Le 13 juin 2025, le Laboratoire Vibrations Acoustique (LVA) a soufflé ses 50 bougies au cœur du campus de l’INSA Lyon. Cet anniversaire symbolique a été l’occasion de revenir sur un demi-siècle d’histoire, de recherches, d’innovations et de collaborations, en présence de nombreuses générations d’ingénieurs, de chercheurs, de doctorants, de partenaires académiques et industriels.

 

 

Créé officiellement en 1975, le LVA s’est très tôt affirmé comme un acteur clé dans le domaine de l’acoustique et des vibrations, tout d’abord au sein du département Génie Mécanique, puis comme laboratoire à part entière. Grâce à une dynamique forte entre recherche académique et application industrielle, le LVA s’est progressivement imposé sur la scène nationale et internationale, en intégrant des projets d’envergure, en formant des experts reconnus et en contribuant activement aux grandes évolutions de la discipline.

Pour célébrer cette riche trajectoire, une journée spéciale a été organisée le vendredi 13 juin. Dès le matin, les visiteurs – anciens et anciennes du laboratoire, collègues, partenaires – ont été accueillis dans les locaux du LVA, avec des visites guidées qui ont permis de découvrir ou redécouvrir les équipements, les plateformes expérimentales et les sujets de recherche actuels.

La suite de la journée s’est déroulée à la Rotonde, avec une série de temps forts : discours institutionnels (Frédéric Fotiadu, Directeur de l’INSA Lyon ; représentants de Carnot, INSAVALOR, CeLyA et la SFA), présentations scientifiques illustrant les apports du laboratoire dans l’air, sous l’eau, en localisation de sources ou en surveillance des structures, sans oublier une table ronde riche en souvenirs animée par d’anciens permanents du LVA. Tout au long de l’après-midi, les doctorants et postdoctorants ont présenté leurs travaux, témoignant du dynamisme actuel du laboratoire.

En conclusion, Jérôme Antoni, directeur du LVA, a partagé sa vision pour les 50 prochaines années, dans un esprit de continuité, d’innovation et d’ouverture. La journée s’est terminée par un temps réunissant toutes les générations du LVA.

 

Perception de la direction et de la largeur des sources fantômes dans un contexte de reproduction audio en environnement automobile

Doctorant : Thomas CHARPENTIER

Laboratoire INSA : LVA - Laboratoire Vibrations Acoustique

École doctorale : ED n°162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique
 

