Techno
Avr 2019
Le public a beaucoup entendu parler d'astrophysique, un peu moins de physique nucléaire et encore moins de physique du solide. Mais s'il est un domaine, autant qu'une spécialité, qui reste un complet mystère à ses yeux, que dire, à ses oreilles, c'est bien l'acoustique ! A mi-chemin entre la science des matériaux et la mécanique des fluides, l'acoustique repose essentiellement sur la théorie des champs vibratoires, avec comme conséquence remarquable d'être "la" science qui explique les bruits, les sons et la musique... Jean-Pierre Dalmont, Directeur scientifique de Le Mans Acoustique, et chercheur au LAUM (Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans), nous reçoit pour une visite bien agréable dans l'univers des acousticiens...
Jean-Pierre Dalmont, Directeur scientifique de Le Mans Acoustique et chercheur au LAUM (Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans) nous présente la grande salle anéchoïque de l'Université. Cet outil construit en 1992 est devenu depuis lors un instrument de recherche très prisé par les chercheurs qui lui reconnaissent des qualités de premier plan. Les dièdres absorbants qui recouvrent les murs absorbent les sons et évitent les réflexions susceptibles de perturber les expériences. Lors de son fonctionnement les grilles qui tapissent le sol sont enlevées.
Jean-Pierre Dalmont nous avons eu le plaisir de visiter avec vous le laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans, le fameux "LAUM" qui attire de nombreux thésards venus de toute la France et de l'étranger, tout particulièrement pour sa chambre anéchoïque qui est une des toutes meilleures d'Europe. L'acoustique c'est la grande passion de votre vie ?
Jean-Pierre Dalmont : Je dirais que c'est l’une de mes deux passions en dehors de ma famille, l’autre étant la musique. Et c’est justement, comme 90% des acousticiens, l’amour de la musique qui m’a amené à l’acoustique. Résidant à Château-du-Loir, j’ai appris qu’il y avait un laboratoire d’acoustique déjà réputé au Mans. C’était au tout début des années 1980. C’est donc tout naturellement que j’ai fait mes études de physique, puis d’acoustique à l’Université du Maine qui est maintenant devenue « Le Mans Université ». J’y ai fait ma thèse de doctorat et après avoir été embauché comme maitre de conférences à Alençon, puis au Mans, j’ai naturellement continué à effectuer ma recherche au LAUM (Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans). Ma spécialité est l’étude et la mesure des "guides d’ondes acoustiques" dont les "instruments à vent" sont de dignes représentants. J’ai ainsi pu allier mes deux passions : la musique et l’acoustique!
En aval de la recherche fondamentale, le LAUM développe de nombreuses solutions technologiques pour de possibles industrialisations. Ici un bec de saxophone réalisé en polymère à l'aide d'une imprimante 3D sur la base d'un design synthétisé par ordinateur. Pour Jean-Pierre Dalmont, lui-même hautboïste et ancien musicien d'orchestre, ce prototype réalisé en collaboration avec le CTTM (Centre de Transfert de Technologies du Mans) pourrait bien former la base des accessoires utilisés par les instrumentistes des philharmonies du monde entier.
Le grand public, lorsque l'on évoque l'acoustique, pense toujours aux auditoriums et aux ingénieurs du son que l'on voit travailler pendant les concerts. Parfois il relie cette notion aux enceintes acoustiques, aux casques, aux ipod et aux instruments de musique eux-mêmes. Quels sont en fait les grands domaines de l'acoustique qu'il convient de connaître et plus généralement quel est le cursus des étudiants qui se formeront à cette spécialité?
Jean-Pierre Dalmont : Vous mentionnez un point essentiel, celui de la spécialité de la science acoustique. Mais j'y vois aussi deux questions en une : la science de l'acoustique d'une part et ce que l'étudiant doit en apprendre d'autre part... Venons-en en tout premier lieu à la science elle-même, aux grands domaines de l’acoustique. Rappelons que l’acoustique étant la science des sons, là où il y a des sons il y a du travail pour l’acousticien. Il y a d’abord les sons souhaités, dont l'essentiel concerne la musique. C'est ce que le public considère comme la partie noble, même si cela n’en fait pas le plus gros des débouchés, auquel on doit ajouter l’électroacoustique, la parole etc.. C’est donc la production sonore volontaire en général. Il y a ensuite les sons non souhaités qu’on appelle généralement les bruits. Les débouchés sont ici plus importants car ces bruits, il faut tenter de les réduire tout en prévenant aussi des dégâts qu’ils pourraient occasionner. Toutes les entreprises qui fabriquent des objets potentiellement générateurs de bruit sont concernées : les transports, l'électro-ménager, les outils, les machines de chantier, le chauffage, etc... Pour ce qui des dommages liés au bruit, cela relève plus de la médecine. Enfin, il y a le son utilisé en ingénierie, sans relation avec l’oreille, par exemple les ultrasons pour nettoyer des bijoux, faire des soudures, ou pour faire du contrôle non destructif, de l'échographie médicale ou encore les ondes pour mesurer la température. Par exemple la redéfinition du Kelvin repose sur une mesure acoustique - le fondateur du LAUM, Michel Bruneau a d’ailleurs amplement contribué à cette redéfinition. A cette ingénierie sonore on doit ajouter aujourd'hui des sujets en plein développement comme l'utilisation du son pour convertir de la chaleur en énergie mécanique ou encore générer du froid à partir d'une excitation acoustique avec comme application pratique le "frigo acoustique" que nous étudions au Mans. Le champ de l’acoustique est donc immense et c’est ce qui rend cette discipline si passionnante.
Au dela des applications musicales, l'acoustique propose de nombreuses solutions industrielles. Ici un banc de mesures acoustiques permettant de déceler d’éventuels défauts dans le métal d'un réservoir de gaz. Une alternative à la gammagraphie à prix beaucoup plus raisonnable. Ce type de mesures est très voisin de l'échographie médicale, grand succès de la science acoustique. L'appareil présenté ici avec ses transducteurs mobiles fixés au réservoir par des aimants est utilisé pour la formation des professionnels lors de stages.
