ANALYSE ACOUSTIQUE ET VIBRATOIRE DES CHAUDIERES ACTUELLES

Deux versions de la chaudière hybride ont été étudiées. Les sources de bruit et de vibrations ont été identifiées comme étant le ventilateur suivi du compresseur. L’habillage, seul composant pouvant servir à l’isolation acoustique aérienne, n’est pas efficace à cause des nombreuses ouvertures. Le découplage du compresseur n’est pas bien réalisé, ce qui cause la propagation dans toute la structure de l’appareil. La source du battement entendu a été identifiée : elle correspond à la proximité entre le premier harmonique de la pulsation de pression et le fondamental de la magnétostriction du moteur du compresseur. Une réduction du niveau sonore a été obtenue entre la première et la seconde version, principalement grâce à un changement du ventilateur. Pour réduire le niveau sonore de la chaudière de manière efficace et au meilleur coût, il faut d’abord connaître les mécanismes à l’origine du bruit. Cela passe par l’identification, la caractérisation et le classement des sources de bruit et des chemins de transmission. Des mesures ont été réalisées à cet effet. Nous verrons notamment que le ventilateur et le compresseur sont les deux sources principales de bruit et qu’ils en engendrent d’autres par interaction aérienne ou solidienne avec le reste de l’appareil.  Parmi toutes les mesures de pression acoustique réalisées, nous ne présentons dans ce chapitre que les résultats en un point de mesure, à une hauteur de 1,5 m du sol et à 0,5 m de la face avant de l’habillage (1 m du mur) de la chaudière hybride. Cela correspond à la hauteur moyenne de l’oreille pour une hauteur usuelle d’installation. Les résultats sont semblables pour les autres points de mesures car le bruit de la chaudière hybride n’est pas très directif.

Les mesures ont été réalisées dans les locaux du LMVA des Arts et Métiers ParisTech. Les appareils V1.0 et V1.5 ont été installés sur un mur massif dont l’impédance mécanique est considérée grande par rapport aux couples force/vitesse qui s’y appliquent, dans une salle de dimensions 4,65 x 7,90 x 2,60 m, encombrée sans aucun traitement acoustique particulier. Le temps de réverbération est estimé faible, les mesures sont effectuées en champ proche. Après calcul, nous avons déterminé que 1,8 L d’eau par minute est nécessaire pour assurer une différence de 30°C entre la température à l’entrée et celle à la sortie pour un fonctionnement de la PAC seule. Puisque les essais ne durent que quelques minutes, il a été possible d’opter pour un circuit ouvert. La pression du circuit hydraulique est réglée à 2 bars en réduisant la section de passage du refoulement. Une consigne de 30°C est donnée côté chaudière. Le logiciel installé dans l’appareil a été spécialement préparé pour ces essais. Il a la particularité de faire fonctionner le ventilateur à sa vitesse maximale autorisée, alors qu’habituellement, la vitesse varie en fonction des besoins en chauffe et des conditions externes. Les spectres RMS sont donnés sur les plages de fréquences 0-10000 Hz et 0-1000 Hz avec une résolution fréquentielle de 0,78 Hz. La fenêtre utilisée est celle de Hanning, ce qui convient bien pour des bruits de machines tournantes. Ils sont pondérés A s’il s’agit du niveau acoustique ; autrement, aucun filtrage n’est appliqué.

Le but est d’analyser les sources sonores (compresseur, ventilateur, …) de la V1.0 à l’aide des spectres et de les classer par ordre d’importance. Le diagnostic qui en découle constitue un point de départ pour la suite de l’étude mais aussi un point de référence pour l’évaluation des solutions envisagées pour les prochains prototypes (V1.5, V2, …). La fréquence fondamentale du compresseur est à 48 Hz car le moteur du compresseur est asynchrone. Le bruit du compresseur est riche en harmoniques. En effet, l’harmonique de rang 17 est encore visible sur le spectre. La forme de la pression acoustique du bruit produit par le compresseur se rapproche d’un signal impulsionnel causé par la brusque différence de pression du fluide frigorifique entre les parties haute et basse pression produite, par le passage du piston cylindrique au niveau du refoulement.  Lors de la campagne d’essais, il a été perçu un battement d’une fréquence d’environ 2 Hz. Une analyse du spectre (Figure 2-3) a mis en évidence une cause possible de ce battement. La Figure 2-3 est un agrandissement sur 0-500 Hz de la Figure 2-2 afin de mieux localiser les raies autour de 50 et 100 Hz. Deux raies distinctes sont visibles à 98 et 100 Hz. Celle à 98 Hz correspond au premier harmonique du compresseur. Lorsque le compresseur est à l’arrêt, la raie à 100 Hz disparaît. Elle provient bien du compresseur, mais la source de bruit n’est pas liée au déplacement de pièces mécaniques et aux pulsations de pression du fluide frigorifique du compresseur.