Cette thèse a pour but d'identifier et de caractériser quelques attributs relatifs à la spatialisation sonore dans une voiture, c'est-à-dire ce qui concerne la dispersion spatiale des sources et de l'environnement d'enregistrement. Cette thèse se concentre principalement sur les contenus stéréophoniques à deux canaux, droite et gauche, qui sont le format le plus largement diffusé aujourd'hui. Dans un premier temps, une recherche bibliographique a permis d'identifier et de hiérarchiser les attributs liés à la scène sonore qui peuvent être divisés en deux groupes: la localisation et l'immersion. En comparant les résultats de plusieurs études dans le premier chapitre, il est montré que la direction et de la largeur des sources virtuelles sont les attributs les plus importants dans le contexte automobile. Ainsi, un protocole expérimental de perception de la direction a été développé dans une seconde partie. Une fois le protocole validé, plusieurs expériences ont été réalisées dans des voitures. Les données provenant de ces expériences ont été comparées avec plusieurs modèles perceptifs, basés sur des enregistrements binauraux ou sur des données géométriques. Il est démontré qu'un de ces modèles a la capacité de prédire la position perçue des sources virtuelles. Dans un dernier chapitre, en utilisant les connaissances issues de la première partie ainsi que de la littérature, plusieurs réglages audio ont été proposés afin que le centre d'une piste stéréophonique soit perçu devant un ou les deux passagers avant. A partir de ces réglages, une expérience perceptive de la direction et de la largeur a été réalisée dans une voiture. Les résultats de cette expérience démontrent les limites du modèle validé dans la première partie, car celui-ci fonctionne seulement dans un certain cadre. Cependant, les résultats ont permis de valider et de comparer les différentes approches de réglages. Enfin, les données expérimentales sur la largeur ont été comparées avec plusieurs modèles perceptifs. Deux modèles ont révélé être cohérent avec les données expérimentales : un modèle binaural, basé sur le calcul des indices interauraux et de la probabilité que ceux-ci correspondent à des sources réelles à différents degrés d'azimut, et la fraction latérale de l'énergie. Pour conclure, cette thèse a permis de mettre en lumière un modèle capable de prédire la perception de la direction des sources sonores virtuelles dans le plan horizontal au sein d'un habitacle automobile. Bien qu'il ait été démontré que ce modèle fonctionne uniquement dans un cadre bien défini, le fait même qu'il ait fonctionné nous apporte de précieuses informations sur le mécanisme de perception de la scène sonore dans un tel contexte. De plus, en s'inspirant de ce modèle et d'autres études, il a été prouvé expérimentalement que plusieurs méthodes de réglage permettent de positionner une source virtuelle à une position donnée, de manière à ce qu'elle soit perçue de la même façon par les passagers de gauche et de droite dans leur propre référence. L'avantage de ces méthodes réside dans leur automatisation quasi totale. Par ailleurs, le modèle binaural permet d'estimer la qualité de restitution des sources virtuelles en termes de largeur sur le plan horizontal, et même de direction dans certains cas. Ce modèle peut ainsi être utilisé pour comparer différentes architectures audio ou réglages sans a priori sur les algorithmes employés. Bien entendu, d'autres études sont nécessaires, par exemple pour développer un modèle capable d'estimer la direction d'une source virtuelle dans tous les contextes. De plus, d'autres attributs perceptifs méritent d'être étudiés, tels que la perception de la distance et de l'immersion.

 

Le LVA a 50 ans ! L'acoustique et les vibrations à l'INSA Lyon quelques années de plus. À cette occasion, nous organisons le vendredi 13 juin 2025 un événement majeur au laboratoire pour fêter cet anniversaire en présence d'un maximum "d'anciens et d'anciennes" du laboratoire, ainsi que des collaborateurs industriels et académiques.

Des présentations scientifiques et des visites du laboratoire seront organisées dans une ambiance chaleureuse et conviviale.

Programme des 50 ans du Laboratoire Vibrations Acoustique - LVA : Vendredi 13 juin 2025 - La Rotonde - INSA Lyon - website : https://lva50.sciencesconf.org

• 10h30-11h30 : Visite du LVA (groupe A)
• 12h00-13h30 : Ouverture de la journée par Frédéric Fotiadu, Directeur de l’INSA, suivi d’un Buffet dans l’Agora. (Présentations de posters de doctorants et postdoctorants du LVA).
• 13h30-14h00 : Prises de paroles institutionnelles Manuel Collet (Carnot Ingenierie@Lyon) - Laure Corriga (INSAVALOR) - Jean-Dominique Polack (Société Française d’Acoustique SFA) - Etienne Parizet (Centre Lyonnais d’Acoustique CeLyA)
• 14h00-15h30 : Présentations scientifiques Exemples d’apports du LVA à la communauté scientifique 1. Vibroacoustique dans l’air par Morvan Ouisse (Femto-ST) 2. Vibroacoustique dans l’eau par Valentin Meyer (Naval Group) 3. Localisation de sources par Lucille Pinel Lamotte (Vibratec Microdb) 4. Surveillance des structures par Mohamed El Badaoui (LASPI)
• 15h30-16h15 : Histoire du LVA et table ronde des anciens permanents du laboratoire (animée par Nacer Hamzaoui, Nicolas Totaro et Bernard Laulagnet)
• 16h15-16h30 : Mot de conclusion et perspectives du laboratoire (“les 50 prochaines années?) par Jérôme Antoni (Directeur du LVA)
• 16h30-17h30 : Pause Café et présentations de posters de doctorants et postdoctorants du LVA
• 17h30-18h30 : Visite du LVA (groupe B)
• 19:30 -… : Dîner au Café des Fédérations

