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Spécial “ CFM 2007 ”
Acoustique
&
Techniques n° 50
Modélisation de la propagation acoustique à moyenne distance du bruit des trains à grande vitesse
les profils moyens de température et de vent, ainsi que la
direction du vent dans l’atmosphère. À partir des mesures
de température et de vitesse de vent à 2 et 10 mètres
de hauteur, ces profils peuvent être estimés à l’aide de la
théorie de la similitude, dont les principaux paramètres sont
la vitesse de friction u* et l’échelle de température θ*. La
théorie de la similitude est valide dans la couche de surface
de l’atmosphère, à condition que le sol soit suffisamment plat
et homogène (Stull, 1988). En effet, les relations de similitude
sont valides pour des hauteurs comprises entre -2LMO et LMO,
avec LMO l’échelle de Monin-Obukhov. Trois profils estimés à
différents moments de l’après-midi du 26 mai sont tracés
sur la figure 3 ; les paramètres u*, θ* et LMO associés à
ces profils sont également donnés. On observe que le profil
de température près du sol change notablement, avec un
gradient de température qui passe de négatif à positif entre
15h17’ et 18h31’.
Pour ces trois profils, l’échelle de Monin-Obukhov est
supérieure à 200 mètres en valeur absolue. Les relations de
similitude sont donc valides jusqu’à des hauteurs importantes,
largement suffisantes pour la propagation du son sur des
distances inférieures au kilomètre. Ces fortes valeurs de LMO
correspondent à une atmosphère neutre, où les effets de
cisaillement dominent les effets de convection.
Modèle de propagation du bruit de TGV
Le calcul du niveau de pression au récepteur se déroule en
deux étapes : caractérisation de la source et propagation
acoustique. Les modèles prédictifs existants considèrent le
train comme une source linéique ou comme un ensemble de
sources ponctuelles (van Leeuwen, 2000). La source linéique
est couramment utilisée pour modéliser le bruit de roulement,
correspondant au contact roue/rail (Rathe, 1977 ; Kurzweil
et al., 1979 ; Ringheim, 1988). Les sources ponctuelles sont
généralementmieux adaptées pourmodéliser les autres sources
de bruit (bruit de traction, bruit d’origine aérodynamique), car
ces sources ne sont généralement pas réparties uniformément
le long du train (Kurzweil et al., 1979 ; Ringheim, 1988). Dans
cette étude, on s’intéresse aux TGV circulant à des vitesses
de l’ordre de 300 Km/h. La contribution des sources de bruit
aérodynamique du TGV est importante à ces vitesses (Mellet
et al., 2006), c’est pourquoi une modélisation par un ensemble
de sources ponctuelles est choisie. La figure 4 présente la
géométrie et les notations utilisées par la suite. Le mouvement
du train est supposé rectiligne et uniforme.
Dans le modèle présenté ici, le TGV est décrit par 31 sources
équivalentes, réparties en cinq catégories, comme le montre
la figure 5. Le bruit de roulement est modélisé par une source
équivalente pour deux roues. Les quatre autres types de
sources sont d’origine aérodynamique et correspondent à la
zone bogie, aux ventilateurs de refroidissement des moteurs
de traction, à la cavité du pantographe, et au pantographe.
Fig. 3 : Profils moyens de vent U et de température T estimés avec les relations de similitude à partir
des mesures à des hauteurs de 2 et 10 m (cercles). Ces profils correspondent aux passages de
TGV de 15h17’ (noir), 16h37’ (rouge), et 18h31’ (bleu).
Les paramètres u*, θ* et LMO associés à ces trois profils sont également donnés
Fig. 4 : Géométrie pour le modèle de sources
équivalentes et notations.