Brevet FR2462522A1 — publié le 19810213

L'objet de la présente invention est un panneau modulaire d'isolation acoustique qui constitue un système complexe agissant par absorption plus que par réflexion des ondes sonores et qui allie à ses qualités acoustiques, celles d'un faible encombrement, de légèreté et d'incombustibilité. Lorsqu'une onde sonore frappe une paroi avec une énergie I, une partie de l'énergie des vibrations sonores It est transmise à travers la paroi, une partie 1r est réfléchie, le solde 1a est absorbé dans la paroi, soit I = It +1r + Ia Le coefficient d'absorption a d'une paroi se définit par a = 1a Avec le développement de l'industrie, de la concentration v urbaine et des moyens de transport, la lutte contre le bruit sous toutes ses formes prend au sein de notre société une place sans cesse croissante et prépondérante. L'accroissement des besoins d'équipement en isolation acoustique s'oriente vers trois domaines prioritaires - L'isolation de machines ou d'ateliers. - Les transports, notamment au travers de mise en place d'écrans ou murs anti-bruit. - L'habitat et les locaux publics. Il est courant, de nos jours, de disposer des écrans le long des autoroutes ou autour des installations bruyantes pour protéger le voisinage. Ces écrans sont, le plus souvent, des écrans réfléchissants en matériau étanche tel que de la maçonnerie, du verre ou de la matière plastique. Leur efficacité est fonction de leur masse qui les empêche de rentrer en résonnance. Ce type d'écran étanche réfléchit les ondes sonores sans guère les absorber. Il protège bien la zone "à l'ombre" de l'écran par rapport à la source sonore, mais contribue, au contraire, à accroître le bruit du côté où les ondes sont réfléchies. Dans la plupart des cas, il est bien préférable d'absorber les ondes sonores plutôt que de les réfléchir. Pour cela, on utilise souvent des matériaux poreux tels que le feutre de laine ou les panneaux perforés qui transforment l'énergie mécanique des ondes sonores en énergie thermique par friction des molécules d'air dans des cavités. De plus, les matériaux poreux, s'ils sont également élastiques, ce qui est le cas général, transmettent peu les bruits par conduction. Cependant, ces matériaux poreux, constitués de feutre, de plastique, de fibres de bois, de laine minérale ou de laine de verre, ont généralement une faible masse spécifique et absorbent mal par eux-memes les vibrations. Leur porosité même permet aux vibrations résiduelles, qui n'ont pas été absorbées, de se propager au-delà de l'écran.Ces matériaux permettent de fabriquer des écrans absorbants mais médiocrement isolants pour le voisinage se trouvant dans la "sone d'ombre". Il est ainsi courant de doubler une paroi jugée insuffisamment~isolan- te par une seconde plus légère en matériaux agglomérés tels qu'une plaque de bois aggloméré de plastique ou de plâtre. L'intervalle entre les deux parois est, en général, garni de matériau peu rigide tel que de la laine minérale qui assure une liaison élastique entre les parois tout en contribuant à l'absorption des vibrations. Les propriétés d'isolement et d'amortissement du plomb sont étalement bien connues en particulier dans les fréquences basses et movennes. Sa forte densité lui permet de bloquer les vibrations par son inertie mécanique sous un faible volume. Son faible module d'élasticité et sa grande malléabilité font qu'il rentre difficilement en résonnance, réfléchit mal les sons et les transmet également mal par conduction. La grande malléabilité du plomb permet de laminer des feuilles très minces et. cependant. sans porosité. ceci jusqu a des épaisseurs de l'ordre de 20 microns. Les feuilles minces ainsi obtenues doivent être renforcées mécaniquement par collage sur un tissu, une feuille de papier ou tout autre support. Elles sont économiques et ont encore d'excellentes propriétés acoustiques. Le plus souvent, des feuilles minces de plomb sont utilisées pour rendre étanche et alourdir des panneaux de particules