« Noise annoyance in open-plan offices and occupant fatigue: a study on the influence of age-related hearing loss »

Doctorant : Nicolas Fernando PONCETTI

Laboratoire INSA : LVA
École doctorale : ED162 : Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

Open-plan offices are common in the tertiary sector, yet occupants often complain about noise, particularly from co-worker conversations. This issue can differently affect normal hearing people and those with presbycusis. This study examines the impact of mild hearing loss (early-stage presbycusis) on performance, fatigue, and perceived workload, with a focus on the effect of irrelevant speech. An analysis of the decrease in performance on a serial recall task as a function of the intelligibility level of irrelevent speech was conducted with young, normal-hearing subjects under two auditory conditions: with and without a hearing loss simulator, as well as with hearing-impaired elderly subjects. Participants were exposed to five noise conditions and silence. Subjective intelligibility was also measured. The results showed a minor, non-significant difference in decrease of performance between normal-hearing and hearing-impaired participants. The hearing loss simulator produced results comparable to those of the older group, validating its efficacy. A second experiment involving prolonged noise exposure was conducted to examine factors such as fatigue and workload, which are challenging to evaluate in shorter experiments like the first one. In this experiment, a working day was simulated in an open-plan office, where participants performed clerical tasks while exposed to irrelevant speech. The results indicate that the intelligibility of the noise does not appear to significantly impact perceived fatigue and workload. Again, no notable differences were observed between the two groups studied.

 

« Nonstationary    vibration    diagnostics    of    rotating    machinery: application to aeronautic power transmission systems »

Doctorant : Fadi KARKAFI

Laboratoire INSA : LVA

École doctorale : ED162 : MEGA de Lyon (Mécanique, Énergétique, Génie civil, Acoustique)

Le bon fonctionnement des machines tournantes repose sur la surveillance vibratoire de composants rotatifs fragiles tels que les engrenages et les roulements. Concernant plus particulièrement le cas des systèmes de transmission de puissance en aéronautique, la surveillance vibratoire présente des défis considérables qui sont abordés dans cette thèse
: (i) les régimes de fonctionnement non stationnaires, qui nécessitent l'adoption d'approches synchrones, (ii) les interactions complexes entre différents sous-systèmes, susceptibles de masquer ou perturber les signaux de diagnostic et (iii) le bruit émis par diverses sources, tant environnementales qu’internes, rendant la détection des défauts plus difficile. Pour répondre à ces défis, les principes de diagnostic proposé dans cette thèse s'articulent autour de plusieurs objectifs : (1) une estimation fiable de la vitesse angulaire instantanée, permettant la synchronisation des signaux avec les variations du régime, (2) l'extraction des composantes vibratoires pertinentes pour isoler les composants mécaniques critiques et (3) l'application de diagnostics spécifiques à chaque composant, tenant compte des variations opérationnelles pour garantir robustesse et fiabilité. Les méthodologies développées sont validées par des données expérimentales, démontrant leur potentiel pour améliorer la fiabilité et la sécurité des systèmes de transmission en aéronautique.

« Development of signal processing techniques for vibration-based condition monitoring of industrial rotating machines »

Doctorant : Kayacan KESTEL

Laboratoire INSA : LVA

École doctorale : ED162 : MEGA de Lyon (Mécanique, Energétique, Génie civil, Acoustique)

