Brevet FR2580286A1 — publié le 19861017

MATERIAU ANECHOIQUE ALLEGE La présente invention se rapporte aux matériaux anécholques qui permettent d'absorber les ondes sonores et ultra-sonores afin de diminuer l'écho provoqué par les corps sur lesquels ce matériau est appliqué et de permettre ainsi de limiter les possibilités de détection par sonar. On sait fabriquer des matériaux anéchoiques destinés à tapisser les parois d'une chambre sourde afin d'absorber les vibrations sonores qui se propagent dans l'air. On utilise pour cela de la laine de verre rigidifiée puis taillée en forme de tronc de pyramide. Dans le cas des objets immergés dans l'eau, les sous-marins par exemple, on utilise une matrice en polymère telle que du silicone contenant une dispersion de charges denses telles que des particules de plomb. Ce matériau est appliqué en couche sur l'objet à protéger et cette couche est éventuellement moulée sous forme de troncs de pyramide. Les résultats obtenus sont relativement bons, mais la densité du matériau est excessive et vient alourdir d'une manière trop importante les objets qui doivent flotter entre deux eaux. Pour pallier cet inconvénient, et améliorer de plus les qualités anéchoiques, I'invention propose d'utiliser comme matériau une matrice viscoélastique faite par exemple d'un polyuréthanne contenant des billes creuses et un faible pourcentage de charge dense et de bulles d'air. On obtient ainsi un matériau dont la densité est très voisine de celle de l'eau et qui par ailleurs présente une impédance acoustique également très proche de celle de l'eau et une très bonne absorption des ondes sonores et ultrasonores. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif. Dans les matériaux anécholques connus la matrice viscoélastique est un silicone de densité relativement élevée et le produit dispersé dans cette matrice de la poudre de plomb, dont la densité est bien évidemment très élevée elle aussi. Le mécanisme d'absorption des ondes sonores à l'intérieur d'un tel matériau n'étant pas bien connu, il n'y avait aucune raison pour que le silicone d'une part et la poudre de plomb d'autre part soient les matériaux les mieux adaptés à cet usage. On a donc tenté de les remplacer par d'autres matériaux d'une manière relativement empirique, tout en s'efforçant d'abaisser l'impédance acoustique du produit pour en réduire la réflectivité. C'est ainsi qu'on a utilisé comme matrice du polyuréthanne et comme charge des micro-billes creuses. De telles micro-billes d'un diamètre de quelques dizaines de microns sont notamment disponibles auprès de la Société Glaverbel qui fournit des micro-billes de verre, et de la Société Union Carbide qui fournit des micro-billes de bakélite. Les essais portant sur un tel produit ont montré que sa densité était bien plus faible que celle des matériaux connus, ce qui est normal compte tenu des matériaux de base utilisés, et que la valeur de l'absorption acoustique était très bonne, ce qui est un résultat surprenant en raison de la nature fondamentalement différente de la poudre de plomb et des micro-billes. Toutefois dans un tel mélange la vitesse des ondes sonores est assez différente de celle dans l'eau, ce qui est gênant puisque, comme on le sait, on tente d'adapter ces deux vitesses. Une première méthode pour modifier cette vitesse consiste à introduire un pourcentage relativement faible de poudre de plomb de manière à ajuster la vitesse en jouant sur deux paramètres au lieu d'un seul. L'analyse des variations des résultats obtenus fait penser que la présence d'air, introduit de manière à peu près inévitable lors des opérations de mélange, tend elle aussi à modifier de manière significative la vitesse des ondes sonores. En effet, il y a tout lieu de croire que cet air se présente sous la forme de petites bulles de quelques dizaines de microns de diamètre que l'on peut alors assimiler à des micro-bulles d'air dont le rôle est semblable aux micro-billes de verre et aux micro-billes de bakélite, puisque cellesci sont creuses et que leurs parois sont fort