qui, par ailleurs, protègent la feuille, comme l'indique le brevet FR. 2 088 967. Le brevet FR. 2 237 627 donne également un bon exemple d'utilisation d'écran mince en plomb. Les structures indiquées dans le brevet FR. 2 088 967 peuvent encore être améliorées. C'est l'objet de la présente invention qui concerne un nouveau type de panneau composite où sont associées les propriétés absorbantes et isolantes des membranes souples en plomb, les propriétés absorbantes de couches poreuses et élastiques, ces couches étant utilisées de plus comme un support élastique de la membrane en plomb, dont eIlfs-rfnforcent ltefficacité, enfin les propriété isolantes et-réfléchissantes d'une paroi rigide servant de support à 1 ensembleL élément principal du panneau objet de l'invention est une membrane en plomb qui se trouve soutenue et protégée des agressions extérieures sans cependant adhérer à aucun élément rigide, qui puisse lui Sire perdre ses qualités de souplesse. L'efficacité de la membrane en plomb se trouve notablement renforcée du fait qu'elle est maintenue de façon élastique entre deux couches poreuses à l'intérieur d'un panneau dont tous les éléments contribuent à absorber les vibrations sonores. La membrane apporte ses qualités d'absorption et d'isolement. Les couches poreuses absorbantes, mais non isolantes, sont complémentaires de la membrane. Enfin, les ondes sonores qui n'auraient pas été complétement absorbées par la membrane mince ou les couches poreuses viennent buter contre une paroi rigide qui les réfléchit sur les couches absorbantes précédentes et isole com plétement l'arrière du panneau. Ainsi, le panneau objet de l'invention est constitué d'un caisson rigide sur le fond duquel sont fixées successivement une couche absorbante de matériau élastique et poreux, puis une feuille mince de plomb formant membrane qui est elle-même solidaire d'une seconde couche de matériau poreux et élastique maintenant et protégeant l'avant de la feuille de plomb.Ces diverses couches de matériaux sont maintenues plaquées élastiquement contre le fond rigide du panneau par une tôle perforée formant la face avant du panneau par rapport à la source sonore Le fond rigide constitue un écran qui réfléchit vers l'avant les ondes qui n'avaient pas été absorbées. Le panneau se présente de préférence sous forme d'élément modulaire qui permet de réaliser aisément des écrans de grande dimension. De préférence, un espace vide est réservé entre la seconde couche poreuse à l'avant de la feuille de plomb et la tôle perforée. Celle-ci n'est en contact avec la seconde couche poreuse que par endroits, par exemple par l'intermédiaire de nervures régulièrement espacées, formées dans la tôle et orientées vers le fond du caisson. Seuls les sommets des nervures appuient la seconde couche poreuse vers le fond rigide et appliquent ainsi élastiquement les couches absorbantes superposées contre le fond rigide. L'épaisseur de ces nervures correspond à celui de l'espace vide. Il est, de préférence, compris entre 10 et 40 niai. Les dimensions et formes de perforations de la tôle constituant la face avant du panneau sont également définies pour contribuer à l'absorption des ondes sonores incidentes. Le pourcentage de vide de la tôle est en général compris entre 35 t et 60 t. La feuille de plomb formant menbrane continue est soutenue et renforcée par un double voile de tissu, le plus souvent du tissu de verre, la prenant en sandwich. L'épaisseur de la feuille de-plomb est, en général, comprise entre 50 et 500 microns selon la fréquence des vibrations et, de façon générale, le problème à résoudre. Les deux couches élastiques et poreuses situées de part et d'autre de la membrane en plomb sont généralement réalisées dans des matériaux fibreux ou alvéolaires ayant une densité apparente comprise entre 20 et 200 kg/m3. On donne à chacune de ces couches une épaisseur comprise entre 10 et 100 mm. Pour certaines applications, on réalise ces couches élastiques et poreuses en matériaux alvéolaires