This dissertation introduces novel signal processing techniques and enhances existing ones for vibration-based condition monitoring of complex industrial rotating machines. The vibration-based condition monitoring field literature provides many solutions to reveal faulty patterns from a vibration signal. However, their performance on the vibration signals of modern complex machines has not been tested or is generally limited. Furthermore, they may often lack a robust version ready to be applied to real measurements. This study addresses these limitations with several proposals. Key research areas include the development of a stable blind filtering method to optimize Finite Impulse Response (FIR) filters for efficient fault detection and testing the proposed method on vibration signals obtained from a wind turbine gearbox. Additionally, the thesis advances the use of Generalized Likelihood Ratio test (GLRT)-based indicators for more stable and effective monitoring and proposes new statistical indicators with defined thresholds for improved reliability. Furthermore, it explores the impact of operational and environmental conditions on the vibratory behavior of wind turbine drivetrains, aiming to enhance the understanding and assessment of gearbox health through dynamic behavior analysis under varying conditions. These contributions offer substantial advancements in the practical application of signal processing in condition monitoring.

 

Integration of a priori data to optimise industrial tomographic reconstruction

Doctorant : Victor BUSSY

Laboratoire INSA : LVA

École doctorale : ED160 : EEA (Electronique, Electrotechnique, Automatique)

L'objectif de mes travaux est de proposer une nouvelle méthodologie optimisée en tomographie par rayons X qui inclue l'incorporation d'informations a priori. De part l'optimisation des choix des vues, du support de la reconstruction et d'une régularisation adapté, plusieurs contributions ont été faites afin d'optimiser la qualité du processus globale. Les résultats de chaque partie ont été publié et testé dans cette thèse sur une pièce expérimentale.
 

Caractérisation vibratoire de structures par méthodes inverses et mesures plein champ

Doctorant : Nicolas Madinier

Laboratoire INSA : LVA

École doctorale : ED162 : MEGA de Lyon (Mécanique, Énergétique, Génie civil, Acoustique)

Le développement de nouveaux matériaux alliant résistance mécanique et légèreté est un enjeu d'actualité dans de nombreux secteurs industriels. Afin de pouvoir utiliser ces matériaux, il est nécessaire de connaître leurs propriétés mécaniques. Pour les déterminer, des méthodes inverses analysant le comportement vibratoire de la structure peuvent être utilisées. Dans ce travail de thèse, deux méthodes sont utilisées : la Résolution Inverse (RI) et la Méthode des Champs Virtuels (MCV).
Dans un premier temps, les méthodes sont appliquées avec la déflectométrie optique, une méthode de mesure plein champ. L'utilisation de cette méthode de mesure avec les deux méthodes inverses permet d'obtenir des cartographies précises de la rigidité de flexion et de l'amortissement de la structure étudiée. La déflectométrie optique mesure les pentes du champ de déplacement. Une opération de gradient inverse permet de remonter au champ de déplacement. Afin de supprimer cette opération, le développement de formalismes sur les pentes de RI et de la MCV est proposé. Ces formalismes sont testés avec des simulations numériques puis une étude expérimentale est présentée.
Dans un second temps, une variante de la MCV est développée. Cette variante a pour but d'appliquer la méthode en hautes fréquences où RI et la MCV ne sont plus applicables. La Résolution Inverse Corrigée est une variante de RI qui a pour but d’appliquer la méthode dans les hautes fréquences.
La variante de la MCV qualifiée de Méthode des Champs Virtuels Adaptée en Fréquence consiste à déterminer à chaque fréquence la taille de l’intervalle d’intégration des intégrales du Principe des Travaux Virtuels (une forme faible de l'équilibre local sur laquelle se base la MCV). Elle est développée pour la poutre d'Euler-Bernoulli et la plaque de Love-Kirchhoff et est testée sur des données expérimentales pour identifier la rigidité de flexion complexe d'une plaque amortie localement.

