Brevet FR2346306A1 — publié le 19771028

La présente invention a trait à des matériaux absorbant les vibrations acoustiques se progageant dans liteau. Ces matériaux sont utilisés pour éliminer les réflexions indésirables, par exemple sur les appareillages d'acoustique sous-marine ou surales parois de cuves anéchorques. I1 est connu de disperser des charges de forte densité telles que des métaux dans des liants (élastomères ou matériaux plastiques) pour obtenir des matériaux absorbants. Or, de tels matériaux ont un pouvoir d'absorption limité en raison de leur pouvoir réfléchissant. En effet, les deux coefficients d'absorption et de réflexion Re sont liés par la formule Re x étant la longueur d'onde de l'onde acoustique. Les matériaux selon l'invention dont le pouvoir d'absorption est très élevé sont caractérisés en ce qu'ils sont constitués d'une base comportant un liant sur laquelle sont disposés des volumes identiques remplis d'une charge en métal de forte densité noyée dans du liant, la section desdits volumes par une surface parallèle à la base allant en décroissant d'une façon continue è mesure que l'on s'éloigne de la base, lesdits volumes étant noyés dans du liant. Grâce aux matériaux selon l'invention, on r éliminé les réflexions indésirables qui sont d'autant plus fortes que lI impédance acoustique de deux milieux contigus est différente. En effet, dans ces matériaux, cette impédance augmente d'une façon continue comme varient les sections des volumes lorsqu'on se rapproche de la base. Le liant peut être un matériau visqueux non polymérisé, qui est polymérisé après introduction des charges, par exemple : polyuréthannes, silicones, résines, epoxy, polyesters, etc. Le liant peut également être un matériau solide thermoplastique ou un élastomère, par exemple : polyéthylène, polypropylène, polyolefines chlores, fluorées, sulfochlorées, copolymères ou terpolymères, éthylène/propylène, copolymères éthylènelacétate de vinyle, copolymère éthylène/acide acrylique, copolymères chlorure de vinyle/acetate de vinyle, copolymères chlorure de vinyle/chlorure de vinylidène, caoutchouc naturel, caoutchoucs synthétiques tels que polybutadiène-polyisobutylène, polybutadiène-polys tyrolène, polybutadiène nitrile acrylique, polychloroprène, silicones etc. Ces matériaux peuvent être plastifiés et peuvent renfermer des adjuvants classiques : stabilisants, antioxydants, etc. La charge peut être choisie parmi les métaux de densité élevée tels que le fer, plomb, molybdène, tungstène, etc. ou parmi leurs alliages ou leurs composés (oxydes, sels, etc.). Cette charge est sous la forme de poudre, de paillettes, de fibres, de billes, etc. Lesdits volumes peuvent avoir par exemple la forme de pyramides entières ou tronquées, de cônes ou de troncs de cône, de calottes sphériques, de portions de cylindres inférieurs à des demi-cylindres et limités par un plan parallèle a l'axe, ou de gaufrures. Pour fabriquer les pièces ayant un tel volume et constituees d'une dispersion de charge dans un liant on opère par moulage. On peut mouler des pièces isolément ou par groupes plus ou moins importants. On peut juxtaposer les pièces ou laisser entre elles un écartement déterminé. Les moulages peuvent être obtenus à partir d'empreintes dans lesquelles on verse une dispersion de la charge ou des charges dans un liant préalablement amené à une viscosité convenable et ayant une composition telle qui se polymérise dans les empreintes. On peut aussi utiliser les méthodes traditionnelles de moulage, par compression, injection, transfert, etc. pour obtenir des pièces à partir de matériaux thermoplastiques ou d'élastomères dans lesquels on aura au préalable incorporé la ou les charges. On peut obtenir un matériau peu réfléchissant en collant ces pièces par leur base sur un socle mince fait du liant pur ou renfermant lui-mEme des charges. On peut aussi obtenir un tel matériau en moulant dans un moule convenable à multiples empreintes un ensemble de ces pièces et un socle mince