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Num´ero d’ordre : 2010-02 Ann´ee 2010
`THESE
pr´esent´ee pour obtenir le titre de
´DOCTEUR DE L’ECOLE CENTRALE DE LYON
Sp´ecialit´e : Dynamique des structures
´Ecole Doctorale de M´ecanique de Lyon
par
Marie de ROCHAMBEAU
ANALYSE DES INTERACTIONS FLUIDE-STRUCTURE
´EN MOYENNES FREQUENCES
´SOUS CHARGEMENT AERODYNAMIQUE
Soutenue publiquement le 11 janvier 2010 devant le jury
MM. M. BEN-TAHAR, Professeur, UTC Rapporteur
J.F. DEU, Professeur, CNAM Rapp
M. ICHCHOU, Professeur, ECL Directeur
L. JEZEQUEL , ECL Co-directeur
P. LADEVEZE, Professeur, LMT Cachan Pr´esident
B. TROCLET, Senior expert, EADS Astrium Encadrant  Remerciements
Jevoudraisremerciertoutd’abordmesdirecteursdeth`ese,MohamedIchchouetLouisJ´ez´equel,
et mon encadrant chez EADS Astrium, Bernard Troclet, pour m’avoir propos´e ce travail de th`ese
et encadr´e pendant ces trois ann´ees. Je les remercie´egalement pour leur´ecoute et leur soutien qui
m’ont permis de surmonter les difficult´es rencontr´ees.
Je remercie ´egalement MM. Jean-Fran¸cois Deu et Mabrouk Ben-Tahar pour avoir bien voulu
rapporter mon m´emoire de th`ese, et M. Pierre Ladev`eze qui a pr´esid´e mon jury.
Je voudrais ensuite remercier Olivier Bareille, S´ebastien Besset et Gilles Robert pour leur
disponibilit´e et leur patience pour r´epondre a` mes — innombrables — questions. Un grand merci
´egalement a` Bastien Hiverniau, dont j’ai repris les travaux de th`ese et qui a beaucoup apport´e `a
mes travaux, que ce soit par son rapport de th`ese tr`es clair ou ses conseils avis´es.
Un grand merci `a l’´equipe D2S, pour les sorties au stade — que ce soit foot ou rugby — pour
les barbecues et les ’Waffle Day’, et sans qui le Buffet International n’aurait jamais vu le jour. Je
remercie tout particuli`erement Isabelle pour sa gentillesse et ses encouragements.
Finalement, je tiens `a remercier ma famille, et tout particuli`erement mes parents et ma soeur,
qui ont su me soutenir et m’encourager pendant ces trois ann´ees.
iR´esum´e
L’objectifindustrieldecetteth`eseestd’´etudierl’impactdel’environnementmoyennesethautes
fr´equences sur les lanceurs de missiles et de fus´ees. Ce champ acoustique est al´eatoire et large
bande et g´en`ere des vibrations `a l’int´erieur des lanceurs, qui peuvent d´et´eriorer les structures
et les ´equipements fragiles, notamment les composants ´electroniques des ´equipements embarqu´es
(premiers modes de vibration a` 200-500 Hz, situ´es dans la zone des moyennes fr´equences des
lanceurs). Il est n´ecessaire de r´ealiser un mod`ele num´erique du lanceur, afin de d´eterminer les
niveaux de vibrations se propageant dans les structures internes des lanceurs sur l’ensemble du
spectre fr´equentiel.
Dans le domaine des moyennes fr´equences, les m´ethodes par ´el´ements-finis ou ´energ´etiques —
´comme la SEA (Analyse Energ´etique Statistique) — ne sont ni efficaces ni pr´ecises. Une nouvelle
m´ethode est alors introduite : la m´ethode SEA-like. Cette m´ethode est d´eterministe et´energ´etique
-pourprendreencomptelecaract`ereal´eatoiredel’excitationetlesincertitudesdesparam`etresde
la structure - mais s’appuie´egalement sur des analyses basses fr´equences, comme l’analyse modale
ou par´el´ement fini. Cette m´ethode est donc valable sur des domaines fr´equentielles ou` la m´ethode
SEA ne peut plus ˆetre utilis´ee.
Dansunepremi`erepartie,unsyst`emecoupl´eplaque-cavit´esoumis`auneexcitationrain-on-the-
roof est´etudi´e.Cesyst`emea´et´emod´elis´eavectroism´ethodes:lam´ethodeSEA-likebas´eesurune
m´ethode par couplage modal - qui permet l’´etude des ´echanges ´energ´etiques en interaction fluide-
structure dans le domaine des moyennes fr´equences - la m´ethode SEA - qui permet de valider le
mod`eleSEA-likedans ledomainedeshautesfr´equences,- etenfinune m´ethodeSEA-likebas´eesur
une mod´elisation par´el´ements-finis du syst`eme coupl´e et qui permet la validation dans le domaine
des moyennes fr´equences.
Dans une deuxi`eme partie, la m´ethode SEA-like est ´etendue `a des cas de charges a´eroacous-
tiques. En effet, deux types d’excitations sont fr´equemment rencontr´ees dans le domaine de l’a´ero-
spatial et notamment dans l’´etude des lanceurs : l’excitation par bruit diffus, qui intervient lors de
la premi`ere phase de d´ecollage du lanceur et une excitation par couche limite turbulente, qui in-
tervient lors du vol atmosph´erique. Ces excitations sont appliqu´es au syst`eme coupl´e plaque-cavit´e
et mod´elis´es avec la m´ethode SEA-like. Pour ce faire, les diff´erentes excitations a´eroacoustiques
sont assimil´ees a` des excitations delta-corr´el´ees ´equivalentes. Les caract´eristiques de l’excitation
apparaissent alors dans le vecteur de puissance inject´ee et la mod´elisation SEA-like du syst`eme
proprement dit est ind´ependante du type d’excitation. La m´ethode SEA-like est ainsi directement
g´en´eralisable `a diff´erentes excitations. Ces mod`eles sont valid´es par comparaison avec des mod`eles
connus d’excitations a´eroacoustiques.
Mots cl´es : Moyennes fr´equences, Interactions fluide-structure, Excitations al´eatoires large
bande, Excitation par couche limite turbulente, Bruit diffus, SEA, SEA-like, Excitation rain-on-
the-roof
iii