Et maintenant, la deuxième question...
Jean-Pierre Dalmont : Pour le second aspect, donc les connaissances nécessaires pour travailler dans l’acoustique, je dirai pour simplifier que l'on peut faire soit des études universitaires soit des études d’ingénieur. A l’université du Mans on a tout cela : Licence d’acoustique, Master d’acoustique avec trois spécialités : Recherche, Electroacoustique (International Master Degree in Electroacoustics, soutenu par la fondation EMV), et Acoustique de l’Environnement, Transport, Bâtiment, Ville. Nous avons aussi une Licence professionnelle en Acoustique et Vibrations et une Licence en Contrôle Non Destructif. Enfin nous avons une école d’ingénieurs, l’ENSIM, avec une mention Vibration Acoustique Capteurs. Le Mans est le principal centre de formation en Europe pour l’acoustique.
Du labo au chantier il n'y a qu'un pas. Ici un modèle d'analyseur acoustique automatique monté sur des rouleaux permettant le contrôle des canalisations et des pipelines.
.
Si j'étais un jeune étudiant qui se destine à la lutherie et qui rêve de fabriquer des Stradivarius ou des Pleyel, me conseilleriez-vous d'avoir au départ une solide formation en acoustique scientifique ?
Jean-Pierre Dalmont : Si vous étiez un jeune étudiant qui se destine à la lutherie je vous inciterais à faire vos études à l’ITEMM, l’Institut Technoloqique Européens des Métiers de la Musique, qui se trouve aussi au Mans (juste en face du campus de l'autre côté de l'avenue Olivier Messiaen) et avec qui nous travaillons notamment pour faire profiter aux fabriquants d’instruments de musique des connaissances et des outils que nous développons au LAUM. Cet institut forme des facteurs et des réparateurs d’instruments sur quatre sections : Piano, Guitare, Accordéon et Instruments à vent. Ils ont également une section Commerce et une section Régie du son. Pas besoin d’arriver avec de solides connaissances en acoustique : l’acoustique fait partie du cursus !
Des études à la recherche, il n'y a bien sûr qu'un pas. Certains étudiants le franchiront. Quels sont aujourd'hui les grands domaines de recherche en acoustique dans lesquels ils devront choisir leur voie? Et particulièrement quels sont les thèmes de recherche proposés par le LAUM?
Jean-Pierre Dalmont : Les thèmes de recherche sont nombreux, presque infinis. Le LAUM est organisé en équipes qui elles-mêmes se divisent en opérations de recherche. La première équipe se consacre à l’Acoustique des Matériaux qui se décline en Acoustique et Mécanique des Matériaux poreux, Opto-acoustique et Ultrasons Laser, Acoustique des Milieux granulaires, et enfin Ultrasons. La seconde se consacre aux Transducteurs et se décline en, Thermo-acoustique, Capteurs et Actionneurs, Microsystèmes acoustiques, Traitement du Signal et Instrumentation, Systèmes embarqués. Enfin la dernière est dédiée aux Guides d’ondes acoustiques et aux Structures vibrantes. Elle se décline en Physique des Instruments de Musique, Vibroacoustique des Structures et Guides & Réseaux. Il faut en plus ajouter un axe transverse : Métamatériaux pour l’Audible et les Vbrations.
Parmi les applications de l'acoustique on trouve le gyroscope acoustique. Les réflexions du son sur les parois d'une cavité en rotation et leurs interférences sur un détecteur permettent de mesurer les vitesses de rotation. L'usage de ce phénomène ouvre la voie à des applications pour la navigation automobile, les drones et autres véhicules autonomes. Une alternative "à prix raisonnable" (là encore) aux gyroscopes mécaniques très fragiles et aux gyroscopes à optique Laser très couteux.
Quels sont les emplois et les entreprises que vos étudiants ont accrochés au sortir de l'Université du Mans pour ceux qui avaient suivi le cursus d'acoustique?
Jean-Pierre Dalmont : Nous diplômons plus de 100 étudiants par an. Difficile donc d’en faire une liste exhaustive. Nos étudiants essaiment partout en France et dans le monde. Ils peuvent travailler comme techniciens spécialisés en acoustique et vibrations, comme ingénieurs R&D dans des start-up ou des grandes entreprises, ou encore dans des bureaux d’études. Certains vont créer leur propre entreprise et d’autres vont embrasser des carrières académiques : CNRS, Université en France et dans le monde,etc... Pour ce qui est des noms des entreprises qu'ils intègrent, c'est un peu lié à celles avec lesquelles nous faisons de la recherche en partenariat. On travaille avec à peu près toutes les entreprises du CAC 40 : Renault, PSA, Valéo qui a installé son labo d'acoustique au Mans, Faurécia, Safran avec qui nous avons une chaire industrielle, Thalès, Airbus... J'ai notamment travaillé avec une société qui s'appelle Interspace sur les tests de résistance aux ondes sonores des satellites. On travaille aussi avec pléthore de PME. On a notamment créé un LabCom avec une entreprise qui s'appelle ACOEM.
Banc de démonstration de thermo-acoustique. Lorsqu'un haut-parleur (situé à gauche sur cette image) envoie des sons dans un tube formant deux cavités séparées par un matériau poreux (ici de la laine de verre identifiable par sa couleur jaune) il s'établit une différence de température entre les deux cavités, ce qu'atteste les chiffres indiqués par les afficheurs à diodes rouges du banc d'essai. Sur ce simple démonstrateur une différence de 20° est aisément produite. Ce phénomène tout à fait étonnant est la base du "frigo acoustique" étudié au LAUM.
Nous avons visité ensemble votre grande chambre anéchoïque, de réputation internationale, ainsi qu'un duo de chambres contraires - une anéchoïque et l'autre réverbérante. Ces outils, on l'imagine, forment la base des recherches que vous menez avec les chercheurs du monde entier. Vous avez récemment reçu une délégation chinoise. Comment cela se traduit-il en termes de partenariats internationaux?
