Brevet FR2640068A1 — publié le 19900608

Procédé de fabrication de structures composites pour l'absorption du bruit et structures composites obtenues par ledit procédé. DESCRIPTION La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de structures composites pour l'absorption du bruit et des structures composites obtenues par ledit procédé. Le secteur technique de l'invention est celui des moyens mis en oeuvre et trouvant leur application dans l'absorption du bruit et plus particulièrement des bruits produits par des engins mécaniques, notamment des véhicules évoluant en milieu aquatique tels que des navires de surface ou des sous-marins. On connaît, bien entendu, dans le cadre des moyens actuellement utilisés pour l'absorption des bruits, des complexes comportant une ou plusieurs couches de matériaux de fibres naturelles ou artificielles ou encore à partir de mousse synthétique souple ou rigide. D'une manière générale, de tels matériaux sont utilisés à l'intérieur de l'enceinte génératrice du bruit et recouvrent ainsi la face interne des compartiments dans lesquels se trouvent des engins particulièrement bruyants tels que par exemple les groupes compresseurs d'air et les moteurs Diesel. De tels revêtements sont plus particulièrement utilisés sur des engins fonctionnant à l'atmosphère et même dans cette application, ils présentent l'inconvénient d'être sujets aux salissures et à une certaine détérioration dues aux projections d'huile et/ou de fioul ou de gazole. Sur les engins immergés, s'ils peuvent bien entendu être utilisés comme pour le matériel terrestre en revêtement interne de compartiments moteurs ou autres, avec les mêmes inconvénients que ceux énoncés ci-dessus, ils ne sont pas appropriés pour être utilisés à l'extérieur de la coque notamment à l'extérieur de la coque d'un véhicule sous-marin évoluant à de grandes profondeurs. On connaît également l'utilisation du double vitrage pour s'affranchir des déperditions calorifiques et s'isoler des bruits extérieurs, une telle utilisation répondant à l'application du principe de la propagation d'une onde dans un milieu multicouche encore appelé structure périodique aléatoire. De tels moyens isolants thermiques et phoniques sont largement utilisés dans le domaine du bâtiment et du fait de leur état rigide et de la nature même de leurs composants, ils ne sont absolument pas appropriés pour les applications industrielles ou marines telles que celles qui ont été données ci-dessus. Pour la mise en oeuvre des structures composites selon l'invention, on applique un principe théorique dit à "quadripôle mécanique" par assimilation aux quadripôles électriques. On a défini le quadripôle mécanique comme un système vis- coélastique linéaire comportant quatre "entrées" dont deux -sont des déplacements et deux autres sont des forces. A partir de ce principe, on a pu concevoir une structure composite capable d'absorber l'énergie de l'onde incidente par dissipation au sein de ladite structure par frottements inter- granulaires. Un impératif pour la mise en oeuvre d'une telle structure est que le système demeure toujours en l'état d'un système viscoélastique linéaire ou d'un guide aléatoire d'onde acoustique. Si l'on pose E comme étant l'énergie de l'onde propagée avant qu'elle ne rencontre ladite structure; E1, l'énergie de l'onde dissipée au coeur de celle-ci, et E', l'énergie de l'onde résiduelle après passage dans la structure, on aura: E' = E - E1. Ceci étant exposé, l'objectif de la présente invention est de réaliser, à partir de matériaux spécifiques, des structures composites dont l'assemblage est homogène et susceptibles d'être exposées aux intempéries ou immergées à de grandes profondeurs tout en conservant leurs propriétés de filtre acoustique et/ou calorifique. Cet objectif est atteint par le procédé de fabrication selon l'invention pour l'absorption du bruit, lequel se caractérise par les étapes suivantes: - on réalise au moins iune structure tridimensionnelle dé- limitant des espaces entre ses composants; - on remplit lesdits espace d'une pluralité de volumes riches en silice; - et on entoure ladite structure et lesdits volumes par une peau de revêtement souple capable de subir de forts allongements pour constituer une structure déformable ou thermoformable à volume constant. Dans un tel procédé dont la structure tridimensiohnelle est