tels que des mousses de matières plastiques. Enfin, pour assurer une bonne cohésion de l'ensemble, les diverses couches de matériaux peuvent être collées entre elles et sur le fond ainsi que sur les faces internes du cadre du panneau. La tôle perforée constituant la face est fixée élastiquement au cadre par exemple par un rebord du cadre qui est retourné vers le centre. L'invention sera mieux comprise par la description ci-après d'un exemple particulier qui est également représenté sur les figures jointes. La figure 1 représente une coupe partielle d'un panneau. La figure 2 représente, à plus petite échelle, une vue en plan de panneaux montés sur des poteaux en bordure d'un autoroute. Sur la figure 1, on voit un caisson rigide constituant l'armature du panneau. Il est formé par un fond 1 en tôle pleine et un cadre métallique 2 dont le bord 3 est rabattu vers le centre pour retenir une tôle perforée 4 qui forme l'avant du caisson orienté vers la source sonore. La hauteur totale h du cadre est de 125 mn. Ses parties métalliques sont en aluminium pour être plus légères et avoir une bonne résistance à la corrosion. On voit que le bord 3 du cadre est retourné en forme de Z pour assurer un coincement élastique de la tôle perforée 4. Cette tôle d'épaisseur 1 mm est perforée de trous de 2 mn avec un taux de perforation de 35 Oo. Sur le fond 1 est collée une première couche 5 de laine minérale d'épaisseur 40 mn et de densité 35 kg/m3. A l'avant de la couche 5, se trouve une feuille de plomb 6 d'épaisseur 300 microns. Cette feuille 6 est elle-même prise en sandwich entre deux tissus minces 7 8 de fibres de verre non tissé. Enfin, la feuille de plomb est recouverte d'une couche 9 de laine minérale d'épaisseur 30 inn et de densité 80 kg/m2. Cette couche 9 est elle-même renforcée par un tissu en fibre de verre 10 collé sur sa face avant. Ce tissu 10 répartit la poussée des nervures 11 de la tôle 4 sur la couche 9. Les nervures 11 orientées vers le fond du caisson créent un espace vide 12 de 20 mn d'épaisseur entre le tissu en fibre de verre 10 et la tôle perforée 4. Grâce aux ner vures 11 et à la fixation élastique de la tôle 4 sur le cadre 2 par son bord retourné 3, on a une légère compression de l'ensemble contre le fond 1 qui assure la cohésion de l'ensemble malgré les vibrations et souffles dûs au passage des véhicules. Ainsi, les vibrations acoustiques venant vers le panneau dans le sens de la flèche V sont d'abord cassées et amorties selon un processus bien connu de précontrainte contre la tôle perforée 4. Les vibrations qui traversent les trous 13 ou sont transmises parla tôle 4, s'amortissent quelque peu à travers la couche poreuse et élastique 9 avant de venir buter contre la feuille de plomb 6. Celle-ci étant maintenue par deux couches élastiques 5 et 9 ne transmet aucune vibration au panneau et, à fortiori, à son support, mais absorbe les phénomènes vibratoires.L'énergie des vibrations sonores est principalement dissipée sous forme d'énergie thermique dans les molécules d'air emprisonnées dans les couches poreuses S et 9 ata de la feuille de plomb 6. Cette énergie est egleneat partiellement absorbée dans la couche d'air 12 se trouvant erprisonnee entre la tôle perforée 4 et la couche poreuse 9 ainsi que dans la couche d'air immédiatement à l'avant de la tôle 4. On voit que la feuille de plomb 6 est tendue en avant du fond 1 de fa çon élastique sans être liée directement à aucun élément rigide de panneau, sauf à sa rencontre avec le cadre 2. On bénéficie ainsi intégralement de l'ef- fet de membrane souple en matériau dense. La membrane 6 mince et fragile est parfaitement abritée aussi bien contre les intempéries que les chocs. Cette membrane en matériau dense 5 malléable et sans porosité est un excellent écran doué d'un très faible pouvoir réflecteur. Les deux couches poreuses 5 et 9 ainsi que la tôle perforée 4 assurent la protection en même temps que le maintien en place de la feuille 6, contribuent elles-mêmes à absorber les