Jean-Pierre Dalmont : Aujourd'hui la recherche est internationalisée et c’est donc tout naturellement que nous collaborons avec les acousticiens de France et du monde entier. Pour favoriser ces liens nous avons créé avec le soutien de la Région Pays de la Loire le « Hub Acoustique » qui est un programme d’invitation de chercheurs étrangers de haut niveau à travailler avec les chercheurs du LAUM. Nous avons aussi établi dans le cadre du consortium Le Mans Acoustique dont je suis accessoirement le directeur scientifique (consortium également soutenu par la région Pays de Loire dans le cadre de sa politique d’intégration RFI – Recherche Formation Innovation) des liens privilégiés avec des laboratoires tels que le GAUS à Sherbrooke (Canada), l’Université de Valence (Espagne), le KTH de Stockholm (Suède), le LIGO du MIT (USA) et l’Université d’Ingénierie de Harbin (Chine). Ce dernier partenariat nous a amené à mettre en place un co-diplôme de Licence et à accueillir au Mans le second congrès Franco-Chinois d’acoustique organisé conjointement par les sociétés française et chinoise d’acoustique.
On connait certains grands succès de la recherche en acoustique tels que l'imagerie acoustique, très utilisée dans l'industrie lorsque la gammagraphie est impossible, ou pour du contrôle non destructif à prix raisonnable, et bien sûr son application à l'échographie pour un usage médical. Quels sont les autres grandes découvertes acoustiques pleines de promesses en termes d'utilisation? Il y a cette analyse par "renversement du temps" développée à l'école de Physique Chimie Industrielle de la Ville de Paris par Mathias Finck. De quoi s'agit-il?
Jean-Pierre Dalmont : Le retournement temporel est une méthode qui permet d’obtenir des résultats tout à fait étonnants. Le principe est simple : considérons une source qui envoie un signal sonore dans toutes les directions et que par ailleurs des récepteurs reçoivent ce signal et tous ses échos issus par exemple des multiples réflexions des ondes sur les murs. En remplaçant les récepteurs par des sources ou en utilisant des transducteurs réversibles et en renvoyant le signal renversé temporellement, les derniers échos étant envoyés avant les premiers, tous ces échos vont se retrouver en même temps sur la source de départ. Si on met assez d’énergie et si on utilise un nombre important de transducteurs on peut de la sorte concentrer une énergie sonore considérable sur la source et ceci sans connaissance a priori du milieu de propagation et sans utiliser de modèle physique. Il y a beaucoup d’application de cette méthode qui peut être utilisée par exemple pour détruire des calculs rénaux.
Banc de recherche du LAUM sur l'effet thermo-acoustique et son application au "frigo acoustique". Sur le présent dispositif deux hauts parleurs sont placés de chaque côté de la chambre qui contient un matériau poreux, ici des tubules (en blanc). Le frigo acoustique remplacera-t-il demain les radiateurs à "effet Peltier" ou les caloducs à sodium pour évacuer la chaleur des microprocesseurs de l'électronique grand public? Surclassera-t-il le refroidissement par désaimantation adiabatique utilisée dans les laboratoires de physique pour atteindre des basses températures ? Sera-t-il utilisé pour climatiser les automobiles? L'avenir de la recherche le dira...
D'autres "trouvailles", d'autres "découvertes" ? Vous m'avez montré un phénomène assez remarquable d'acousto-thermique... je ne sais si le terme est adéquat... De quoi s'agit-il ?
Jean-Pierre Dalmont : Il s’agit de ce qu’on appelle la" thermo-acoustique" qui traite des liens entre la thermique et l’acoustique. On peut ainsi créer des sons à partir d’une source de chaleur : on parle alors de "moteur thermo-acoustique". Ceci peut être utilisé comme je l’ai mentionné pour faire de la conversion d’énergie, c’est-à-dire récupérer de la chaleur perdue pour en faire de l’électricité. Les machines thermo-acoustiques sont aussi efficaces qu’un moteur de Stirling mais elles sont beaucoup plus simples à fabriquer car il n’y a pas de pièce mobile. Ces machines peuvent aussi être utilisées pour faire du froid avec l’avantage de n’utiliser ni gaz fluorés (CFC) ni moteur électrique : les ondes sonores remplacent le compresseur. Nous avons un programme de recherches sur le "frigo acoustique", avec notamment un banc d'étude permettant de tester divers matériaux et modéliser le phénomène. Nous avons aussi un démonstrateur de plus grande dimension qui démontre la possibilité de convertir de la chaleur perdue en électricité en passant par la génération d’une onde sonore. Ces machines peuvent aussi être utilisées pour faire de la musique comme le fait Jacques Rému (mécamusique).
Quelques fois les promesses n'aboutissent pas à une utilisation pratique. On pense aux haut-parleurs plats en polymères piézoélectriques ou encore aux haut-parleurs à plasma... On n'en entend plus parler... Des raisonsà cela ?
Jean-Pierre Dalmont : C’est toute la difficulté du transfert de technologie. Lorsque qu’une technologie est bien installée, il est difficile de la détrôner, même si elle est archaïque. C’est le cas du moteur à explosion que les ingénieurs ont poussé très très loin, même s'il reste une technologie du XIXème siècle. Pour les deux technologies que vous indiquez elles n'ont pas disparues. Il y a bien des hauts-parleurs plats mais leur usage reste discret. Et le haut-parleur à plasma il marche, mais son usage n'est pas très pratique et les cas où l'on aurait besoin d'une source ponctuelle (c'est à-dire-très petite par rapport à la longueur d'onde) sont finalement rares, même en recherche, donc l'usage là aussi est resté discret par rapport au bon vieux haut-parleur. Si on en revient au "frigo acoustique" que nous développons, je suis convaincu de la supériorité de cette technologie par rapport aux frigos à compresseur. Simplement, pour remplacer cette vielle technologie il faut fermer des usines et en reconstruire d’autres. Cela n’est pas sans risque et rares sont les investisseurs prêts à prendre ces risques, surtout en France. Il faut des personnes de la trempe d’un Dyson pour imposer ce type de rupture technologique.