constituée par un tissage réalisé au moyen de fibres synthétiques, on recouvre au moins une face dudit tissage d'une couche de résine élastomère de manière à réaliser une peau de revêtement imperméable; - on remplit, jusqu'à saturation, ledit tissage de microbilles de verre ou de sable riche en silice, de telle sorte que les microbilles ou les grains de sable occupent la totalité des espaces existant entre les fibres dudit tissage; - et on recouvre les autres faces du tissage d'une couche de ladite résine élastomère pour réaliser une plaque composite fermée et étanche. Dans une application de ce procédé à partir d'au moins deux tissages tridimensionnels réalisés au moyen de fibres synthétiques, on réalise une âme constituée par une couche d'une texture synthétique capable de subir une déformation permanente et on applique et on solidarise sur chacune des faces de cette âme au moins une plaque composite fermée et étanche comprenant un tissage tridimensionnel rempli de microbilles de verre ou de sable riche en silice entourés d'une peau de revêtement en résine élastomère. Dans une autre application dudit procédé à partir d'au moins quatre tissages tridimensionnels, réalisés au moyen de fibres synthétiques, - on réalise une âme constituée par une couche d'une texture fibreuse en matériau synthétique, susceptible de subir une déformation permanente; on applique et on solidarise, sur chacune des faces de ladite âme, une première plaque composite fermée et étanche comprenant un tissage tridimensionnel rempli de microbilles de verre ou de sable riche en silice entourés d'une peau de revêtement en résine élastomère, - et on applique et on solidarise, sur la face externe de chacune desdites premières plaques, une deuxième plaque composite fermée et étanche comprenant un tissage tridimensionnel rempli de microbilles de verre ou de sable riche en silice entourés d'une peau de revêtement en résine élastomère. Dans une autre application dudit procédé, on superpose et on solidarise de part et d'autre de ladite âme plusieurs desdites plaques composites fermées et étanches. On superpose et on solidarise de part et d'autre de ladite âme le même nombre desdites plaques composites pour réaliser une structure symétrique périodique et anéchoide. Selon le procédé et après sa réalisation, on place ladite structure symétrique dans une enceinte et on crée une dépression pour à la fois sécher la structure et réduire sa compressibilité dans le but d'améliorer la "coordinence" granulaire des microbilles de verre ou des grains de sable. Dans le but d'obtenir outre l'absorption du bruit mais encore la dissipation de la chaleur à travers les plaques par conduction thermique, on insère, dans le tissage tridimensionnel, des fils conducteurs métalliques s'étendant au moins d'une face à l'autre desdites plaques pour obtenir outre l'absorption du bruit, la dissipation de la chaleur à travers les plaques par conduction thermique. Dans un autre mode d'exécution et pour obtenir le même résultat que celui qui vient d'être énoncé, on enduit, par trempage, les microbilles de verre ou les grains de sable d'une peinture conductrice métallique. Par la mise en oeuvre du procédé, on obtient une structure composite capable d'absorber le bruit à partir d'au moins un tissage tridimensionnel réalisé à partir de fibres synthétiques, laquelle structure se caractérise en ce qu'elle se compose d'au moins une plaque comportant outre ledit tissage et jusqu'à saturation, une pluralité de microbilles ou du sable qui occupent la totalité des espaces existant entre les fibres de tissage et une peau de revêtement imperméable qui enveloppe de façon étanche ledit tissage et les microbilles ou le sable. En ce qui concerne les plaques contenant des microbilles, celles-ci sont réalisées à base de silice et sont d'un diamètre compris entre 20 et 80 micromètres. En ce qui concerne les plaques qui contiennent du sable riche en silice, celui-ci est d'une granulométrie comprise entre 80 et 1000 micromètres. Dans un mode de réalisation, une structure selon l'invention se compose d'une âme constituée par une texture synthétique fibreuse capable de subir une déformation permanente et sur chacune des faces de laquelle est solidarisée une plaque composite fermée et étanche comprenant un tissage tridimensionnel remplie de microbilles de verre ou de sable riche en