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Personne n’avait entendu la ventilation dans la Volkswagen Coccinelle

En raison notamment de matériaux de construction légère et de moteurs de plus en plus silencieux, les bruits indésirables d’appareils ou de véhicules sont devenus de nos jours bien plus perceptibles. Depuis longtemps, de petites améliorations ne suffisent plus pour satisfaire aux exigences croissantes. Au lieu de quoi, les questions acoustiques seront examinées dès un stade de conception très précoce afin d’obtenir un développement rentable et un produit réussi. Chez P+Z Engineering GmbH, l’un des prestataires leaders allemands de services d’ingénierie, une équipe interdisciplinaire d’experts se consacre au thème de l’acoustique dès les phases précoces de conception et de développement. Pour arriver à supprimer les bruits ambiants, la simulation et les essais seront étroitement associés, de nouveaux outils de calcul créés pour l’aéroacoustique ou les caractéristiques acoustiques de nouveaux matériaux examinées.

Marinus Luegmair, ingénieur sénior en simulation acoustique et responsable du CoC (centre de compétences) Acoustique chez P+Z Engineering : « Entre-temps, les exigences que le client final et par-là les fabricants posent à l’acoustique de véhicules et de machines sont devenus très élevées. » La raison principale en est que chaque utilisateur peut percevoir et évaluer subjectivement les bruits, au contraire de l’évaluation de la sécurité d’un crash-test demandant déjà le savoir-faire d’un expert. En raison de moteurs de plus en plus silencieux, notamment les moteurs électriques, des sources de bruits jusqu’à présent couvertes passent brusquement au premier plan, selon Marinus Luegmair : « Dans la Volkswagen Coccinelle, par exemple, le ronronnement de la ventilation n’aurait dérangé personne car il était impossible de l’entendre. » De plus, les matériaux de construction légère (matériaux composites ou aluminium) définissant de nouveaux critères en termes de poids et de consommation pourraient poser problème pour le développement de bruits. Florian Seifferth, le responsable de groupe Calcul technique et simulation, faisant également partie de l’équipe de compétence, nous explique : « En acoustique, il est en général préférable d’avoir davantage de masse ; pour la construction légère, il est donc nécessaire de réévaluer les normes de construction précédentes et de trouver des solutions adaptées. »

Pour pouvoir répondre professionnellement à ce nouveau champ d’activité, s’élargissant sans cesse, chez P+Z Engineering, le prestataire de services d’ingénierie, nous misons sur l’interdisciplinarité : dans l’équipe noyau du CoC Acoustique, des spécialistes de tous les secteurs échangent leurs expériences englobant la simulation, les essais, la dynamique structurelle et la conception sonore afin d’arriver à une interaction du savoir-faire et des compétences des différents départements. Il est ainsi possible d’éviter des interfaces et les ruptures d’information y étant liées, ce qui permettra une réalisation plus rapide et simultanément plus complète de projets. Florian Seifferth rapporte : « Dans le cas d’une commande pour un fabricant de véhicules utilitaires, nous avions ainsi un écart d’un facteur 100 entre l’essai et la simulation. » « En général, on douterait longtemps des résultats et chercherait des erreurs ; mais au cours de la réunion d’équipe, il a été nous rapidement constaté que pendant l’essai, les capteurs se trouvaient sur des poutres spéciales. Une fois nos calculs modifiés en conséquence, les données étaient cohérentes. »

Suppression des bruits ambiants déjà en amont de la phase prototype

Dans la pratique des experts en acoustique, l’un des problèmes principaux est la prévention des bruits ambiants, les bruits indésirables étant en général liés à une qualité médiocre et pouvant dévaloriser le produit. Vouloir éliminer de tels problèmes peu avant la production en série résulte normalement dans des coûts élevés pour les modifications de l’outillage et les remises à niveau. Le seul équipement en aval d’une portière de voiture claquant par un feutre d’isolation phonique se traduirait par des surcoûts annuels de l’ordre de 1,6 millions d’euros pour 150 000 portières. Pour éviter de tels désagréments, l’acoustique devrait être examinée dans une phase précoce du développement, de préférence en amont des premiers prototypes. Daniel Plum, responsable de groupe chez P+Z Engineering, dans le CoC Acoustique et également responsable de l’encadrement des essais/projets : « Notre approche interdisciplinaire nous permet ici d’associer étroitement la simulation et les essais et de communiquer à temps nos retours aux constructeurs. »

