition dans les années 1970. Ensuite,
les applications industrielles des technologies
de réductions sonores ont été mises en pratique
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sur les avions à réactions. Par exemple, des panneaux de réduction acoustique ont été installés
sur les avions. De plus, les formes et les pièces des avions ont été améliorées pour que la
résistance à l’air soit de plus en plus minime. En outre des réglementations strictes émanant
de l’union européenne ont contribué à la baisse de la pollution sonore.
III / Méthodes ayant permis une réduction du bruit
a) Généralités sur les réacteurs
- Principe de fonctionnement :
L’air pénètre par le rotor puis il subit une compression .L’air se dirige ensuite vers la chambre
de combustion où il se mélange au carburant pour produire une explosion qui libère une
grande quantité de gaz chauds .L’expulsion des gaz chauds sous pression assure la force de
poussée qui permet le déplacement de l’avion.
La force de poussée correspond au produit du débit d’air (Kg.s-1 ) et de la différence entre la
vitesse de sortie et la vitesse d’entrée de l’air(m.s-1 ).
Chambre de combustion
Compresseur
Turbine basse pression
haute pression
Soufflante
Turbine haute pression
Nacelle
Schéma d’un réacteur d’avion
b) Réacteurs double flux
- Principe de fonctionnement :
Lors du passage au niveau de la soufflante, une partie de l’air suit le trajet habituel et va dans
la chambre de combustion .Une autre partie de l’air est dirigée dans des conduits qui
entourent la chambre de combustion et les turbines, et ressort à l’arrière du réacteur en restant
à basse température.
- Les systèmes des réacteurs à double flux permettent une réduction du bruit émis par les
avions :
La partie de l’air entrant qui reste à basse température entoure les gaz chauds qui sortent de la
chambre de combustion pour se mélanger avec eux et abaisser leur température. Ainsi la
vitesse d’éjection des gaz chauds diminue, ce qui réduit le bruit du réacteur (qui est dû à la
vitesse d’échappement des gaz chauds).
Schéma représentant un réacteur à double flux et les différentes zones de températures de l’air
Légende :
Variations de la Température :
Basses
Températures
Hautes
Températures
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c) L’étude de matériaux utilisés a permis une réduction du bruit émis par les réacteurs.
- Actuellement les
tuyères d’avions agissent comme des instruments desquels sortent des sons : des recherches
sont effectuées sur les matériaux constitutifs des tuyères, qui absorberaient les sons et
répondraient aux contraintes mécaniques de l’appareil. Parmi eux, il existe des matériaux
poreux, d’autres rigides et métalliques.
- On s’intéressera également à la disposition de ces matériaux dans la tuyère : les panneaux
acoustiques pouvant alors avoir une forme de « nid d’abeille », de « sandwich » et comporter
un nombre défini de couches.
- Nous verrons les difficultés et la technologie nécessaire à leur réalisation, l’emploi de laser
étant parfois indispensable.
Conclusion
Piloté par le groupe SNECMA, et doté d’un budget de 110 millions d’euros, un grand projet
européen sur l’étude du bruit a vu le jour en 2001.Il vise à réduire le bruit de 4 à 6 dB d’ici
2010, même si techniquement cela devient de plus en plus difficile.
Autre exemple de coopération internationale : la soufflerie de l’ONERA, CEPRA 19, conçue
pour modéliser les flux d’air et en rendre l’étude plus facile.
Bibliographie
-Magazine : Air et Cosmos (hors série n° 2756 )
-Sites web :
www.aviation-civile.gouv.fr
www.onera.fr
http://www.senat.fr/rap/l98-204/l98-2043.html
www.snecma.fr
http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane
Remerciements
Nous remercions M.CHENEVAT pour nous avoir suivis tout au long de notre TIPE.
Nous remercions également M.ROMIEU de la SNECMA pour les quelques informations
qu’il nous a fournies.
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