silice, laquelle plaque comportant une peau de revêtement imperméable en résine élastomère. Dans un autre mode de réalisation, ladite structure composite se compose d'une âme et de part et d'autre de celle-ci, de plusieurs desdites plaques composites fermées et étanches superposées, l'âme et les plaques étant solidarisées les unes aux autres au moyen d'une résine synthétique. Une telle structure peut se composer de ladite âme et de part et d'autre de celle-ci du même nombre de plaques composites pour constituer une structure symétrique périodique et anéchoide. Dans le but d'améliorer la "coordinence" granulaire des microbilles de verre et des grains de sable, une telle structure composite selon l'invention se présente dans un état comprimé. Dans cet état, l'âme en texture synthétique est déformée de façon permanente. Pour obtenir outre l'absorption du bruit mais encore la dissipation de la chaleur à travers les plaques par conduction thermique, le tissage tridimensionnel comporte outre lesdites fibres synthétiques, des fils conducteurs métalliques qui s'étendent au moins d'une face à l'autre desdites plaques. Pour obtenir ce résultat et dans une variante d'exécution, les microbilles de verre ou les grains -de sable sont recouverts d'une peinture conductrice métallique. De préférence, ladite âme est constituée d'une texture de fibres de carbone ou de fibres de polyester. Le résultat de la présente invention est- la réalisation à partir desdits matériaux, dont la nature vient d'être donnée, des structures composites dont l'assemblage est d'une grande homogénéité, de telles structures étant susceptibles d'être exposées en milieu agressif, aux intempéries ou encore immergées à de grandes profondeurs tout en conservant leurs propriétés de filtrage acoustique et/ou calorifique. D'autres avantages et les caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante de telles structures composites et de leur procédé de fabrication en référence au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une vue en perspective schématique, par- tiellement arrachée, illustrant une plaque constituée par une structure composite selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en coupe de la plaque de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe d'une structure composite selon l'invention comportant une âme d'une texture fibreuse et de part et d'autre de laquelle sont assemblées deux plaques superposées, identiques aux plaques des figures 1 et 2. En se référant au dessin, la figure 1 représente une structure composite selon l'invention adoptant la forme d'une plaque 1. Pour la mise en oeuvre d'une telle plaque 1 et selon le procédé de fabrication selon l'invention, on réalise d'abord au moins une structure tridimensionnelle 2, délimitant des espaces 2f entre ses composants; on remplit lesdits espaces d'une pluralité de volumes riches en silice 3 et on entoure ladite structure 2 et lesdits volumes 3 par une peau de revêtement souple la à le capable de subir de forts allongements de l'ordre de 200%. Le produit obtenu par ledit procédé est ainsi une plaque souple comprenant une enveloppe fermée et étanche et pouvant être utilisée seule par exemple pour recouvrir les faces internes d'un compartiment de moteur ou d'un compresseur d'air ou encore entrer dans la composition d'une structure complexe comprenant par exemple quatre plaques 1 superposées et solidaires deux à deux et fixées de part et d'autre d'une âme en texture fibreuse tel qu'illustré à la figure 3, une telle structure pouvant par exemple être utilisée pour recouvrir à l'extérieur, la coque d'un navire de surface ou d'un sous-marin évoluant en milieu aquatique à de grandes profondeurs pour mettre celui-ci à l'abri des appareils de détection à ondes sonores dits So- nars. Selon l'invention, la structure tridimensionnelle est constituée par un tissage réalisé au moyen de fibres synthétiques déformables par exemple en polyester. La peau de revêtement imperméable qui constitue l'enveloppe fermée et étanche est réalisée à partir d'une résine élastomère par exemple choisie dans la famille des buthyles ou des silicones; Pour la mise en oeuvre d'une plaque 1, on utilise un tissage tridimensionnel 2, réalisé en fibres synthétiques par exemple en polyester et comportant une trame 2a formée de fibres s'étendant de façon régulièrement sinueuse