les réunissant par leur base. I1 peut être commode de disposer d'un matériau dont la surface soit plane, ce qui en diminue la fragilité et en facilite ltemploi. On peut obtenir un matériau peu réfléchissant ayant une surface plane en utilisant les matériaux décrits plus haut obtenus par collage des pièces cylindriques, gaufrées, pyramidales, coniques ou hémisphériques sur un socle ou par moulage simultané des pièces et du socle, et en noyant ces pièces dans un matériau plastique ou élastomérique ne renfermant pas de charges ou an renfermant qu'un taux très faible, inférieur à celui que contiennent les extrémités les plus minces des pièces. L'emploi de tels matériaux peut être grandement facilité si on peut les amener à épouser des surfaces courbes plus ou moins complexes. On peut à cet effet utiliser un matériau tel que décrit ci-dessus, obtenu par exemple par moulage direct du socle et des pièces cylindriques, gaufrées, pyramidales, coniques ou hémisphériques.On peut faire épouser au socle la face interne ou externe d'un secteur cylindrique ou les faces successivement convexes et concaves d'une surface ondulée ou de portions de la surface d'une sphère. I1 est alors possible, en utilisant une plaque de courbure analogue, dont la surface porte un revêtement anti-adhésif, que l'on maintient à une distance convenable de la surface qu'épouse le socle, de former un moule temporaire qu'on pourra remplir de liant pour noyer les parties saillantes et qu'on éliminera auprès polymérisation du liant. Selon la longueur des ondes dont on désire atténuer la réflexion, on peut faire varier la nature et la grosseur des charges et les dimensions des côtes cylindriques, des gaufrages, pyramides, cônes ou calottes sphériques. Leur hauteur peut atteindre plusieurs dizaines de centimètres pour les fréquences de l'ordre du kilohertz ou quelques millimètres pour les fréquences de l'ordre du mégahertz. On peut utiliser des matériaux présentant simultanement des c8tes cylindriques, des gaufrages, pyramides, cônes ou calottes sphériques de différentes dimensions. La présente invention sera mieux comprise en se reportant aux divers exemples qui vont suivre. La mesure des propriétés acoustiques des matériaux sera effectuee de la manière suivante : on calculera le rapport entre la tension VR' enregistrée par un hydrophone placé à une distance convenable d'une plaque plane de matériau prealablement collée sur une plaque métallique réfléchissante et recevant tonde réfléchie par l'ensemble matériau/plaque métallique, et la tension VR enregistrée par ce même hydrophone recevant l'onde réfléchie par la plaque métallique seule. La mesure que nous appellerons coefficient anéchorque sera exprimée en vR' décibels et sera égale à 20 fois log EXEMPLE I. On moule en résine de polyuréthanne des pyramides à base carrée de 30 de côté et 25 me de hauteur renfermant chacune 50 grammes de billes de plomb de 1,75 mn de diamètre. Sur une lame de résine polymérisée de 5 mn d'épaisseur on en dispose jointivement 81 de manière è couvrir une surface carree de 270 mn de côté. On place le tout dans un moule carré de 300 mn de côté et on coule une résine de polyuréthanne pour enrober l'ensemble. Après polymérisation la plaque obtenue a 30 mn d'épaisseur et présente un coefficient anéchoique allant de -6 a -12 dB entre 5 et 20 kHz. EXEMPLE 2. On opère comme dans l'exemple 1 mais avec des pyramides de 40 mn de côté et 50 mn de hauteur renfermant chacune 105 grammes de billes de plomb de 1,75 mn de diamètre. Sur une lame de résine polymérisée de 5 mn d'épaisseur on en dispose jointivement 49 de manière a couvrir une surface carrée de 280 mn de côté. On place le tout dans un moule carré de 300 mn de côté et on coule une résine de polyuréthanne pour enrober l'ensemble. Après polymérisation, la plaque obtenue a 55 mn d'épaisseur et présente un coefficient anéchoique voisin de -10 dB entre 5 et 10 kHz et de -15 dB entre 10 et 20 kHz. EXEMPLE 3. Dans un moule carré portant en creux, juxtaposees,-8l--empreintes