minces. Dans ces conditions, plutôt que de tenter d'éviter la présence de cet air, par un dégazage par exemple, on a délibérément introduit celuici lors du brassage du mélange de manière à en avoir un pourcentage sensiblement connu à l'avance et à mieux maitriser la composition du matériau. On dispose ainsi d'un paramètre supplémentaire pour pouvoir ajuster les différentes caractéristiques souhaitées pour le matériau anécholde. A titre d'exemple, on a réalisé un premier produit de faible densité et d'impédance acoustique légèrement supérieure à celle de l'eau en mélangeant 60 % de résine de polyuréthanne avec 39 % de micro-billes de verre et 1 % de poudre de plomb. Ce premier matériau a une masse volumique de 880 kglm3, une célérité sonore de 1927 m/s, et une impédance acoustique de 1695.103 kg/m 2/s. En introduisant dans ce premier produit au cours de la préparation 10 % en volume d'air, ces caractéristiques deviennent 800 kg/m3, 1260 m/s, et 995.103 kg/m2/s. Le coefficient d'absorption mesuré pour ce matériau varie de 8 dB/cm à une fréquence de 100 kHz, à 30 dB/cm à une fréquence de 500 kHz. En utilisant alors ce matériau sous la forme d'une lame plane d'environ 10 millimètres d'épaisseur, on obtient alors un coefficient anécholque de l'ordre de -10 dB entre 100 et 500 kHz. Si on l'utilise sous une forme présentant une structure pyramidale d'épaisseur semblable à celle de la lame précédente, le coefficient anécholque est alors de -13 dB dans la même bande de fréquence. Un exemple de réalisation d'un deuxième produit plus dense consiste à mélanger 60 % de résine de polyuréthanne avec 35 ,6 de micro-billes de verre et 5 % de poudre de plomb. Ce matériau présente une masse volumique de 1320 kg/m3, une célérité sonore de 1600 m/s, et une impédance acoustique de 2112.103 kg/m2/s. En introduisant alors dans ce second matériau 5 % de volume d'air, ces caractéristiques deviennent 1260 kg/m3, 1120 m/s, et 1411.103 kg/m2/s. On obtient dans ces conditions un coefficient d'absorption qui passe de 15 dB/cm à une fréquence de 100 kHz à 45 dB/cm à une fréquence de 500 kHz. Le coefficient anécholque d'un tel matériau pour une lame plane d'environ 10 millimètres d'épaisseur est de tordre -12 dB entre 100 et 500 kHz. Ce coefficient anéchoîque passe à -16 dB dans la même bande de fréquence pour une structure pyramidale d'épaisseur sensiblement identique à celle de la lame. On a donc pu en utilisant une matrice de polyuréthanne renfermant une dispersion de micro-billes creuses en verre ou en résine phénolique, ainsi que de la poudre de plomb et de fines bulles d'air, obtenir un matériau anéchoique à la fois léger et performant dont on peut faire varier les caractéristiques en jouant sur trois paramètres. REVENDICATIONS 1. Matériau anéchoTque allégé du type comprenant une charge dispersée dans une matrice visco-élastique, caractérisé en ce que cette charge comprend au moins des micro-billes creuses de faible densité. 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge comprend en outre une faible proportion d'un produit de densité importante. 3. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend également une dispersion de microbulles d'air dans la matrice. 4. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matrice est une résine de polyuréthanne. 5. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les micro-billes sont en verre ou en bakélite. 6. Matériau selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le produit de densité importante est de la poudre de plomb. 7. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend sensiblement 60 ó de résine de polyuréthanne, 39 % de micro-billes de verre, et 1 % de poudre de plomb. 8. Matériau selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre 10 % de micro-bulles d'air en plus. 9. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend sensiblement 60 % de polyuréthanne, 35 % de micro-billes de verre, et 5 ó de poudre de plomb. 10. Matériau selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre 5 % de micro-bulles d'air en plus.