sons. Enfin, la tôle pleine formant le fond 1 du caisson constitue un ultime écran qui réfléchit vers l'avant, c'est-à-dire vers la source, les ondes sonores qui n'auraient pas été complétement absorbées. Les ondes réfléchies doivent traverser en retour la feuille de plomb et les deux couches poreuses 5 et 9 et se trouvent pratiquement complétement absorbées. Les épaisseurs des couches élastiques et poreuses 5 et 9 ainsi que la feuille de plomb 6 seront déterminées en fonction des problèmes à résoudre, en particulier de l'intensité du bruit ainsi que des gammes de fréquence des ondes sonores à absorber. On a une combinaison particulièrement efficace des effets d'écran et d'absorption, de l'effet de membrane souple très efficace pour les fréquences graves, de l'effet de porosité efficace pour les fréquences aigües. Le vide 12 entre la tôle perforée 4 et les éléments absorbants 9, 6, 5 évite la coniensation de l'humidité à l'arrière de la tôle. Les panneaux, objets de l'invention, sont généralement fabriqués en dimensions de 1,50 x 2,00 m pour être aisément manipulables. Ils sont montés entre poteaux 14 le long des routes 15, comme représente figure 2. Ils peuvent être disposés en prolongement les uns des autres en formant un mur absorbant rectiligne ou en arc de cercles comme représenté ici. Leur légèreté et facilité de mise en place les fait recommander pour emploi en surplomb pour la couverture des routes urbaines. Ils peuvent également être utilisés en isolation industrielle pour isoler une machine déterminée. Ces panneaux peuvent être considérés comme pratiquement incombustibles car la colle, seul élément combustible, n'entre que pour une très faible part dans leur fabrication. Si les éléments métalliques, y compris les poteaux 14 sont réalisés en aluminium, on a des éléments peu rigides. En cas de choc, ils subissent une déformation qui sera un élément de sécurité par comparaison aux écrans en béton le long des autoroutes. REVENDICATIONS 10/ - Panneau modulaire d'isolation acoustique par effet membrane constitué d'un caisson rigide sur le fond duquel sont fixes successivement une couche absorbante de matériau élastique puis une feuille mince de plomb formant membrane, caractérisé en ce que cette feuille de plomb 6 est elle-même solidaire d'une seconde couche de matériau absorbant élastique 9, ces diverses couches de matériaux étant maintenues plaquées élastiquement contre le fond rigide 1 par une tôle perforée 4 formant la face avant du panneau. 20/ - Panneau selon revendication 1, caractérisé en ce que un espace vide 12 est réservé entre la seconde couche élastique 9 et la tôle perforée 4. 30/ - Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la tôle perforée 4 comporte des nervures 11 également espacées et orientées vers le fond 1 du caisson, ces nervures rentrant seules au contact de la couche 9 en appliquant élastiquement les couches absorbantes du panneau contre le fond. 40/ - Panneau selon revendication 3, caractérisé en ce que l'épais- seur des nervures est comprise entre 10 et 40 inn. 50/ - Panneau selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le pourcentage de vide de la tôle perforée 4 est de l'ordre de 35 à 60 t. 60/ - Panneau selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les deux couches élastiques 5 et 9 prenant la feuille de plomb en sandwich sont réalisées en matériaux fibreux ou alvéolaires tels que la laine minérale. 70/ - Panneau selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou'5, . caractérisé en ce que les couches élastiques 5 et 9 sont réalisées en matière alvéolaire telle qu'une mousse de matière plastique. 80/ - Panneau selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que les couches élastiques 5 et 9 ont une densité apparente comprise entre 20 et 200 kg/m3 et que leur épaisseur est comprise entre 10 et 100 mm. 9 / - Panneau selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que une couche mince de tissu est collée sur chaque face de la feuille de plomb 6.