pour former des sommets 2b/2c venant sensiblement en regard les uns des autres et d'une chaîne 2d, formée à partir de fibres de même nature et s'étendant sensiblement perpendiculairement à la trame 2a. Ledit tissage 2 comporte encore un troisième fil de fibres 2e qui relie les sommets 2b/2c des fils de trame. La face supérieure du tissage 2 est enduite d'une-couche de résine élastomère de manière à réaliser une peau de revêtement imperméable qui constitue la face supérieure la de la plaque 1. La face inférieure dudit tissage 2 est également enduite d'une couche de résine élastomère afin de réaliser une peau de revêtement imperméable qui constitue la face inférieure lb de ladite plaque. On remplit ensuite et jusqu'à saturation les espaces 2f existant entre les fils de fibres de tissage, de microbilles de verre ou de sable riche en silice 3, de telle sorte que lesdites microbilles ou le sable occupent la totalité des espaces 2f. Par exemple le diamètre desdites microbilles est compris entre et 80 micromètres, le sable est, lui, par exemple d'une granulométrie comprise entre 80 et 1000 micromètres. On enduit enfin les autres faces latérales lc/ld/le de la plaque 1, de résine élastomère pour former une enveloppe fermée et étanche. La figure 2 du dessin donne en coupe la composition de la plaque de la figure 1, laquelle se compose ainsi d'un tissage tridimensionnel 2, tel que.décrit ci-dessus, et dont les espaces 2f, délimités par les fils de fibres de polyester sont remplis jusqu'à saturation de microbilles de verre ou de sable riche en silice 3. Le tissage 2 et les microbilles ou le sable 3 sont entourés étroitement par une enveloppe ou peau de.revêtement fermée et étanche la/lb/ld en résine élastomère. On a représenté en coupe transversale à la figure 3 une structure composite selon l'invention 4 comportant plusieurs plaques /6/7/8, identiques à celle qui vient d'être décrite en référence aux figures 1 et 2. Pour la mise en oeuvre d'une telle structure, on réalise d'abord une âme 9 constituée par une couche d'une texture comprenant des fibres synthétiques susceptibles de subir une déformation permanente. Par exemple l'âme 9 est réalisée à partir de fibres de carbone ou de fibres de polyester. On applique et on solidarise au moyen d'une résine synthétique sur la face supérieure 9a de l'âme 9, une première plaque 5 et sur la face supérieure 9b, une autre première plaque 6. Lesdites premières plaques 5 et 6 sont identiques à la plaque 1 des figures 1 et 2 et sont par exemple remplies à saturation de microbilles de verre. Sur la face extérieure 5a/6a desdites premières plaques 5/6, on applique et on solidarise au moyen de résine synthétique, une deuxième plaque composite 7/8 identique à la plaque 1 des figures 1 et 2, lesquelles plaques 7 et 8 sont par exemple remplies à saturation de sable riche en silice. On précise qu'une telle structure peut ne comprendre que deux plaques 5/6 par exemple fixées de part et d'autre de l'âme 9 ou encore être composée de plusieurs plaques superposées et assemblées de part et d'autre de l'âme 9, le nombre de ces plaques étant ainsi supérieur à quatre pour prendre comme référence l'exemple illustré à la figure 3. De même, dans le mode de réalisation d'une structure comprenant au moins quatre plaques, la disposition des plaques remplies de microbilles ou de sable pourrait être inversée. Toutefois et pour obtenir une structure composite périodique et anécholde et dans un mode préférentiel de réalisation, on superpose et on solidarise de part et d'autre de l'âme 9 le même nombre de plaques 5/7 et 6/8 pour aboutir à une structure symétrique dont un exemple a été décrit ci-dessus en référence à la figure 3. -9 Dans le but d'améliorer la "coordinence" granulaire des microbilles de verre ou des grains de sable 3, on place la plaque 1 ou le complexe 4 dans une enceinte et on crée dans celle-ci une dépression pour à la fois sécher ladite plaque i ou ledit complexe 4 et pour réduire sa compressibilité. Dans l'état comprimé de la structure 4, l'âme 9 est déformée de façon permanente du fait de sa composition à partir de fibres synthétiques par exemple de carbone ou de polyester. Selon un mode de réalisation et pour obtenir une structure composite telle que décrite en référence aux figures 1 et 2 ou à la figure 3, qui outre l'absorption du bruit permet la dissipation de la