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Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique Pierre Aumond 19 mai 2010 Séminaire de clôture OR LCPC 11M061 Séminaire de clôture OR LCPC 11M061 Directeur de thèse : M. Bérengier Encadrants : LCPC : B. Gauvreau Météo France : C. Lac / V. Masson

Modélisation numérique de l’influence de la …media.lcpc.fr/ext/pdf/sem/2010_cloture_OR_11M061/24_Aumond_TLM... · Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de

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Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la

propagation acoustique

Pierre Aumond19 mai 2010

Séminaire de clôture OR LCPC 11M061Séminaire de clôture OR LCPC 11M061

Directeur de thèse : M. BérengierEncadrants :

• LCPC : B. Gauvreau• Météo France : C. Lac / V. Masson

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

ProblématiqueProblématique

Introduction

Niveau Sonore(dB)

Fréquence (Hz)

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Effets de la météorologie ?

Le bruit routier est une source de gêne(54% des français de déclare gênés par le bruit

extérieur INSEE)

- Approfondir les connaissances sur l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

- Améliorer les performances du modèle Meso-nH àtrès fine échelle

- Quantifier la variabilité spatio-temporelle du champ acoustique en milieu extérieur

- Alimenter le travail normatif

- Améliorer la prise en compte des paramètres micro-météorologiques dans les modèles de propagation acoustique (temporels !)

Enjeu : modéliser la propagation acoustique en milieu extérieur

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

ProblématiqueProblématique

Introduction

Niveau Sonore(dB)

Fréquence (Hz)

> 50 m de la sourceGrande variabilité du niveau sonore due aux conditions

atmosphériques (T et V)

> 50 m de la sourceGrande variabilité du niveau sonore due aux conditions

atmosphériques (T et V)

Niveau Sonore(dB)

Fréquence (Hz)

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Représentativitéspatiale et

temporelle ?

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Sommaire

• Introduction

• Micro-Météorologie• Présentation théorique• Cas d’études• Développements dans Méso-NH• Résultats

• Acoustique• Présentation de la TLM• Résultats préliminaires

• Conclusion et perspectives

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Couche limite atmosphérique – infos gen.Couche limite atmosphérique – infos gen.

Eléments théoriques

Température

Alti

tude

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Couche limite atmosphérique - jourCouche limite atmosphérique - jour

Eléments théoriques

Température

Jour

Alti

tude

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Couche limite atmosphérique - nuitCouche limite atmosphérique - nuit

Eléments théoriques

Température

Jour

Nuit

Alti

tude

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Méso-NHMéso-NH

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Utilisation de l'outil de modélisation : Méso-NH

L’étude de la propagation acoustique nécessiteune bonne représentation de la couche limite

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

PrésentationPrésentation

Cas d’étude

Lannemezan 2005Lannemezan 2005 Station de long terme de St Berthevin

Station de long terme de St Berthevin

• Topographie simple

• Source à amplitude constante

• Période d’observation courte (3 mois dont 3 semaines d’observations intenses)

• Système de mesures important

• Station Météo-France proche (Campistrou)

• Topographie complexe

• Sources réelles (route, voie de chemin de fer)

• Période d’observation très longue (sur plusieurs années : « monitoring »bruit/météo/trafic)

• Site expérimental important (LCPC Nantes + CECP Angers + LRPC Blois)

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Configuration utilisée - LESConfiguration utilisée - LES

Cas d’étude

• Grid-nesting : – 50 m, 10 m et 2 m de résolution– Zones de 10 km², 2 km², 500 m²

• 1 m de résolution verticale sur les plus bas niveaux (28 niveaux dans les 50 premiers mètres)

• Initialisation à l'aide :

(> 60 m) Des données d’analyse Arpège

(< 60 m) Observations sur site – mat météo : 1, 3, 10, 60m

Méso-NHMéso-NH

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Configuration utilisée - LESConfiguration utilisée - LES

Cas d’étude

• Grid-nesting : – 50 m, 10 m et 2 m de résolution– Zones de 10 km², 2 km², 500 m²

• 1 m de résolution verticale sur les plus bas niveaux (28 niveaux dans les 50 premiers mètres)

• Initialisation à l'aide :

(> 60 m) Des données d’analyse Arpège

(< 60 m) Observations sur site – mat météo : 1, 3, 10, 60m

Méso-NHMéso-NH

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Des arbres dans Méso-NH (théorie)Des arbres dans Méso-NH (théorie)

Méso-NH

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Longueur de rugosité

Approches

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Des arbres dans Méso-NH (théorie)Des arbres dans Méso-NH (théorie)

Méso-NH

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Longueur de rugosité Force de traînée