Si nous voulons ainsi réduire l’épaisseur d’une paroi, la simulation permet de projeter différentes variantes et de les évaluer ; mais un essai classique est toujours nécessaire afin de valider les résultats obtenus. La mise en relation de ces deux secteurs de développement à simultanéité temporelle souvent différente offre l’avantage de pouvoir examiner dans une phase précoce toute modification, mais aussi des problèmes géométriques liés au processus : Daniel Plum : « Dans des processus internes de peinture, les caisses en blanc seront ainsi immergées dans un bain (KTL : peinture par trempé cataphorèse). Pour favoriser un revêtement convenable, mais aussi l’évacuation finale des résidus, des avant-trous ont été pratiqués dans la carrosserie, qui, au cours du développement ultérieur des véhicules, entraîneront des problèmes acoustiques devant être résolus. »

Agencement sonore en fonction des besoins et de la sensation d’utilité

Un autre champ thématique, relativement récent se consacre à la psychoacoustique et à la conception sonore. En raison de la technique devenant de plus en plus silencieuse, les questions de savoir quels bruits sont perçus par l’utilisateur, comment réussir à objectiviser les impressions et peut-être même quels sont les sons attendus prennent de plus en plus d’importance pour les fabricants, et pas seulement pour ceux de l’industrie automobile. Daniel Plum nous explique : « Entre-temps, le segment du gros électroménager se penche aussi sur la conception sonore. S’il n’entend aucun clic en mettant sa machine à laver en marche, l’utilisateur peut se sentir insécurisé et avoir des doutes sur la fiabilité et/ou la valeur de l’appareil. »

En fonction de la situation, les experts en acoustique développent donc aussi des stratégies visant à créer artificiellement des bruits. À l’aide d’évaluations psychologiques, il est alors possible de trouver un spectre acoustique agréable, adapté au domaine d’application et répondant aux attentes du client.

Perspectives d’avenir : nouveaux champs acoustiques et nouveaux matériaux

Chez P+Z Engineering, les spécialistes en acoustique sont en train de s’engager de surcroît fortement dans le domaine de l’aéroacoustique, c’est-à-dire l’examen de bruits d’origine aérodynamique. Ce domaine jusque-là principalement traité au niveau universitaire ne vient d’éveiller que maintenant l’intérêt du secteur industriel. Ce thème étant très nouveau, il a fallu d’abord développer des méthodes menant au but. Marinus Luegmair, le responsable du CoC : « Des essais en soufflerie seraient très coûteux, la raison pour laquelle la simulation est le moyen de prédilection. » « Mais dans ce cas, les calculs d’écoulement doivent être plus exacts à plusieurs puissances de dix près que pour d’autres applications. Pour avoir des temps de calcul restant encore acceptables, nous examinons en ce moment dans quelle mesure, il serait possible d’utiliser des approximations et quels sont les aspects pouvant éventuellement ignorés. » Des premiers projets sont déjà en cours : nous avons ainsi établi une simulation MFD de tout un véhicule permettant de l’évaluer dans son état actuel de développement et d’en déduire des améliorations. 

Et nous travaillons parallèlement à l’intégration de nouveaux matériaux. Dans ce cadre et dans celui d’une coopération étroite entre le CoC Acoustique et les rondes d’experts P+Z Composites et intérieur, des ingénieurs optimisent ainsi acoustiquement un élément en PRFC ou établissent des cartes matériau sur les réactions de diverses substances entre elles. Florian Seifferth résume : « Cette mise en réseau de savoir-faire nous permet aussi de proposer des solutions complètes, au lieu de ne couvrir que des aspects partiels. » Dans des exposés internes ainsi qu’en collaboration avec des instituts supérieurs et des universités de Munich et d’Ingolstadt, les connaissances et expériences acquises seront en outre transmises à des collaborateurs et à des étudiants afin de recruter la relève d’ingénieurs en l’intéressant au thème polyvalent de l’acoustique. 

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