Jean-Pierre Dalmont devant le démonstrateur "grandeur réelle" du récupérateur d’énergie thermique. Souhaitons à cette technologie mancelle un avenir radieux. Pour l'heure il constitue un bel antidote potentiel à l'effet de serre généré par les vitres du bâtiment de physique de l'Université du Mans, dont la réputation a traversé des générations d'étudiants et de chercheurs...
D'un point de vue plus pragmatique, que ce soit pour le développement industriel de solutions issues de la recherche ou encore pour un support en ingénierie comme par exemple des mesures de bruit en ville ou en entreprise, une structure dédiée qui serait plus orientée "conseil et ingénierie" est généralement nécessaire. Or je crois savoir qu'à l'Université du Mans il existe un centre dédié justements aux transferts de technologies, le CTTM. Proposent-ils des services liés à l'acoustique et si oui quels sont vos liens?
Jean-Pierre Dalmont : Le CTTM (Centre de Transfert des Technologies du Maine) fait partie du consortium Le Mans Acoustique dont je suis l’instigateur. Nous travaillons donc la main dans la main à promouvoir les innovations en acoustique dans tous les domaines. J’interviens assez régulièrement au CTTM comme expert dans mon domaine (les guides d’ondes) et d’ailleurs nous avons breveté ensemble un "Pont de mesure" de l’impédance acoustique de guides d’ondes (c’est-à-dire des tuyaux !) qui est maintenant utilisé dans le monde entier par des laboratoires et des fabricants d’instruments de musique. Pour ce qui est du bruit dans la ville, l’acoustique est devenue une préoccupation majeure au même titre que les autres formes de pollution. En particulier l’Europe a mis en place une cartographie sonore des principales villes et axes routiers qui est en passe d’être terminée. L’acoustique fait partie du cahier des charges des éco-quartiers. Pour tous ces sujets, notamment ceux concernant les mesures et la réduction des bruits urbains le CTTM et le LAUM savent travailler ensemble.
Le secteur automobile s'est toujours intéressé au bruit des véhicules et la pollution sonore est devenue si préoccupante aujourd'hui que la nouvelle soufflerie de Saint Cyr l'Ecole a justement été développée pour en mesurer les caractéristiques sur tous les véhicules nouveaux. Cela dit, si chacun peut constater lorsqu'il téléphone dans la rue que le niveau sonore est en effet trop élevé, qu'est-ce qui peut bien générer tout ce bruit sur un véhicule? Qu'elle en est l'origine? J'imagine que dans la ville des célèbres "24 Heures", les acousticiens doivent connaître tout cela sur le bout de l'auriculaire...
Jean-Pierre Dalmont : Tout à fait. Le bruit des automobiles est quelque chose de bien connu et très étudié, davantage d’ailleurs par les industriels que les chercheurs qui sont eux plutôt sollicités pour trouver les solutions. Le bruit des véhicules à basse vitesse est plutôt lié au moteur puis à des vitesses plus élevées intervient le bruit de roulement : l'air piégé entre le pneu et le sol claque comme avec un fouet, c'est ce qui génère une bonne partie du bruit chuintant que l'on entend dans la rue. Dans l’intérieur de l’habitacle à grande vitesse c’est le bruit aérodynamique qui prend le dessus. A contrario, un des thèmes actuels est celui des véhicules électriques dont le moteur ne fait quasiment pas de bruit. C’est là qu’intervient le "designer sonore" car il faut que ces véhicules soient entendus pour ne pas blesser les piétons. Vous trouverez dans le dernier numéro de "Le Mans notre Ville", un article sur la start-up mancelle Sound to Sight, créée par d'anciens des Beaux-Arts, qui fait des sons pour les voitures et qui vient de remporter un Prix. A ce propos il faut savoir que l’Ecole Supérieure des Arts et du Design TALM (Tours Angers Le Mans) forme au niveau Master au Mans des spécialistes du Design sonore. Et à ce titre l’ESAD TALM est un des membres du consortium Le Mans Acoustique.
Au
delà de la recherche, la mesure du bruit est un souci
majeur, dont la mesure dans l'environnement
urbain est déjà fort ancienne - même si elle est
devenue une nécessité de manière plus
contemporaine. Ici un vieux sonomètre Bruel & Kjaer
(société danoise) utilisé pour les mesures de son
dans les bâtiments et en
ville. Il en existe aujourd'hui des modèles miniaturisés
qui remplacent avantageusement cette pièce de musée que les
chercheurs du LAUM aiment à présenter au public lors des
opérations
"portes-ouvertes" du laboratoire.
<>Jean-Pierre Dalmont, nous avons eu le plaisir de visiter vos laboratoires et vous nous avez brossé un large tour de la "spécialité acoustique". Il n'est de bonne compagnie qui ne se quitte. En conclusion de notre entretien, quelle devrait-être la démarche d'une entreprise ou d'une société d'ingénierie conseil qui aurait besoin de vos services ? Doit-elle vous appeler au LAUM, prendre contact avec le CTTM ? Quid des stages et stagiaires et enfin quel peut-être votre mot final pour ceux qui se destinent à la recherche en acoustique, à un doctorat ?
Jean-Pierre Dalmont : Si une entreprise, un cabinet ou un bureau d'études souhaite nous contacter, le mieux est de se rendre sur le site de "Le Mans Acoustique" (http://www.lemans-acoustique.fr). A la rubrique contact, un formulaire permettra d’exprimer le besoin de l'entreprise. Ce besoin sera examiné et une réponse sera rapidement faite quoiqu’il arrive. Pour ceux qui ambitionnent de se lancer dans la recherche en acoustique, je dirai que là c’est la passion pour les questions difficiles qui doit les animer et forcément un certain goût pour le son. Il y a beaucoup à faire dans le domaine de l'acoustique, que ce soit dans les entreprises ou dans les labos. Quelque soit votre besoin n'hésitez pas à vous adresser à Le Mans Acoustique.
