Une turbomachine est un équipement mettant en jeu un organe mécanique (appelé rotor) mobile en rotation et un fluide qui échangent de l’énergie lors de l’écoulement de ce dernier.

Une turbomachine de compression (génératrice), communiquant de l’énergie au fluide (pompe, ventilateur, compresseur, soufflante) est accouplée à un moteur alors qu'une turbomachine de détente (réceptrice), recevant de l’énergie du fluide (turbine e.g. à gaz, à combustion, à vapeur) est accouplée à un alternateur.

Qu’elles appartiennent à l’une ou l’autre des catégories précitées, quel que soit l’état thermodynamique du fluide (liquide ou gazeux), son comportement (compressible ou incompressible), et le nombre d’étages intervenant dans le process considéré, et qu’il s’agisse de machines axiales, centrifuges ou centripètes, toutes les turbomachines ont un point commun: le bruit qu’elle émettent est, par nature, important (parfois: hors norme e.g. quand supérieur à 145 dB ref. 1pW en terme de niveau de puissance acoustique) et il doit être réduit pour prévenir tout désordre consécutivement à leur installation en un lieu donné, quel qu’il soit.

Dans certains contextes, il s’agit de limiter l’exposition au bruit de travailleurs e.g. les opérateurs affectés à la conduite et à la surveillance de machines ou à la supervision de procédés, et aussi ceux en charge de la maintenance d’équipements dans un site industriel ; dans d’autres contextes, il s’agit de préserver l’environnement d’un gêne sonore de voisinage: les deux problématiques doivent souvent être prises en compte pour des ouvrages tels que des centrales de production d’énergie ou d’autres Installations Classées pour la Protection de l’Environnement (ICPE).

L’acoustique des turbomachines, en vue de la réduction de leur bruit, constitue donc pour les acousticiens un sujet de travail (R&D, conception, ingénierie) de choix.

En particulier, les sources de bruit que constituent - vis-à-vis d’une turbomachine - l’aspiration (i.e. l’entrée du fluide) et le refoulement (i.e. la sortie du fluide) sont l’occasion pour eux de réaliser les études, souvent complexes, qui sont requises dans les domaines de l’acoustique et de la dynamique des fluides, notamment pour ce qui concerne les dispositifs d’insonorisation communément appelés «silencieux».

En général, les silencieux pour turbomachines sont constitués d’un medium poreux (un tel garnissage doit avoir - non pas à la température ambiante à laquelle les paramètres acoustiques de base sont mesurés en laboratoire - mais à la température de service à laquelle ses propriétés doivent être extrapolées avant toute autre chose -  une résistance au passage de l’air suffisamment faible pour permettre la propagation des ondes sonores, ce qui est à la base de l’effet dissipatif auquel est associé une atténuation), avec une protection perforée, généralement multicouche (pour éviter l’érosion due à la vitesse du fluide) qui constituent des ensembles absorbants installés soit en périphérie d’une conduite (sous la forme d’un revêtement) soit sous la forme de séparateurs entre lesquels s’écoule le fluide (appelés baffles), dont les extrémités sont parfois profilées vis-à-vis de considérations d’aérodynamique.

Pour les géométries de dispositifs d’insonorisation les plus simples, les calculs de dimensionnement peuvent être effectués par une méthode analytique e.g. avec le logiciel de simulation SILDIS (résultat d’un travail de développement et de validation d’une vingtaine d’années accompli par la ressource humaine de ITS), alors que pour des géométries plus complexes, le recours à une méthode mettant en œuvre un maillage est nécessaire.

Bien souvent, des simulations mettant en jeu des outils CFD (Computational Fluid Dynamics) sont utiles pour la modélisation du comportement du fluide aux conditions de service (variables) d’un silencieux, tandis que des logiciels de calcul par la méthode des éléments finis (FEM pour Finite Element Method en anglais) et par la méthode des éléments finis de frontière (BEM pour Boundary Element Method en anglais) sont nécessaires pour prévoir la performance acoustique liée à la propagation du son dans un tel composant d’un réseau dans lequel est intégré une turbomachine.

salle anechoique
Acoustique des turbomachines en vue de la réduction de leur bruit/de leurs émissions sonores (répartition de la pression acoustique dans un silencieux à la fréquence 63 Hz)
   

De tels outils de simulation pour l’acoustique et l’aérodynamique permettent d’effectuer les calculs appropriés au dimensionnement d’équipements d’insonorisation parfois gigantesques e.g. de section de l’ordre de 100 m2 s’il s’agit de ceux raccordés à l’admission d’air ou à l’échappement de turbines à gaz de grande capacité pour lesquelles le débit massique se compte en centaines de kilogrammes par secondes, avec - à l’échappement - des températures communément aussi hautes que 650 degrés C et avec des vitesses de gaz supérieures à 100 m/s (les silencieux sont alors intégrés à des lignes d’échappement avec des cheminées pouvant atteindre 50 mètres de haut).

La robustesse des dimensionnements de tels silencieux pour des turbomachines  doit être à la hauteur des enjeux de tous ordres e.g. techniques, financiers, juridiques vis-à-vis d’engagements pris et d’obligations contractées dans le cadre de projets pour lesquels les pertes de production (e.g. en cas de non-conformité de l’installation par dépassement de la limite de bruit admissible s’opposant à son fonctionnement) peuvent être abyssales.

ITS peut participer à l’étude de l’acoustique des turbomachines en vue de la réduction de leur bruit / de leurs émissions sonores.