Pas un bruit. Dans un silence absolu, l’ingénieur de recherche allume une mèche, qui chauffe un petit tube de verre. À l’intérieur, un échantillon de laine d’acier. Et toujours ce silence palpable dans cette salle semi-anéchoïque de 1 000 m3, l’une des plus grandes d’Europe, aux parois recouvertes de dièdres en mousse. Et soudain : clac ! Le claquement de doigt de Côme Olivier génère une onde acoustique qui fait chanter le tube, dans une note continue et cristalline. L’ingénieur sourit : « Il fallait une excitation acoustique pour initier le phénomène ! Le son produit, qui est une forme d’énergie mécanique, peut ensuite être valorisé sous forme d’électricité. »
Cette expérimentation met en lumière une discipline méconnue : la thermoacoustique. L’un de ses principaux attraits ? Transporter de la chaleur avec du son sans utiliser de fluides caloporteurs. Née au sein du laboratoire américain de Los Alamos dans les années 1980, cette technologie va tenter le grand saut vers l’industrie. Côme Olivier évoque la pompe à chaleur individuelle et la récupération de chaleur perdue dans les processus industriels. Et c’est ici, au Centre de transfert de technologie du Mans (CTTM), sur le campus universitaire, que l’on prépare le démonstrateur prévu pour 2023. L’organisme assure sa mission de faire se rejoindre les mondes académique et industriel, un rôle clé au sein d’un écosystème dévolu à l’acoustique.
Pascal Guittet La.thermoacoustique, qui permet le transport de la chaleur avec du son, fait l’objet de toutes les attentions au CTTM. Crédit: Pascal Guittet
Plus de 1 000 experts
Au Mans, plus d’un millier d’experts travaillent le son, comme d’autres façonnent la matière. Pour le réduire, le transformer, le synthétiser ou simplement le comprendre. Un savoir-faire rare qui attire de grands noms de l’industrie, tels que Renault, Stellantis, Safran, Airbus, Vinci, Alstom, Decathlon, Veolia… Entre réduction des nuisances sonores, invention des sons des technologies de demain et autres applications de pointe, on s’y bouscule. C’est la création du Laboratoire d’acoustique de l’université du Mans (Laum), en 1981, qui a fourni l’impulsion originelle. Depuis, l’écosystème n’a cessé de se consolider et sa croissance s’accélère. Dernier arrivé, le centre de recherche de l’équipementier Valeo (Valab), à deux pas du CTTM.
« Cet écosystème est en manque de notoriété. Or, il pourrait participer à augmenter l’activité sur le territoire et être davantage créateur d’emplois », confie Stéphane Le Foll, maire du Mans et ex-ministre de l’Agriculture. La Biennale, événement culturel dont la deuxième édition s’est tenue début 2022, doit impulser une dynamique collective pour ce microcosme, reconnu mais peu connu. La ville cherche à rayonner avec un savoir-faire de pointe, au-delà de la charcuterie et de sa course automobile. Elle parie sur l’acoustique avec des experts jonglant avec les domaines scientifiques, artistiques et cognitifs.
Pascal Guittet La Biennale du son et ses œuvres immersives font rayonner le savoir-faire de la ville. Crédit: Pascal Guittet
Des équipements d'exception
Le confort acoustique devient un enjeu majeur de santé publique […]. La notion de qualité sonore est de plus en plus prise en compte, au-delà du volume sonore.
— Jean-Christophe Leroux, responsable du pôle acoustique du CTTM
La construction du Technocampus acoustique et matière sur le pôle universitaire symbolise cette ambition. En face du CTTM, les engins de chantier s’activent autour de l’ossature métallique du futur bâtiment. Difficile d’imaginer qu’il deviendra début 2023 un fleuron dédié à l’acoustique, avec 1 850 m2 de halles technologiques, grâce à un investissement de 9,3 millions d’euros. Il mutualisera des équipements dont certains existent, mais sont répartis sur plusieurs sites.
« Le Technocampus sera d’autant plus utile que nous sommes limités en termes de capacités face à la demande des industriels, prévient Jean-Christophe Leroux, le responsable du pôle acoustique du CTTM. Le confort acoustique devient un enjeu majeur de santé publique dans tous les secteurs. » Le coût social du bruit en France est estimé à 147 milliards d’euros par an, selon une étude de l’Ademe de juillet 2021. D’où la ruée des industriels vers l’écosystème manceau, contraints par des normes de plus en plus sévères et par la prise en compte accrue de la perception sonore.
Exemple frappant avec Safran, qui cherche à réduire le bruit de ses moteurs et leur consommation de carburant. Le motoriste et équipementier est un ardent utilisateur de la veine aéroacoustique de l’université du Mans, pour l’heure hébergée dans un édifice austère qui sera l’un des instruments phares Technocampus. Passé la porte, le dispositif impressionne : un banc de 50 mètres de longueur, bardé de 192 haut-parleurs et 120 micros.