Propos recueillis par Bertrand Villeret
Rédacteur en chef
ConsultingNewsLine
Images :
B. Villeret 2018
Whoswoo :
Jean Pierre Dalmont
Pour info :
http://laum.univ-lemans.fr/fr/index.html
http://www.univ-lemans.fr/fr/index.html
Avr 2019
| Interview : | Jean-Pierre Dalmont |
|
Directeur
scientifique de Le Mans Acoustique Professeur à l'Université du Mans Chercheur au LAUM |
Le public a beaucoup entendu parler d'astrophysique, un peu moins de physique nucléaire et encore moins de physique du solide. Mais s'il est un domaine, autant qu'une spécialité, qui reste un complet mystère à ses yeux, que dire, à ses oreilles, c'est bien l'acoustique ! A mi-chemin entre la science des matériaux et la mécanique des fluides, l'acoustique repose essentiellement sur la théorie des champs vibratoires, avec comme conséquence remarquable d'être "la" science qui explique les bruits, les sons et la musique... Jean-Pierre Dalmont, Directeur scientifique de Le Mans Acoustique, et chercheur au LAUM (Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans), nous reçoit pour une visite bien agréable dans l'univers des acousticiens...
Jean-Pierre Dalmont, Directeur scientifique de Le Mans Acoustique et chercheur au LAUM (Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans) nous présente la grande salle anéchoïque de l'Université. Cet outil construit en 1992 est devenu depuis lors un instrument de recherche très prisé par les chercheurs qui lui reconnaissent des qualités de premier plan. Les dièdres absorbants qui recouvrent les murs absorbent les sons et évitent les réflexions susceptibles de perturber les expériences. Lors de son fonctionnement les grilles qui tapissent le sol sont enlevées.
Jean-Pierre Dalmont nous avons eu le plaisir de visiter avec vous le laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans, le fameux "LAUM" qui attire de nombreux thésards venus de toute la France et de l'étranger, tout particulièrement pour sa chambre anéchoïque qui est une des toutes meilleures d'Europe. L'acoustique c'est la grande passion de votre vie ?
Jean-Pierre Dalmont : Je dirais que c'est l’une de mes deux passions en dehors de ma famille, l’autre étant la musique. Et c’est justement, comme 90% des acousticiens, l’amour de la musique qui m’a amené à l’acoustique. Résidant à Château-du-Loir, j’ai appris qu’il y avait un laboratoire d’acoustique déjà réputé au Mans. C’était au tout début des années 1980. C’est donc tout naturellement que j’ai fait mes études de physique, puis d’acoustique à l’Université du Maine qui est maintenant devenue « Le Mans Université ». J’y ai fait ma thèse de doctorat et après avoir été embauché comme maitre de conférences à Alençon, puis au Mans, j’ai naturellement continué à effectuer ma recherche au LAUM (Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans). Ma spécialité est l’étude et la mesure des "guides d’ondes acoustiques" dont les "instruments à vent" sont de dignes représentants. J’ai ainsi pu allier mes deux passions : la musique et l’acoustique!
En aval de la recherche fondamentale, le LAUM développe de nombreuses solutions technologiques pour de possibles industrialisations. Ici un bec de saxophone réalisé en polymère à l'aide d'une imprimante 3D sur la base d'un design synthétisé par ordinateur. Pour Jean-Pierre Dalmont, lui-même hautboïste et ancien musicien d'orchestre, ce prototype réalisé en collaboration avec le CTTM (Centre de Transfert de Technologies du Mans) pourrait bien former la base des accessoires utilisés par les instrumentistes des philharmonies du monde entier.
Le grand public, lorsque l'on évoque l'acoustique, pense toujours aux auditoriums et aux ingénieurs du son que l'on voit travailler pendant les concerts. Parfois il relie cette notion aux enceintes acoustiques, aux casques, aux ipod et aux instruments de musique eux-mêmes. Quels sont en fait les grands domaines de l'acoustique qu'il convient de connaître et plus généralement quel est le cursus des étudiants qui se formeront à cette spécialité?
Jean-Pierre Dalmont : Vous mentionnez un point essentiel, celui de la spécialité de la science acoustique. Mais j'y vois aussi deux questions en une : la science de l'acoustique d'une part et ce que l'étudiant doit en apprendre d'autre part... Venons-en en tout premier lieu à la science elle-même, aux grands domaines de l’acoustique. Rappelons que l’acoustique étant la science des sons, là où il y a des sons il y a du travail pour l’acousticien. Il y a d’abord les sons souhaités, dont l'essentiel concerne la musique. C'est ce que le public considère comme la partie noble, même si cela n’en fait pas le plus gros des débouchés, auquel on doit ajouter l’électroacoustique, la parole etc.. C’est donc la production sonore volontaire en général. Il y a ensuite les sons non souhaités qu’on appelle généralement les bruits. Les débouchés sont ici plus importants car ces bruits, il faut tenter de les réduire tout en prévenant aussi des dégâts qu’ils pourraient occasionner. Toutes les entreprises qui fabriquent des objets potentiellement générateurs de bruit sont concernées : les transports, l'électro-ménager, les outils, les machines de chantier, le chauffage, etc... Pour ce qui des dommages liés au bruit, cela relève plus de la médecine. Enfin, il y a le son utilisé en ingénierie, sans relation avec l’oreille, par exemple les ultrasons pour nettoyer des bijoux, faire des soudures, ou pour faire du contrôle non destructif, de l'échographie médicale ou encore les ondes pour mesurer la température. Par exemple la redéfinition du Kelvin repose sur une mesure acoustique - le fondateur du LAUM, Michel Bruneau a d’ailleurs amplement contribué à cette redéfinition. A cette ingénierie sonore on doit ajouter aujourd'hui des sujets en plein développement comme l'utilisation du son pour convertir de la chaleur en énergie mécanique ou encore générer du froid à partir d'une excitation acoustique avec comme application pratique le "frigo acoustique" que nous étudions au Mans. Le champ de l’acoustique est donc immense et c’est ce qui rend cette discipline si passionnante.