de pyramides de 30 mm de côté et 25 mn de hauteur, on dispose des billes de plomb et on verse une résine de poiyuréthanne. Chaque empreinte de pyramide contient 50 grammes de billes de plomb. On coule en outre un socle de résine de 5 uni d'épaisseur qui réunit toutes les pyramides par leur base. Après polymérisation on démoule 1 'ensemble et on le colle sur la face concave d'un secteur cylindrique de stratifié verre-silicone de 500 mn de rayon. On place, concentriquement à la première surface verticale concave, la face convexe d'un secteur cylindrique analogue de 465 uni de rayon. On obture les extrémités radiales et on coule entre les deux surfaces concentriques une résine de polyuréthanne. Après polymérisation et démoulage on obtient un élément de matériau composite ayant la forme d'un secteur cylindrique de 35 mm d'épaisseur radiale dont la face concave est peu réfléchissante. EXEMPLE 4. On prépare un moule de caoutchouc silicone ou un moule métallique recouvert d'un enduit anti-adhésif, présentant en creux un relief du type "pointes de diamant", constitué par des pyramides jointives de 5 mn de côté et 3 uni de hauteur. On coule dans ce moule un mélange de résine de polyuréthanne et de poudre de plomb (1,5 kg de poudre de plomb pour 900 grammes de resine de polyuréthanne). Lorsque la résine a ulne viscosité suffisante on homogénéise bien le mélange et on le coule de telle maniere que l'on obtienne une plaque de 5 mm d'épaisseur totale. Après polymérisation et démoulage on place la face plane de la plaque obtenue sur une surface plane et on coule de la résine de polyuréthanne pour noyer le relief de la seconde face.On obtient ainsi une plaque de 6 mn d'épaisseur présentant a 100 kHz un coefficient anécholque de -15 dB. EXEMPLE 5. On opère comme dans l'exemple 1 mais la lame de 5 mm d'épaisseur sur laquelle on dispose jointivement les pyramides renferme 600 grammes de billes de plomb de 1,75 mn de diamètre uniformément réparties. La plaque obtenue présente un coefficient anécho;que allant de -8 a -14 dB entre 5 et 20 kHz. EXEMPLE 6. On moule par compression, et on vulcanise partiellement, selon la technique classique de l'industrie du caoutchouc, des pièces pyramidales de 40 mm-de côté et 50 mn de hauteur. Le mélange cru utilisé pour ce moulage renferme, outre un élastomère de base et les adjuvants classiques (agents de plastification, de vulcanisation, de stabilisation, etc.), de la poudre de plomb, à raison de 400 grammes de poudre de plomb pour 200 grammes du mélange d'élas tomère et d'adjuvants. Dans un second temps, on place dans le fond d'un moule parallélépipédique de 300 x 300 x 50 mm une feuille calandrée de 300 x 300 x 5 nain faite d'un mélange cru renfermant le même élastomère de base et les mêmes adjuvants que les pyramides mais ne renfermant pas de plomb. On dispose dessus 49 des pyramides précédemment seml-vulcanisées et on achève de remplir le moule avec un léger excès du méme mélange cru exempt de plomb. On vulcanise l'ensemble en opérant par compression entre les plateaux d'une presse. On obtient une plaque de 55 mn d'épaisseur présentant un coefficient anéchoique de -10 dB entre 5 et 10 kHz et de -15 dB entre 10 et 20 kHz. REVENDICATIONS 1/ Matériaux absorbant les vibrations acoustiques se propageant dans l'eau, caractérisés en ce qu'ils sont constitués d'une base comportant un liant sur laquelle sont disposés des volumes identiques remplis d'une charge en métal de forte densité noyée dans du liant, la section desdits volumes par une surface parallèle à la base allant en décroissant d'une façon continue à mesure que l'on s'éloigne de la base, lesdits volumes étant noyas dans du liant. 2/ Matériaux selon la revendication 1, caractérisés en ce que le liant est un élastomère. 3/ Matériaux selon la revendication 1, caractérisés en ce que le liant est un matériau plastique polymérisable. 4/ Matériaux selon l'une des revendications précédentes, caractérisés en ce que lesdits volumes sont des pyramides.