« On parvient à simuler le même champ sonore qu’un réacteur d’avion et à reproduire un écoulement d’air de 800 km/h, comme un vol de croisière », assure Thomas Humbert, ingénieur acousticien à l’université. L’équipement sert à tester les capacités d’absorption acoustique des matériaux en fonction d’une palette de fréquences. « Les microphones amont et aval enregistrent un signal donné, et on calcule la différence d’énergie acoustique entre les deux côtés », détaille l’ingénieur.
Pascal Guittet Le banc aéroacoustique du Mans intéresse Safran dans la mise au point de moteurs d’avions plus verts. Crédit: Pascal Guittet
De nouveaux matériaux plus efficaces
La manipulation commence. D’amples sons résonnent dans le hall, comme sortis d’une singulière clarinette, à la limite de la stridence. « C’est une symphonie de Pierre Boulez ! », s’amuse l’ingénieur. Safran ne cherche pas à sortir un disque, mais bien à verdir les avions. « Nous devons répondre à des enjeux contradictoires, car qui dit meilleure atténuation dit plus d’encombrement, donc moins d’aérodynamique, précise Pierre Cottenceau, le directeur technique de Safran Nacelles. L’optimisation de l’aérodynamisme passe par une réduction des surfaces disponibles pour le traitement acoustique. »
D’où les tests réalisés ici pour développer des matériaux plus efficaces. En lice, les composites en nid d’abeilles et les pièces fabriquées par impression 3D. Mais aussi les métamatériaux. Les métamatériaux ? C’est le concept qui fait fureur au Mans et sur lequel mise Metacoustic, une start-up créée en 2015. Son directeur R&D, Damien Lecoq, est un pur produit local, diplômé de l’université du Mans. La rencontre a lieu dans les locaux de l’incubateur Le Mans Innovation, où la jeune entreprise est hébergée.
« Nous avons développé des métamatériaux moins chers que ceux fabriqués en impression 3D. Il s’agit plus précisément de métabloqueurs », décrit Damien Lecoq. Autrement dit, des mousses acoustiques en polyuréthane, contenant des inclusions, recouvertes d’un film imperméable. Ce matériau casse la propagation des ondes. Jusqu’à présent, Metacoustic effectuait de la prestation de R&D. « Nous comptons désormais produire nos propres produits, via une partie de sous-traitance et de l’assemblage que nous pourrions assurer nous-mêmes », prévient le start-upper. La production démarrera en 2023.
Pascal Guittet Le fauteuil Sôma, développé par Metacoustic et Sound to Sight, transmet la musique par sa propre vibration. Crédit: Pascal Guittet
Une approche expérimentale
Aujourd’hui, les entreprises n’hésitent pas à investir pour améliorer les performances sonores, devenues un critère important pour les clients.
— Isabelle Rayé, experte acoustique chez Claas
C’est cette appétence pour l’innovation qui attire au Mans l’industrie, en particulier des transports. Les Chantiers de l’Atlantique font appel au CTTM pour des campagnes de mesures acoustiques servant à déterminer les configurations optimales des systèmes isolants. « Dans la construction navale, l’acoustique est devenue un élément de compétitivité, soutient Sylvain Branchereau, le responsable du service acoustique et vibrations. Dorénavant, le confort acoustique des navires est au cœur de l’activité du groupe. » Même discours chez Claas, le fabricant allemand de tracteurs, près du Mans, à Trangé.
« Nous nous sommes rapprochés du CTTM en 2019, en phase de prédéveloppement pour caractériser des matériaux dédiés à une nouvelle cabine », explique Isabelle Rayé, la spécialiste en acoustique du groupe. Le secteur automobile est sans doute le plus demandeur. L’abaissement du niveau sonore des véhicules électriques conduit à devoir atténuer des sons jusque-là peu audibles. Pour Renault, l’un des enjeux consiste aussi à réduire le bruit lié à l’échappement. « Nos concepteurs et experts ont eu des formations sur mesure au Mans pour mieux comprendre les notions théoriques d’acoustique, détaille Florent Morin, le référent acoustique échappement du constructeur. Les phénomènes physiques en jeu sont très complexes. Le savoir-faire expérimental est essentiel pour recalibrer nos modèles. »
L’approche expérimentale est la marque de fabrique de cet écosystème et en particulier du Laum, créé il y a quarante ans par un couple de chercheurs, Michel et Anne-Marie Bruneau, sur le pôle universitaire. « Lors de nos expériences, nous faisons chanter nos équations ! », lance Olivier Dazel, le directeur de ce laboratoire qui regroupe 170 personnes. Au sous-sol, sur une paillasse, un chercheur enclenche un appareil muni de lèvres en latex servant à souffler dans un trombone. « Ce système nous aide à mieux comprendre la propagation du son dans une architecture complexe », glisse le directeur alors que l’instrument laisse entendre son timbre caractéristique.
