Brevet FR2652938A1 — publié le 19910412

La présente invention concerne un écran pour réduire un niveau de bruit. Elle s'applique notamment à la réduction du bruit dans le compartiment d'un lanceur qui contient la charge utile, en particulier dans le domaine des basses fréquences, c'est-à-dire typiquement des fréquences inférieures à 200 Hz. Une solution connue pour réduire le bruit dans le compartiment de la charge utile d'un lanceur consiste à remplir ce compartiment avec un gaz tel que l'hélium, comme décrit par exemple dans l'article "Use of helium gas to reduce acoustic transmission" de James G. Blevins et al. (Americain Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1985, p 96-101). Cette solution, particulièrement coûteuse, est efficace sur un large spectre de fréquences, mais des modifications des couplages charge utilecavité entraînent des difficultés de qualification des charges utiles et des problèmes de vibrations, aux pr,-mières fréquences des modes acoustiques de cavité hélium. D'autre part, l'hélium peut diffuser dans les tubes à vide des composants électroniques. Il a été également proposé de concevoir la paroi de la coque du compartiment de la charge utile comme une double paroi et de remplir d'hélium l'intervalle entre les deux parois. Cette solution est efficace en haute fréquence, mais peu efficace aux basses fréquences et pose des problèmes de transmission solidienne via les points d'accrochage des deux parois. La présente invention propose une autre solution pour réduire le niveau de bruit à travers une paroi selon laquelle on utilise un écran constitué d'une enveloppe souple gonflée d'un gaz sous pression et permettant une libre circulation du gaz à l'intérieur de l'enveloppe, cette enveloppe étant choisie de façon à ne pas transmettre d'énergie vibratoire d'un point à l'autre de l'enveloppe, et le gaz étant choisi parmi les gaz dans lesquels la vitesse du son est supérieure à la vitesse du son dans l'air. Le mot "gaz" signifie un gaz ou un mélange de gaz. Typiquement, une telle enveloppe est par nature "souple", c'est-à- dire non rigide par contraste avec une coque rigide; par exemple, on utilise une enveloppe métallisée en mylar ou en chlorure de polyvinyle. Le gaz qui convient le mieux est l'hélium comme dans les solutions rappelées plus haut. On l'utilise pur ou en mélange. En variante, on utilise le fréon. Ces exemples ne sont pas limitatifs: tout gaz ayant une densité inférieure à celle de l'air, avec un rapport de densité et de vitesse de propagation suffisamment élevé peut convenir. L'hydrogène pourrait convenir mais il est trop dangereux. L'épaisseur du matelas n'est pas critique. Par exemple, pour un matelas de 4cm d'épaisseur monté sur un cylindre de 1 m de diamètre, on atteint 10 dB d'atténuation entre 1 et 2 kHz et au-delà. L'augmentation de l'épaisseur à 20 cm permet d'améliorer l'efficacité en basse fréquence. En pratique, il est préférable que l'épaisseur du matelas soit au moins égale à 5 % de la plus grande dimension du matelas. La pression de gonflage n'est pas critique pourvu qu'elle soit suffisante pour que l'enveloppe prenne sa forme de matelas sans être trop fortement tendue. Si l'enveloppe était trop tendue, il pourrait en effet se produire une propagation d'énergie acoustique dans la membrane qui constitue l'enveloppe. Une pression de l'ordre de 1 bar convient généralement. La masse totale de l'écran est très faible, de l'ordre de 30 kg pour une surface de 100 m2 environ. Ce qui permet, dans le cas de l'application à la paroi du compartiment pour charge utile d'un lanceur, o l'on préfère placer le matelas à l'extérieur de la paroi, de pouvoir larguer le matelas après une dizaine de secondes, ce qui correspond à quelques dizaines de mètre d'altitude, la protection acoustique étant en effet surtout utile dans cette toute première phase critique du décollage. L'efficacité acoustique présente un maximum de l'ordre de 10 à 12 dB dans un bruit acoustique de type diffus. Avec un bruit atteignant l'enveloppe selon une certaine incidence, l'efficacité de 12 dB pour une incidence perpendiculaire à l'enveloppe, croit jusqu'à une incidence de 20 par rapport à cette perpendiculaire et, au-delà de 20 , l'atténuation en principe est totale, l'onde incidente étant théoriquement entièrement réfléchie mais, en pratique, cette atténuation est limitée par la pression évanescente née du mouvement forcé de la membrane. Pour éviter l'effet de pression évanescente et bénéficier d'une bonne isolation acoustique, il est préférable d'avoir une épaisseur de matelas au moins égale à I cm. L'invention, en gardant l'air interne autour de la charge utile permet de conserver la même philosophie de qualification. En particulier, les couplages élastoacoustiques entre l'air et les satellites sont les mêmes et donc toute réduction de bruit mesurée dans la cavité se traduit par une réduction