 

« Advanced signal processing methods for source identification using references »

Doctorant : Muhammad Nabil Mustafa ALBEZZAWY

Laboratoire INSA : LVA

École doctorale : ED162 : MEGA de Lyon (Mécanique, Energétique, Génie civil, Acoustique)

Les techniques de référence à rang réduit sont couramment employées pour résoudre les problèmes d’extraction de source et de resynchronisation de champs physiques, lorsque le nombre de références dépasse celui des sources incohérentes. Dans ce cas, la matrice inter-spectrale devient mal conditionnée, rendant la solution des moindres carrés invalide. Bien que la décomposition en valeurs singulières tronquée (DVST) soit utilisée pour résoudre ce problème, elle n'est valable que pour un bruit scalaire sur les références. De plus, il est difficile de définir un seuil de troncature lorsque les valeurs singulières diminuent progressivement. Cette thèse propose une solution nommée technique de référence maximale-cohérente (RMC), basée sur la recherche d’un ensemble de références virtuelles maximalement corrélées avec les mesures de champ. Cette technique est optimale, surtout en présence d’un bruit corrélé sur la référence. Cependant, elle nécessite également une troncature des valeurs propres, exigeant la connaissance ou l’estimation préalable du nombre de sources incohérentes, un problème inverse mal posé et peu étudié. La thèse présente trois méthodes d’énumération des sources applicables à toutes les techniques de référence : un test du rapport de vraisemblance contre le modèle saturé, une technique de bootstrap paramétrique et une approche de validation croisée. Une étude comparative basée sur des données numériques et expérimentales montre deux résultats importants. D'abord, le nombre de fenêtres spectrales utilisées affecte grandement la performance des trois méthodes, qui se comportent différemment selon ce nombre. Ensuite, le bootstrap paramétrique s’avère être la meilleure méthode en termes de précision et de robustesse par rapport au nombre de fenêtres utilisées. Enfin, la technique RMC accompagnée de bootstrap a été utilisée pour l’extraction de source et la resynchronisation de données réelles provenant d’expériences en laboratoire et d’un moteur électrique, fournissant de meilleurs résultats que la solution des moindres carrés et la DVST dans les mêmes conditions.

 

Order-based beamforming and its application to rotating machines

Doctorant : Kalasagarreddi KOTTAKOTA

Laboratoire INSA : LVA

École doctorale : ED162 : MEGA de Lyon (Mécanique, Energétique, Génie civil, Acoustique)

Dans les machines tournantes, l'identification des sources de bruit joue un rôle essentiel dans le raffinement acoustique. Lorsque ces machines fonctionnent à des vitesses variables, les techniques traditionnelles de formation de voies basées sur la fréquence ne sont plus appropriées car les phénomènes vibroacoustiques générés sont non stationnaires et comportent des tonalités modulées appelées ordres. Le suivi d’ordre est une méthode importante pour traiter les mesures à vitesse variable qui permet d'extraire les ordres, dont les fréquences évoluent proportionnellement à la vitesse de l'arbre de référence. Cette thèse présente une technique appelée Order-Based Beamforming(OBBF) qui combine la formation de voies et le suivi d’ordre pour réaliser une imagerie acoustique sur les ordres. L'OBBF établit une correspondance entre les enveloppes complexes des signaux du réseau de microphones et de la source, ce qui permet d'identifier les sources de bruit tonales en vitesse variable. L'OBBF produit des films sur le rayonnement de la source, chaque image représentant une carte de formation de voies à un régime donné. La thèse présente également le Multi-Pass Order-Based Beamforming(MPOBBF), une application de l'OBBF. Cette méthode permet la resynchronisation des champs sonores tonaux, capturés séquentiellement à partir de multiples mesures d’antenne microphonique à vitesse variable, avec la connaissance de la position angulaire de l'arbre. Les enveloppes complexes d'un ordre extraites de plusieurs mesures séquentielles sont concaténées en un seul ensemble de données, sur lequel l'OBBF est appliqué pour identifier les sources de bruit tonal. La solution proposée permet d'agrandir ou de densifier synthétiquement les antennes microphoniques devant des objets 3D en les capturant successivement à l'aide d'un réseau mobile. Les deux techniques sont détaillées et évaluées à l'aide de simulations numériques et de données obtenues sur un banc d'essai de moteur à induction.