Pascal Guittet La création du Laum au début des années 1980 est à l’origine de l’écosystème dédié à l’acoustique. Crédit: Pascal Guittet
L'Ensim, seule école d'ingénieurs en acoustique et instrumentation
Un escalier plus loin, une chambre anéchoïque héberge deux sièges de voiture surmontés de dispositifs électroniques. « Nous menons des travaux sur les bulles sonores avec le constructeur automobile Stellantis, expose Guilhem Pages, doctorant. Il s’agit de reproduire des contenus sonores différents pour chaque passager en limitant au maximum les interférences. » Ce concept de bulles sonores pourrait s’appliquer à la domotique, l’aéronautique et la muséographie.
La tendance dans les transports est de réduire la masse, or cela entraîne un risque de diminution des performances acoustiques.
— Charles Pézerat, professeur à l’Ensim
Une bonne partie des enseignants du Laum officient à l’École nationale supérieure d’ingénieurs du Mans (Ensim), à quelques centaines de mètres. « C’est la seule école d’ingénieurs en France à délivrer le diplôme acoustique et instrumentation », met en avant Jean-François Tassin, son directeur. Une extension de 2 500 m2 fera bientôt passer l’effectif de 330 à 430 étudiants. Au rez-de-chaussée, la salle d’expérimentation rendrait jaloux le professeur Tournesol. S’y côtoient d’étranges disques métalliques, un trombone à coulisse, un cristal Baschet et… des trous noirs acoustiques. « Il s’agit de pièces avec des variations périodiques d’épaisseur, des cavités dans lesquelles se concentrent les vibrations, absorbées ensuite dans un matériau de type mousse ou adhésif », énonce Charles Pézerat, professeur. Il frappe sur une feuille métallique, elle résonne. Sur sa voisine dite architecturée, seul un son mat est émis.
Pour ces têtes chercheuses, l’intelligence artificielle va très vite s’inviter dans l’acoustique. « Avec Valeo, nous travaillons sur la détection sur les chaînes de montage des bons et mauvais démarreurs avec l’aide de l’IA, via les bruits qu’ils émettent », dévoile Charles Pézerat. Le son comme vecteur d’informations est un concept en pleine extension. « Demain, on imagine que les voitures plus autonomes prendront en compte les sons environnants pour s’orienter », appuie Pascale Herman, la directrice recherche et innovation du pôle systèmes thermiques de Valeo. Des algorithmes pourront caractériser ces sons suivant les fréquences. Toujours à l’aide de l’IA, la voiture pourrait effectuer son propre diagnostic sur l’état de santé de ses différentes pièces, via l’analyse des sons et des vibrations…
Pascal Guittet À l’Ensim, les élèves ingénieurs multiplient les expérimentations en concertation avec le monde industriel. Crédit: Pascal Guittet
Un master en design sonore
Aborder le son comme un vecteur de sens, c’est le sillon que laboure l’École supérieure d’art et de design (Esad Talm). Au pied de la cité Plantagenêt, elle abrite les artistes de l’écosystème, ceux qui créent des sons. On y délivre le seul diplôme en design sonore qui vaut grade de master en France. Dans les couloirs, les idées fusent, entre un essai de spatialisation de bruits d’insectes et une œuvre fondée sur la vibration de deux images superposées via des haut-parleurs. « On est passé d’une période où il fallait réduire le son, considéré comme une nuisance, à l’idée de lui apporter une valeur, soutient Fabien Bourdier, professeur. Le son a aussi un pouvoir de matérialisation et peut rendre tangibles des données. »
Tous les ans, les étudiants planchent sur des problématiques industrielles, comme récemment avec la SNCF pour le guidage multilingue acoustique dans les gares parisiennes lors des JO 2024. « Nous avons été en lien avec PSA, la RATP et Decathlon, énumère Christian Morin, le directeur de l’Esad Talm. Je fais délibérément de l’école une véritable usine ! » D’ici à 2025, l’effectif devrait passer de presque 250 à 350 étudiants. De quoi faire gonfler celui du cursus dédié à l’acoustique, monté en partenariat avec le Laum et l’Ircam.
Issu de la première promotion de ce master, Antoine Châron incarne le rapprochement entre l’art et l’industrie pour faire du son un support d’informations. Sa start-up, Sound to Sight, s’est spécialisée dans le design sonore industriel. « Nous pensons que l’absence de bruit est aussi un problème, résume-t-il. L’une de nos principales activités est de concevoir le son artificiel des véhicules électriques, devenus très silencieux. »
Créé en 2013, Sound to Sight a « inventé » le son extérieur de véhicules pour Ford, Stellantis, Opel, McLaren et même Geely et Mitsubishi. Son terrain de jeu dépasse les frontières des transports. « Dans le médical, nous nous sommes penchés sur la manière de réduire le stress issu du bruit des machines, en recomposant une bande sonore adaptée aux tonalités émises », poursuit Antoine Châron. Une démarche proche de la musicothérapie. Au Mans, on veut que le son aussi soit d’or.
