Brevet FR2664418A1 — publié le 19920110

La présente invention est relative à un dispositif d'absorption de l'énergie acoustique émise à l'intérieur d'une coque de navire et, plus particulièrement, à un tel dispositif conçu pour équiper un sous-marin. La présente invention concerne aussi un écran acoustique modulaire formant partie d'un tel dispositif. Dans leurs missions militaires, les sous-marins sont tenus à la plus grande discrétion possible de manière à empêcher leur repérage par les marines adverses. Ceci implique notamment leur "silence" électromagnétique et acoustique. Les émissions acoustiques, en particulier, trouvent notamment leur origine dans les nombreux appareils qui sont nécessaires au fonctionnement du sousmarin, même lorsque celui-ci est à l'arrêt. Ces émissions sont inévitables et doivent être absorbées au moins partiellement à l'intérieur même du sous-marin de manière à réduire l'énergie acoustique qui se propage dans l'eau, après traversée de la coque du sous-marin, à un niveau qui ne permet pas la détection de celui-ci. La transmission par "voie solide" des bruits engendrés par les divers appareils peut être atténuée voire supprimée par un incorporation de suspensions et/ou d'amortisseurs au support de chaque appareil. De même la transmission des bruits par "voie liquide" peut être considérablement atténuée par interposition d'absorbeurs adaptés dans les canalisations concernées. Par contre la propagation des bruits par voie aérienne peut certes être atténuée à la source au moyen par exemple de capotages adéquats mais ne peut en aucun cas être totalement supprimée. On a déjà tenté d'absorber le "bruit aérien" en revêtant la paroi intérieure de la coque du sous-marin, avec une couche de matériau poreux constituant un écran absorbant (laine de verre ou de roche, mousse de matière plastique, etc...). Cette solution est relativement efficace sur le plan acoustique mais présente un grave inconvénient en matière d'échange thermique. L'atmosphère d'un sous-marin est en effet chauffée par un rayonnement thermique dégagé notamment par les moteurs.Cet échauffement peut être combattu à l'aide de groupes de conditionnement d'air, notamment dans les parties habitées, et par un échange thermique avec l'eau qui baigne la surface extérieure du sous-iarin, à travers la coque de celui-ci, notamment dans les zones non habitées où rayonnent des moteurs de grande puissance (nucléaires par exemple) nécessaires à la propulsion du sous-marin. Du fait du matériau les constituant et de leur structure, les bons écrans acoustiques présentent de mauvaises caractéristiques de transfert thermiques. Lorsqu'un tel écran double la paroi interne du sous-marin, l'échange thermique avec l'eau de mer est considérablement réduit et on ne bénéficie plus efficacement de la source froide constituée par l'eau de mer pour refroidir l'air échauffé par le fonctionnement des moteurs. La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif d'absorption de l'énergie acoustique émise à l'intérieur d'une coque de navire, qui ne fasse pas écran pour un transfert thermique vers l'extérieur du navire, à travers la coque de celui-ci. La présente invention a aussi pour but de réaliser un écran acoustique modulaire pour un tel dispositif, qui présente la "transparence" thermique et "l'opacité" acoustique requises tout en étant de poids et d'encombrement réduits, de montage et de maintenance faciles, de bonne tenue aux chocs et de coût de fabrication réduit. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite de la présente description, avec un dispositif d'absorption de l'énergie acoustique émise à l'intérieur d'une coque de navire au moins partiellement immergée, qui comprend un lit d'un matériau acoustiquement absorbant et percé de passages autorisant une circulation d'air à travers le lit et des moyens de fixation du lit à une distance prédéterminée de la paroi intérieure de la coque de ânière que ce lit constitue un écran acoustique pour les bruits transmis par voie aérienne dans la coque du navire, cet écran autorisant une libre convection de l'air dans les passages traversant le lit et dans l'espace ménagé entre la coque et le lit pour ne pas entraver le refroidissement de l'air par échange thermique avec l'eau mouillant l'extérieur de la coque. En espaçant ainsi le lit de la coque et en établissant des passages d'air à travers le lit, on maintient un échange thermique efficace entre l'air et l'eau à travers la coque, nécessaire au refroidissement de cet air, malgré la présence indispensable du lit pour assurer la discrétion acoustique du navire. Suivant une caractéristique du dispositif selon l'invention, conçue pour être mise en oeuvre dans un navire sous-marin dont la coque est supportée par des couples circulaires se développant dans des plans parallèles, le lit est formé d'une pluralité d'écrans acoustiques modulaires élémentaires adjacents, supporté chacun entre deux couples adjacents. Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, chaque écran modulaire élémentaire est fixé entre deux couples par au moins une sangle passée autour de l'écran et solidaire à ses extrémités de moyens d'accrochage sur deux couples adjacentes. Un barreau peut être associé à chaque sangle pour pincer un écran modulaire élémentaire entre eux et le fixer sur les deux couples. Suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention, chaque écran élémentaire est fixé à l'aide de colonnettes débordant de certains des passages percés dans l'écran, pour s'appuyer sur la paroi interne de la coque de manière à définir la distance prédéterminée séparant cette paroi de l'écran en coinçant l'écran entre la base de ces colonnettes en appui contre la coque et deux couples adjacents. L'écran acoustique modulaire élémentaire utilisé pour constituer le lit prend la forme d'un bloc parallélépipédique en un matériau poreux propre à absorber un rayonnement acoustique, ce bloc étant travers par des passages dont les débouchés sont distribués sur deux faces opposées du bloc. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue partielle en perspective de la coque d'un navire équipé du dispositif d'absorption d'énergie acoustique suivant l'invention, - la figure 2 est une vue partielle, en perspective et en coupe, d'un écran acoustique modulaire élémentaire formant partie du dispositif suivant l'invention et de ses moyens de fixation sur la coque du navire et - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 et représente un autre mode de réalisation des moyens de fixation d'un écran acoustique modulaire élémentaire formant partie du dispositif suivant l'invention. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où l'on a représenté une partie de la coque 1 d'un navire sousmarin. Cette coque 1 est alors généralement cylindrique et elle est supportée par des "couples" 2 prenant la forme de poutres circulaires à section en T, soudées sur la paroi interne de la coque (on a représenté un quart environ de ces poutres à la figure 1). Suivant la présente invention, la coque 1 est doublée, à une distance E de sa paroi interne, par un lit en un matériau acoustiquement absorbant d'épaisseur D, ce lit étant formé par une mosaïque d'écrans modulaires élémentaires 3 accolés. Suivant l'invention encore, on fait usage des poutres 2 pour fixer les écrans 3 à la distance E de la coque 1. Les moyens de fixation de ces écrans seront décrits plus loin en liaison avec l'examen des figures 2 et 3. Pour préserver la clarté de la figure 1, on n'a représenté sur celle-ci qu'un seul des écrans élémentaires utilisés pour constituer le lit du dispositif suivant l'invention. Une caractéristique essentielle de l'invention apparaît ainsi sur la figure 1, à savoir la présence d'un espace d'épaisseur radiale E entre le lit constitué d'écrans 3 et la paroi interne de la coque 1, cet espace communiquant avec l'atmosphère du sous-marin grace à des passages 4 traversant l'épaisseur de chaque écran. Sur la vue en coupe agrandie d'un écran suivant l'invention représenté à la figure 2, il apparaît que ces passages 4 sont de forme cylindrique et traversent complètement l'épaisseur D de l'écran. Les débouchés de ces passages sur deux faces opposées de l'écran sont, de préférence, régulièrement distribués sur ces surfaces, par exemple en quinconce. On comprend qu'ainsi de l'air puisse circuler à travers l'écran par les passages 4, soit dans un sens soit dans l'autre, et dans l'espace annulaire d'épaisseur E situé entre les écrans constituant le lit et la paroi interne du sous-marin (cette circulation d'air s'effectuant suivant les sens des flèches représentées à la figure 1). De l'air chauffé à l'intérieur du sous-marin par les moteurs et autres appareils fonctionnant dans celui-ci, peut ainsi, par libre convection, circuler contre la coque du navire pour y