analogue de la vibration satellite. De plus, la structure lanceur voit sa vibration atténuer de la même manière. Sur le dessin joint: - la figure 1 est une vue de principe du compartiment pour charge utile d'un lanceur équipé d'un écran de protection acoustique conforme à l'invention; - la figure 2 est une courbe montrant l'efficacité de cet écran - la figure 3 est un graphique montrant l'influence de l'épaisseur du matelas sur l'atténuation acoustique; - la figure 4 est une coupe schématique montrant une variante de réalisation, et - la figure 5 est une coupe schématique d'un matelas utilisé pour l'isolation d'un local. La figure I représente schématiquement la-partie d'un lanceur I qui comporte le compartiment 2 pour charge utile et sur la coque 3 de laquelle est fixée une membrane 4 en mylar métallisé qui constitue une enveloppe et qui est gonflée à l'hélium jusqu'à ce que l'épaisseur du matelas 5 ainsi réalisé soit d'environ 20 cm. L'enveloppe est fixée à la coque par tout moyen approprié, par exemple par collage ou par un lacet. On gonfle l'enveloppe à l'hélium quelques heures avant le lancement et on maintient ce gonflage jusqu'au lancement si l'enveloppe n'est pas suffisamment étanche. La figure 2 représente la courbe de l'isolement brut (en dB) portée en ordonnées en fonction de la fréquence centrale des tiers d'octaves (en Hz) portée en abscisses d'une excitation en bruit blanc, dans le cas de l'air (courbe C1) et dans le cas d'un matelas conforme à l'invention (courbe C2) . On voit que l'on obtient un gain moyen d'environ 10 dB. La figure 3 montre l'influence de l'épaisseur du matelas sur la réduction du bruit: la courbe en traits pleins est relative à un matelas de 4 cm d'épaisseur et d'un diamètre de I m et la courbe en tiretés est relative à un matelas de 20 cm d'épaisseur et d'un diamètre de I m. Les fréquences (Hz) du bruit diffus incident sont portées en abscisses et la réduction du bruit (en dB) est portée en ordonnées. L'invention n'est pas limitée à la réalisation et à l'application qui ont été décrites. Par exemple, dans une variante de réalisation (figure 4), l'écran est constitué par deux matelas superposés 5,5' séparés par une couche d'air 6 intermédiai- re, remplie ou non de mousse 7 ou autres matériaux susceptibles d'améliorer l'efficacité aux hautes fréquences. Le matelas de l'invention peut aussi être utilisé dans diverses autres applications, par exemple pour isoler une chambre ou un local et peut avoir toute forme désirée à cet effet. La figure 5 montre, pour l'exemple, un matelas 5 en forme de dôme conforme à l'invention pour l'isolation acoustique d'une chambre 8. REVENDICATIONS 1. Ecran d'isolation acoustique, caractérisé en ce qu'il comporte un matelas (5) constitué d'une enveloppe souple (4) gonflée d'un gaz sous pression et permettant une libre circulation du gaz à l'intérieur de l'enveloppe, cette enveloppe étant choisie de façon à ne pas transmettre d'énergie vibratoire d'un point à l'autre de l'enveloppe et le gaz étant choisi parmi les gaz dans lesquels la vitesse du son est supérieure à la vitesse du son dans l'air. 2. Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz est choisi dans le groupe constitué par l'hélium et le fréon. 3. Ecran selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite enveloppe (4) est en mylar ou en chlorure de polyvinyle. 4. Ecran selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matelas gonflé (5) a une épaisseur d'au moins I cm. 5. Ecran selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matelas gonflé a une épaisseur au moins égale à 5 % de la plus grande dimension de l'enveloppe. 6. Ecran selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le matelas gonflé a une épaisseur au moins égale à 4 cm. 7. Ecran selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matelas gonflé a une épaisseur de la gamme 4-20 cm. 8. Ecran selon l'une des revendications I à 7, caractérisé en ce qu'il comporte deux matelas superposés (5,5') séparés par une couche d'air intermédiaire (6). 9. Application d'un écran selon l'une des revendications 1 à 8 à l'isolation acoustique d'une cavité, caractérisée en ce que l'écran est fixé sur une paroi qui délimite la cavité (2). 10. Application selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'écran est fixé sur la face extérieure de ladite paroi (3). 11. Application selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que la cavité (2) est le compartiment pour charge utile d'un lanceur et en ce que la paroi (3) et l'écran entourent la cavité (2). 12. Application selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'enveloppe (4) est fixée à ladite paroi (3) de manière à pouvoir être larguée en vol. 13. Application d'un écran selon l'une des revendications 1 à 8 à l'isolation d'une chambre, l'écran constituant la paroi qui sépare la chambre de l'extérieur ou étant rapporté sur cette paroi.