Modélisation numérique et étude perceptive du bruit lié à l'alimentation des moteurs électriques

Le bruit des moteurs électriques est un enjeu de confort, de sécurité et d'image de marque, notamment pour les constructeurs automobiles qui doivent se conformer aux normes de bruit et réglementations. Bien que plus silencieux que celui des moteurs thermiques, le bruit des moteurs électriques est souvent perçu comme désagréable. Cela s'explique en partie par ses composantes hautes fréquences, générées par la Modulation en Largeur d'Impulsion (MLI) des tensions d'alimentation. La signature sonore du moteur dépend du choix de la stratégie d'alimentation adoptée, mais aussi des conditions opérationnelles, ce qui rend son évaluation perceptive complexe. Un modèle d'auralisation a été implémenté pour simuler le bruit électromagnétique émis par un moteur électrique. Il s'appuie sur des méthodes existantes qui ont été modifiées et complétées pour permettre la simulation dans le domaine temporel, avec des conditions opérationnelles variables. Une formulation inédite de la MLI a permis la création de nouvelles stratégies, aboutissant à de nouvelles signatures harmoniques. Des mesures expérimentales ont permis de valider les signaux de courant, vibration et bruit simulés à vitesse fixe et variable, sur une machine à aimants permanents. L'analyse spectrale des différentes stratégies d'alimentation a mis en évidence un lien entre les paramètres de génération de leur forme d'onde et les harmoniques associés. Pour limiter le temps de calcul, le modèle repose sur des hypothèses simplificatrices qui ne permettent pas de considérer qu'il reproduit exactement les signaux mesurés. Il peut toutefois être utile s'il représente correctement les principaux attributs sonores présents dans le bruit des moteurs électriques. Une première expérience perceptive a été menée pour tester cette hypothèse. Des comparaisons par paires ont été réalisées sur trois corpus, avec des signaux de bruit mesurés, des signaux de bruit simulés et des signaux de courant simulés. L'analyse des réponses par Individual Difference Scaling a fourni trois espaces perceptifs, dont la similarité permet d'affirmer que les trois corpus contiennent les attributs sonores permettant la différenciation des huit stratégies MLI considérées. Cela démontre que les signaux de courant sont porteurs de suffisamment d'informations pour anticiper les signatures sonores qui seront émises par le moteur. L'analyse a aussi permis l'identification de deux attributs sonores principaux influençant la perception du bruit électromagnétique : la présence de bruit dans les basses fréquences, et la présence de cliquètement. Aucun indice psychoacoustique existant n'ayant permis de caractériser la présence de cliquètement, une deuxième expérience perceptive a été menée avec des signaux synthétiques, couvrant une plus grande variété de spectres. L'analyse des évaluations subjectives a permis la construction d'un indicateur de cliquètement, basé sur la quantité de pics émergents autour de la fréquence de découpe, avec un modèle logistique permettant de se rapprocher au mieux des évaluations subjectives. Les deux expériences perceptives ont été menées sur un nombre limité de signaux, imposant des choix sur les paramètres influençant le bruit de la MLI. Une perspective a été étudiée pour s'affranchir d'une partie de ces choix, et donc limiter le biais imposé par les expérimentateurs lors de la conception d'une expérience perceptive. Une nouvelle méthodologie expérimentale basée sur une approche originale d'exploration d'un espace continu de configurations sonores a ainsi été développée et testée.