Approches

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Méso-NH

Introduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NH

Des arbres dans Méso-NH (quantitatif)Des arbres dans Méso-NH (quantitatif)

*S. DUPONT ET Y. BRUNET, 2008 et R.H. SHAW ET AL.,1988.

u/uh u’w’/u’w’h (σu ,σv ,σw)/u’w’h

(tke, tkesm)/tkeh (Sku, Skw) (Ktu, Ktw)

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Méso-NH

U=18,5 m.s-1 U=18,5 m.s-1

0

8

6

3

Vitesse du vent (m.s-1)

Introduction Météorologie Acoustique Conclusion

Des arbres dans Méso-NH (cas d’étude)Des arbres dans Méso-NH (cas d’étude)

Roughness approach

Drag Force approach

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Des arbres dans Méso-NH (cas d’étude)Des arbres dans Méso-NH (cas d’étude)

Méso-NH

Roughness approach

AVEC

Temps (sec.)

Evolution temporelle de la vitesse du vent a 10msur le site de Lannemezan

avec et sans la prise en compte de l’effet de trainée des arbres

Drag Force approach

Introduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Météorologie Acoustique Conclusion

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Conclusions intermédiairesConclusions intermédiaires

Résultats

3 expériences sur le site de Lannemezan 2005, l'outil de modélisation Méso-NH

• Cas standard - le 16/06/05 à 2h et le 17/06/05 à 14h : Simulations en accord avec exp.

• Cas fortement stable – le 03/07/05 à 2h :Turbulence trop importante

3 expériences sur le site de Lannemezan 2005, l'outil de modélisation Méso-NH

• Cas standard - le 16/06/05 à 2h et le 17/06/05 à 14h : Simulations en accord avec exp.

• Cas fortement stable – le 03/07/05 à 2h :Turbulence trop importante

Introduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Météorologie Acoustique Conclusion

Introduction de la force de traînée des arbres dans Méso-NHarticle en cours de rédaction

Introduction de la force de traînée des arbres dans Méso-NHarticle en cours de rédaction

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Partie AcoustiquePartie Acoustique

Introduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Météorologie Acoustique Conclusion

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Transmission Line MatrixTransmission Line Matrix

Acoustique – TLM*

Introduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Météorologie Acoustique Conclusion

*G. GUILLAUME : Thèse au LCPC, 2009

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Cas idéalCas idéal

Couplage Meso-NH/TLM

Introduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Météorologie Acoustique Conclusion

Cas homogèneSol plan parfaitement rigide

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Cas idéalCas idéal

Couplage Meso-NH/TLM

Introduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Météorologie Acoustique Conclusion

Cas homogèneSol plan absorbant

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Cas idéalCas idéal

Couplage Meso-NH/TLM

Introduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Météorologie Acoustique Conclusion

Cas hétérogène(Gradient de vent volontairement forcé)

Sol plan absorbant

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Cas idéalCas idéal

Couplage Meso-NH/TLM

Introduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Météorologie Acoustique Conclusion

Cas hétérogène(Gradient de vent volontairement forcé)

Sol plan absorbant

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Résultats préliminairesRésultats préliminaires

Couplage Meso-NH/TLM

Coupe verticale sur la ligne de propagation n°1 de Lannemezan 2005

Introduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Météorologie Acoustique Conclusion

50 m

0 m 200 m

Vent

Pierre Aumond Modélisation numérique de l’influence de la météorologie sur la propagation acoustique

Conclusions

• Météorologie :- Implémentation de l’effet de trainée des arbres

article en cours de rédaction…- Bon accord simulations-mesures pour « Lannemezan 2005 »- Premières simulations pour la Station de Long Terme

en cours …

• Couplage avec le modèle acoustique TLM*

• Météorologie :- Implémentation de l’effet de trainée des arbres

article en cours de rédaction…- Bon accord simulations-mesures pour « Lannemezan 2005 »- Premières simulations pour la Station de Long Terme

en cours …

• Couplage avec le modèle acoustique TLM**P. AUMOND ET COLL.: Couplage d’un modèle

numérique météorologique avec le modèle numérique de propagation acoustique TLM -Congrès français d’Acoustique, Lyon 2010

Introduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Théorie Résultats ConclusionCas d’étude Méso-NHIntroduction Météorologie Acoustique Conclusion

Merci de votre attention

«Néanmoins le bruit des cataractes de l’Orénoque s’entend à Aturès (à plus d’une lieu) avec trois fois plus de force la nuit que le jour. »

R. Radau - 1867

Pierre Aumond19 mai 2010

Séminaire de clôture OR LCPC 11M061Séminaire de clôture OR LCPC 11M061