modélisation numérique de l’influence de la...
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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