Au dela des applications musicales, l'acoustique propose de nombreuses solutions industrielles. Ici un banc de mesures acoustiques permettant de déceler d’éventuels défauts dans le métal d'un réservoir de gaz. Une alternative à la gammagraphie à prix beaucoup plus raisonnable. Ce type de mesures est très voisin de l'échographie médicale, grand succès de la science acoustique. L'appareil présenté ici avec ses transducteurs mobiles fixés au réservoir par des aimants est utilisé pour la formation des professionnels lors de stages.
Et maintenant, la deuxième question...
Jean-Pierre Dalmont : Pour le second aspect, donc les connaissances nécessaires pour travailler dans l’acoustique, je dirai pour simplifier que l'on peut faire soit des études universitaires soit des études d’ingénieur. A l’université du Mans on a tout cela : Licence d’acoustique, Master d’acoustique avec trois spécialités : Recherche, Electroacoustique (International Master Degree in Electroacoustics, soutenu par la fondation EMV), et Acoustique de l’Environnement, Transport, Bâtiment, Ville. Nous avons aussi une Licence professionnelle en Acoustique et Vibrations et une Licence en Contrôle Non Destructif. Enfin nous avons une école d’ingénieurs, l’ENSIM, avec une mention Vibration Acoustique Capteurs. Le Mans est le principal centre de formation en Europe pour l’acoustique.
Du labo au chantier il n'y a qu'un pas. Ici un modèle d'analyseur acoustique automatique monté sur des rouleaux permettant le contrôle des canalisations et des pipelines.
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Si j'étais un jeune étudiant qui se destine à la lutherie et qui rêve de fabriquer des Stradivarius ou des Pleyel, me conseilleriez-vous d'avoir au départ une solide formation en acoustique scientifique ?
Jean-Pierre Dalmont : Si vous étiez un jeune étudiant qui se destine à la lutherie je vous inciterais à faire vos études à l’ITEMM, l’Institut Technoloqique Européens des Métiers de la Musique, qui se trouve aussi au Mans (juste en face du campus de l'autre côté de l'avenue Olivier Messiaen) et avec qui nous travaillons notamment pour faire profiter aux fabriquants d’instruments de musique des connaissances et des outils que nous développons au LAUM. Cet institut forme des facteurs et des réparateurs d’instruments sur quatre sections : Piano, Guitare, Accordéon et Instruments à vent. Ils ont également une section Commerce et une section Régie du son. Pas besoin d’arriver avec de solides connaissances en acoustique : l’acoustique fait partie du cursus !
Des études à la recherche, il n'y a bien sûr qu'un pas. Certains étudiants le franchiront. Quels sont aujourd'hui les grands domaines de recherche en acoustique dans lesquels ils devront choisir leur voie? Et particulièrement quels sont les thèmes de recherche proposés par le LAUM?
Jean-Pierre Dalmont : Les thèmes de recherche sont nombreux, presque infinis. Le LAUM est organisé en équipes qui elles-mêmes se divisent en opérations de recherche. La première équipe se consacre à l’Acoustique des Matériaux qui se décline en Acoustique et Mécanique des Matériaux poreux, Opto-acoustique et Ultrasons Laser, Acoustique des Milieux granulaires, et enfin Ultrasons. La seconde se consacre aux Transducteurs et se décline en, Thermo-acoustique, Capteurs et Actionneurs, Microsystèmes acoustiques, Traitement du Signal et Instrumentation, Systèmes embarqués. Enfin la dernière est dédiée aux Guides d’ondes acoustiques et aux Structures vibrantes. Elle se décline en Physique des Instruments de Musique, Vibroacoustique des Structures et Guides & Réseaux. Il faut en plus ajouter un axe transverse : Métamatériaux pour l’Audible et les Vbrations.
Parmi les applications de l'acoustique on trouve le gyroscope acoustique. Les réflexions du son sur les parois d'une cavité en rotation et leurs interférences sur un détecteur permettent de mesurer les vitesses de rotation. L'usage de ce phénomène ouvre la voie à des applications pour la navigation automobile, les drones et autres véhicules autonomes. Une alternative "à prix raisonnable" (là encore) aux gyroscopes mécaniques très fragiles et aux gyroscopes à optique Laser très couteux.
Quels sont les emplois et les entreprises que vos étudiants ont accrochés au sortir de l'Université du Mans pour ceux qui avaient suivi le cursus d'acoustique?
Jean-Pierre Dalmont : Nous diplômons plus de 100 étudiants par an. Difficile donc d’en faire une liste exhaustive. Nos étudiants essaiment partout en France et dans le monde. Ils peuvent travailler comme techniciens spécialisés en acoustique et vibrations, comme ingénieurs R&D dans des start-up ou des grandes entreprises, ou encore dans des bureaux d’études. Certains vont créer leur propre entreprise et d’autres vont embrasser des carrières académiques : CNRS, Université en France et dans le monde,etc... Pour ce qui est des noms des entreprises qu'ils intègrent, c'est un peu lié à celles avec lesquelles nous faisons de la recherche en partenariat. On travaille avec à peu près toutes les entreprises du CAC 40 : Renault, PSA, Valéo qui a installé son labo d'acoustique au Mans, Faurécia, Safran avec qui nous avons une chaire industrielle, Thalès, Airbus... J'ai notamment travaillé avec une société qui s'appelle Interspace sur les tests de résistance aux ondes sonores des satellites. On travaille aussi avec pléthore de PME. On a notamment créé un LabCom avec une entreprise qui s'appelle ACOEM.
Banc de démonstration de thermo-acoustique. Lorsqu'un haut-parleur (situé à gauche sur cette image) envoie des sons dans un tube formant deux cavités séparées par un matériau poreux (ici de la laine de verre identifiable par sa couleur jaune) il s'établit une différence de température entre les deux cavités, ce qu'atteste les chiffres indiqués par les afficheurs à diodes rouges du banc d'essai. Sur ce simple démonstrateur une différence de 20° est aisément produite. Ce phénomène tout à fait étonnant est la base du "frigo acoustique" étudié au LAUM.