chaleur par conduction thermique, on insère dans le tissage tridimensionnel 2/10 des fils conducteurs métalliques par exemple en cuivre ou en aluminium. De tels fils sont associés aux fils de fibres synthétiques qui composent les tissages tridimensionnels et plus particulièrement aux fils 2e qui relient les sommets 2b/2c desdits tissages. Pour obtenir ce même résultat et en variante, on recouvre lesdites billes de verre ou les grains de sable d'une peinture métallique conductrice. Cette opération est par exemple réalisée par trempage des microbilles ou du sable dans un bain de peinture métallique, de préférence mais non limitativement une peinture à base d'argent. Bien entendu et sans sortir du cadre de l'invention, les parties qui viennent d'être décrites à titre d'exemple en référence aux figures 1 à 3 pourront être remplacées par l'Hàmme de l'Art par des parties équivalentes remplissant la même fonction REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une structure composite (1/4) pour l'absorption du bruit, caractérisé par les étapes suivantes: - on réalise au moins une structure tridimensionnelle (2/10) délimitant des espaces (2f) entre ses composants; - on remplit lesdits espaces (2f) d'une pluralité de volumes (3) riches en silice; - et on entoure ladite structure (2/10) et lesdits volumes (3) par une peau de revêtement souple (la à le) capable de subir de forts allongements pour constituer une structure déformable ou thermoformable à volume constant (1/4). 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite structure tridimensionnelle est constituée par un tissage (2) réalisé au moyen de fibres synthétiques, caractérisé par les opérations suivantes: - on recouvre au moins une face dudit tissage (2) d'une couche de résine élastomère (la) de manière à réaliser une peau de revêtement imperméable; - on remplit jusqu'à saturation ledit tissage (2) de microbilles de verre ou de sable riche en silice (3), de telle sorte que les microbilles ou les grains de sable occupent la totalité des espaces (2f) existant entre les fibres dudit tissage (2); - et on recouvre les autres faces du tissage d'une couche de ladite résine élastomère (la à le) pour réaliser une plaque composite fermée et étanche (1). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 mis en oeuvre à partir d'au moins deux tissages tridimensionnels (2) réalisés au moyen de fibres synthétiques, caractérisé par les opérations suivantes: - on réalise une âme (9) constituée par une couche d'une texture synthétique capable de subir une déformation permanente, -et on applique et on solidarise sur chacune des faces (9a/9b) de cette âme, au moins une plaque composite fermée et étanche (5/6) comprenant un tissage tridimensionnel (2) rempli de microbilles de verre ou de sable riche en silice (3) entourés d'une peau de revêtement en résine élastomère (la à le). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, mis en oeuvre à partir d'au moins quatre tissages tridimensionnels (2) réalisés-au moyen de fibres synthétiques, caractérisé par les opérations suivantes: - on réalise une âme (9) constituée par une couche d'une texture fibreuse en matériau synthétique susceptible de subir une déformation permanente; - - on applique et on solidarise sur chacune des faces (9a/9b) de ladite âme (9) une première plaque composite fermée et étanche (5/6) comprenant un tissage tridimensionnel (2) rempli de microbilles de verre ou de sable riche en silice (3) entourés d'une peau de revêtement en résine élastomère (la à le); - et on applique et on solidarise sur la face externe (Sa/6a) de chacune desdites premières plaques (5/6) une deuxième plaque composite fermée et étanche (7/8) comprenant un tissage tridimensionnel (2), rempli de microbilles de verre ou de sable riche en silice (3) entourés d'une peau de revêtement en résine élastomère (la à le). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que -l'on superpose et on solidarise de part et d'autre de ladite âme (9) plusieurs desdites plaques composites fermées et étanches (1/5/6/7/8). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'on superpose et on solidarise de part et d'autre de ladite âme (9) le même nombre desdites plaques composites (5/7-6/8) pour réaliser une structure symétrique périodique et anéchoide (4). