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Groupe n° 30 Année scolaire 2004-2005 GAUCHON Jonathan 1°année de classes MOREL Paul préparatoires à CPE Lyon POULAT Simon 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 :

Io =10 -12 W.m² : seuil d’audibilité minimal. I : intensité du bruit en W.m-2 - Quelques exemples : -.Réacteur d’avion à quelques mètres : 130 dB -.Seuil de douleur : 120 dB -.Discussion à voix basse : 25 dB

I (dB) = 10 x log I Io

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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 ).

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

Nacelle

Compresseur haute pression

Chambre de combustion Turbine basse pression

Turbine haute pression

Soufflante

Légende : Variations de la Température : Basses Hautes Températures 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.