Nous avons visité ensemble votre grande chambre anéchoïque, de réputation internationale, ainsi qu'un duo de chambres contraires - une anéchoïque et l'autre réverbérante. Ces outils, on l'imagine, forment la base des recherches que vous menez avec les chercheurs du monde entier. Vous avez récemment reçu une délégation chinoise. Comment cela se traduit-il en termes de partenariats internationaux?
Jean-Pierre Dalmont : Aujourd'hui la recherche est internationalisée et c’est donc tout naturellement que nous collaborons avec les acousticiens de France et du monde entier. Pour favoriser ces liens nous avons créé avec le soutien de la Région Pays de la Loire le « Hub Acoustique » qui est un programme d’invitation de chercheurs étrangers de haut niveau à travailler avec les chercheurs du LAUM. Nous avons aussi établi dans le cadre du consortium Le Mans Acoustique dont je suis accessoirement le directeur scientifique (consortium également soutenu par la région Pays de Loire dans le cadre de sa politique d’intégration RFI – Recherche Formation Innovation) des liens privilégiés avec des laboratoires tels que le GAUS à Sherbrooke (Canada), l’Université de Valence (Espagne), le KTH de Stockholm (Suède), le LIGO du MIT (USA) et l’Université d’Ingénierie de Harbin (Chine). Ce dernier partenariat nous a amené à mettre en place un co-diplôme de Licence et à accueillir au Mans le second congrès Franco-Chinois d’acoustique organisé conjointement par les sociétés française et chinoise d’acoustique.
On connait certains grands succès de la recherche en acoustique tels que l'imagerie acoustique, très utilisée dans l'industrie lorsque la gammagraphie est impossible, ou pour du contrôle non destructif à prix raisonnable, et bien sûr son application à l'échographie pour un usage médical. Quels sont les autres grandes découvertes acoustiques pleines de promesses en termes d'utilisation? Il y a cette analyse par "renversement du temps" développée à l'école de Physique Chimie Industrielle de la Ville de Paris par Mathias Finck. De quoi s'agit-il?
Jean-Pierre Dalmont : Le retournement temporel est une méthode qui permet d’obtenir des résultats tout à fait étonnants. Le principe est simple : considérons une source qui envoie un signal sonore dans toutes les directions et que par ailleurs des récepteurs reçoivent ce signal et tous ses échos issus par exemple des multiples réflexions des ondes sur les murs. En remplaçant les récepteurs par des sources ou en utilisant des transducteurs réversibles et en renvoyant le signal renversé temporellement, les derniers échos étant envoyés avant les premiers, tous ces échos vont se retrouver en même temps sur la source de départ. Si on met assez d’énergie et si on utilise un nombre important de transducteurs on peut de la sorte concentrer une énergie sonore considérable sur la source et ceci sans connaissance a priori du milieu de propagation et sans utiliser de modèle physique. Il y a beaucoup d’application de cette méthode qui peut être utilisée par exemple pour détruire des calculs rénaux.
Banc de recherche du LAUM sur l'effet thermo-acoustique et son application au "frigo acoustique". Sur le présent dispositif deux hauts parleurs sont placés de chaque côté de la chambre qui contient un matériau poreux, ici des tubules (en blanc). Le frigo acoustique remplacera-t-il demain les radiateurs à "effet Peltier" ou les caloducs à sodium pour évacuer la chaleur des microprocesseurs de l'électronique grand public? Surclassera-t-il le refroidissement par désaimantation adiabatique utilisée dans les laboratoires de physique pour atteindre des basses températures ? Sera-t-il utilisé pour climatiser les automobiles? L'avenir de la recherche le dira...
D'autres "trouvailles", d'autres "découvertes" ? Vous m'avez montré un phénomène assez remarquable d'acousto-thermique... je ne sais si le terme est adéquat... De quoi s'agit-il ?
Jean-Pierre Dalmont : Il s’agit de ce qu’on appelle la" thermo-acoustique" qui traite des liens entre la thermique et l’acoustique. On peut ainsi créer des sons à partir d’une source de chaleur : on parle alors de "moteur thermo-acoustique". Ceci peut être utilisé comme je l’ai mentionné pour faire de la conversion d’énergie, c’est-à-dire récupérer de la chaleur perdue pour en faire de l’électricité. Les machines thermo-acoustiques sont aussi efficaces qu’un moteur de Stirling mais elles sont beaucoup plus simples à fabriquer car il n’y a pas de pièce mobile. Ces machines peuvent aussi être utilisées pour faire du froid avec l’avantage de n’utiliser ni gaz fluorés (CFC) ni moteur électrique : les ondes sonores remplacent le compresseur. Nous avons un programme de recherches sur le "frigo acoustique", avec notamment un banc d'étude permettant de tester divers matériaux et modéliser le phénomène. Nous avons aussi un démonstrateur de plus grande dimension qui démontre la possibilité de convertir de la chaleur perdue en électricité en passant par la génération d’une onde sonore. Ces machines peuvent aussi être utilisées pour faire de la musique comme le fait Jacques Rému (mécamusique).
Quelques fois les promesses n'aboutissent pas à une utilisation pratique. On pense aux haut-parleurs plats en polymères piézoélectriques ou encore aux haut-parleurs à plasma... On n'en entend plus parler... Des raisonsà cela ?
Jean-Pierre Dalmont : C’est toute la difficulté du transfert de technologie. Lorsque qu’une technologie est bien installée, il est difficile de la détrôner, même si elle est archaïque. C’est le cas du moteur à explosion que les ingénieurs ont poussé très très loin, même s'il reste une technologie du XIXème siècle. Pour les deux technologies que vous indiquez elles n'ont pas disparues. Il y a bien des hauts-parleurs plats mais leur usage reste discret. Et le haut-parleur à plasma il marche, mais son usage n'est pas très pratique et les cas où l'on aurait besoin d'une source ponctuelle (c'est à-dire-très petite par rapport à la longueur d'onde) sont finalement rares, même en recherche, donc l'usage là aussi est resté discret par rapport au bon vieux haut-parleur. Si on en revient au "frigo acoustique" que nous développons, je suis convaincu de la supériorité de cette technologie par rapport aux frigos à compresseur. Simplement, pour remplacer cette vielle technologie il faut fermer des usines et en reconstruire d’autres. Cela n’est pas sans risque et rares sont les investisseurs prêts à prendre ces risques, surtout en France. Il faut des personnes de la trempe d’un Dyson pour imposer ce type de rupture technologique.