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en qu'après sa réalisation, on place ladite structure symétrique (4) dans une enceinte et ce qu'on crée une dépression, pour à la fois sécher la structure et réduire sa compressibilité dans le but d'améliorer la "coordinence" granulaire des microbilles de verre ou des grains de sable (3). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on insère dans le tissage tridimensionnel (2), des fils conducteurs métalliques s'étendant au moins d'une face (la) à l'autre (lb) desdites plaques pour obtenir outre l'absorption du bruit, la dissipation de la chaleur à travers les plaques par conduction thermique. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on enduit par trempage les microbilles de verre ou les grains de sable (3) d'une peinture conductrice métallique pour obtenir outre l'absorption du bruit, la dissipation de la chaleur à travers les plaques (1/5/6/7/8) par conduction thermique. 10. Structure composite pour l'absorption du bruit, comprenant au moins un tissage tridimensionnel réalisé à partir de fibres synthétiques (2), caractérisée en ce qu'elle se compose d'au moins une plaque (1) comportant outre ledit tissage (2) et jusqu'à saturation, une pluralité de microbilles ou du sable (3) qui occupent la totalité des espaces (2f) existant entre les fibres de tissage et une peau de revêtement imperméable (la à le) qui enveloppe de façon étanche ledit tissage (2) et les microbilles ou le sable (3). 11. Structure selon la revendication 10, caractérisé en ce que les microbilles (3) sont réalisées à base de silice et sont d'un diamètre compris entre 20 et 80 micromètres. 12. Structure selon la revendication 10, caractérisée en ce que le sable (3) est riche en silice et est d'une granulométrie comprise entre 80 et 1000 micromètres. 13. Structure selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que la peau de revêtement (la à le), qui enveloppe le tissage (2) et les microbilles ou le sable (3) est en résine élastomère. 14. Structure selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisée en ce qu'elle se compose d'une âme (9) constituée par une texture synthétique fibreuse capable de subir une déformation permanente et sur chacune des faces (9a/9b) de laquelle est solidarisée une plaque composite fermée et étanche (5/6) comprenant un tissage tridimensionnel (2) rempli de microbilles de verre ou de sable riche en silice (3), laquelle plaque (5/6) comportant une peau de revêtement imperméable en résine élastomère. 15. Structure selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisée en ce qu'elle se compose de ladite âme (9) et de part et d'autre de celle-ci de plusieurs desdites plaques composites fermées et étanches superposées (5/6-7/8), l'âme (9) et les plaques (5 à 8) étant solidarisées les unes aux autres au moyen d'une résine synthétique. 16. Structure selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'elle se compose de ladite âme (9) et de part et d'autre de celle- ci du même nombre de plaque composites (5/7-6/8) pour constituer une structure (4) symétrique périodique et anéchoide. 17. Structure selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisée en ce qu'elle se présente dans un état comprimé pour améliorer la "coordinence" granulaire des microbilles de verre ou des grains de sable (3). 18. Structure selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, caractérisée en ce qu'en l'état comprimé de la structure (4), l'âme en texture synthétique (9) est déformée de façon permanente. 19. Structure selon l'une quelconque des revendications 10 à 18, caractérisée en ce que le tissage tridimensionnel (2) comporte outre lesdites fibres synthétiques (2a/2b/2e), des fils conducteurs métalliques qui s'étendent au moins d'une face (la) à l'autre (lb) desdites plaques pour obtenir outre l'absorption du bruit, la dissipation de la chaleur à travers les plaques par conduction thermique. 20. Structure selon l'une quelconque des revendications 10 à 18, caractérisée en ce que les microbilles ou les grains de sable (3) sont recouverts d'une peinture conductrice métallique pour obtenir outre l'absorption du bruit, la dissipation de la chaleur à travers les plaques par conduction thermique. 21. Structure selon l'une quelconque des revendications 14 à 16 et 18, caractérisée en ce que ladite âme (9) est constituée d'une texture de fibres de carbone ou de fibres de polyester.