Jean-Pierre Dalmont devant le démonstrateur "grandeur réelle" du récupérateur d’énergie thermique. Souhaitons à cette technologie mancelle un avenir radieux. Pour l'heure il constitue un bel antidote potentiel à l'effet de serre généré par les vitres du bâtiment de physique de l'Université du Mans, dont la réputation a traversé des générations d'étudiants et de chercheurs...
D'un point de vue plus pragmatique, que ce soit pour le développement industriel de solutions issues de la recherche ou encore pour un support en ingénierie comme par exemple des mesures de bruit en ville ou en entreprise, une structure dédiée qui serait plus orientée "conseil et ingénierie" est généralement nécessaire. Or je crois savoir qu'à l'Université du Mans il existe un centre dédié justements aux transferts de technologies, le CTTM. Proposent-ils des services liés à l'acoustique et si oui quels sont vos liens?
Jean-Pierre Dalmont : Le CTTM (Centre de Transfert des Technologies du Maine) fait partie du consortium Le Mans Acoustique dont je suis l’instigateur. Nous travaillons donc la main dans la main à promouvoir les innovations en acoustique dans tous les domaines. J’interviens assez régulièrement au CTTM comme expert dans mon domaine (les guides d’ondes) et d’ailleurs nous avons breveté ensemble un "Pont de mesure" de l’impédance acoustique de guides d’ondes (c’est-à-dire des tuyaux !) qui est maintenant utilisé dans le monde entier par des laboratoires et des fabricants d’instruments de musique. Pour ce qui est du bruit dans la ville, l’acoustique est devenue une préoccupation majeure au même titre que les autres formes de pollution. En particulier l’Europe a mis en place une cartographie sonore des principales villes et axes routiers qui est en passe d’être terminée. L’acoustique fait partie du cahier des charges des éco-quartiers. Pour tous ces sujets, notamment ceux concernant les mesures et la réduction des bruits urbains le CTTM et le LAUM savent travailler ensemble.
Le secteur automobile s'est toujours intéressé au bruit des véhicules et la pollution sonore est devenue si préoccupante aujourd'hui que la nouvelle soufflerie de Saint Cyr l'Ecole a justement été développée pour en mesurer les caractéristiques sur tous les véhicules nouveaux. Cela dit, si chacun peut constater lorsqu'il téléphone dans la rue que le niveau sonore est en effet trop élevé, qu'est-ce qui peut bien générer tout ce bruit sur un véhicule? Qu'elle en est l'origine? J'imagine que dans la ville des célèbres "24 Heures", les acousticiens doivent connaître tout cela sur le bout de l'auriculaire...
Jean-Pierre Dalmont : Tout à fait. Le bruit des automobiles est quelque chose de bien connu et très étudié, davantage d’ailleurs par les industriels que les chercheurs qui sont eux plutôt sollicités pour trouver les solutions. Le bruit des véhicules à basse vitesse est plutôt lié au moteur puis à des vitesses plus élevées intervient le bruit de roulement : l'air piégé entre le pneu et le sol claque comme avec un fouet, c'est ce qui génère une bonne partie du bruit chuintant que l'on entend dans la rue. Dans l’intérieur de l’habitacle à grande vitesse c’est le bruit aérodynamique qui prend le dessus. A contrario, un des thèmes actuels est celui des véhicules électriques dont le moteur ne fait quasiment pas de bruit. C’est là qu’intervient le "designer sonore" car il faut que ces véhicules soient entendus pour ne pas blesser les piétons. Vous trouverez dans le dernier numéro de "Le Mans notre Ville", un article sur la start-up mancelle Sound to Sight, créée par d'anciens des Beaux-Arts, qui fait des sons pour les voitures et qui vient de remporter un Prix. A ce propos il faut savoir que l’Ecole Supérieure des Arts et du Design TALM (Tours Angers Le Mans) forme au niveau Master au Mans des spécialistes du Design sonore. Et à ce titre l’ESAD TALM est un des membres du consortium Le Mans Acoustique.
<>Jean-Pierre Dalmont, nous avons eu le plaisir de visiter vos laboratoires et vous nous avez brossé un large tour de la "spécialité acoustique". Il n'est de bonne compagnie qui ne se quitte. En conclusion de notre entretien, quelle devrait-être la démarche d'une entreprise ou d'une société d'ingénierie conseil qui aurait besoin de vos services ? Doit-elle vous appeler au LAUM, prendre contact avec le CTTM ? Quid des stages et stagiaires et enfin quel peut-être votre mot final pour ceux qui se destinent à la recherche en acoustique, à un doctorat ?
Jean-Pierre Dalmont : Si une entreprise, un cabinet ou un bureau d'études souhaite nous contacter, le mieux est de se rendre sur le site de "Le Mans Acoustique" (http://www.lemans-acoustique.fr). A la rubrique contact, un formulaire permettra d’exprimer le besoin de l'entreprise. Ce besoin sera examiné et une réponse sera rapidement faite quoiqu’il arrive. Pour ceux qui ambitionnent de se lancer dans la recherche en acoustique, je dirai que là c’est la passion pour les questions difficiles qui doit les animer et forcément un certain goût pour le son. Il y a beaucoup à faire dans le domaine de l'acoustique, que ce soit dans les entreprises ou dans les labos. Quelque soit votre besoin n'hésitez pas à vous adresser à Le Mans Acoustique.
Propos recueillis par Bertrand Villeret
Rédacteur en chef
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