échanger des calories avec l'eau de mer située au-delà de la coque, échange qui a pour effet de rafraîchir cet air en contribuant ainsi à son conditionnement. Par ailleurs, et conformément à l'objet principal du dispositif suivant l'invention, toute émission acoustique interne au sous-marin est largement absorbée par le lit d'écrans acoustiques 3 fixés au couple 2, sans que la présence de ce lit ne gêne l'échange thermique nécessaire entre l'atmosphère du sous-marin et l'eau de mer, échange qui serait inacceptablement dégradé si on s'était borné à disposer classiquement un écran acoustique en contact direct avec la paroi interne de la coque 1. Divers moyens de fixation des écrans 3 sur les couples 2 peuvent être utilisés. On a représenté à la figure 2 un premier mode de réalisation de ces moyens de fixation, qui comprennent essentiellement une sangle 5 munie à chacune de ses extrémités de moyens d'accrochage sur des ailes 6 en regard de deux couples 2 adjacents. Ces moyens peuvent comprendre une équerre 7 8 ' accrochant sur la face inférieure d'une aile d'un couple 2 (du point de vue de figure) équerre solidaire d'une part d'une extrémité de la sangle 5 et, d'autre part, d'un écrou soudé 8 prévu pour coopérer avec une vis 9. Les moyens de fixation peuvent comprendre en outre un barreau 10, constitué par exemple par un tuyau métallique à extrémités écrasées et percées d'un trou. On passe la vis 9 dans ce trou et on serre cette vis dans l'écrou 8, pour pincer l'écran 3 entre le barreau et la sangle.L'écran est ainsi solidement fixé sur deux couples adjacents, comme représenté à la figure 2. Sur cette figure les positions relatives du barreau 10 et des passages 4 qu'il surmonte n'ont été choisies que pour faire apparaître ces derniers en coupe, pour la clarté de la figure. On remarque encore un couvre-joint 13 placé au-dessus de l'interstice séparant chaque couple du bord adjacent d'un écran élémentaire 3. Ce couvre-joint 13, fixé par vissage ou collage, empêche un court-circuit acoustique de l'écran 3 et améliore l'aspect de l'ensemble. Une couche de peinture déposée sur la face apparente des écrans, des couples et des couvre-joints améliore encore cet aspect. Bien entendu on choisit une peinture qui n'altère pas les performances acoustiques de l'ensemble. On a représenté à la figure 3 un autre mode de réalisation des moyens de fixation d'un écran acoustique 3. L'écran est encoché, comme représenté, suivant deux arêtes pour s'adapter complémentairement au profil de deux ailes 6 de couples adjacents. Ces ailes sont munies sur leur face inférieure d'un ruban adhésif double face 12 qui permet le collage de deux surfaces en regard de l'écran et de ces ailes. Un couvre-joint 13' à section en T bouche l'interstice couple/écran élémentaire. Des colonnettes 11 passées dans certains des passages 4 percés dans l'écran 3 sont poussées dans ces passages de manière à venir en butée sur la coque 1 du navire. Ces colonnettes peuvent être constituées simplement à l'aide des carottes retirées des passages 4 percés dans l'écran.En poussant une première colonnette 11 à l'aide d'une deuxième colonnette 11' insérée à sa suite dans le même passage, comme représenté à la figure 3, puis en collant la deuxième colonnette 11' dans ce passage et en coupant la partie de la colonnette 11' qui déborde de la surface de l'écran, on constitue un deuxième appui pour l'écran qui immobilise complètement celui-ci par rapport à la coque 1. On peut prévoir de telles colonnettes, par exemple aux quatre angles d'un écran et au voisinage de sa partie centrale, pour supporter ainsi complètement celui-ci à l'écart de la coque de manière à ménager un espace de libre circulation pour l'air à rafraîchir par échange thermique avec l'eau de mer située de l'autre côté de la coque. Pour constituer un dispositif d'absorption acoustique suivant l'invention, capable de réduire de 10 à 15 décibels le "bruit aérien" du sous-marin, on a réalisé des écrans acoustiques élémentaires dans un lit de fibres minérales, de verre ou de roche, ou dans un lit en mousse de matières synthétiques telles que des polymères. A cet égard, un matériau préféré est la mousse de polyimide dite Illmid vendue par la Société ILLBRUCK (RFA).A titre d'exemple, on donne ci-dessous les caractéristiques d'un écran modulaire élémentaire constitué dans ce matériau et permettant d'obtenir la performance acoustique mentionnée ci-dessus dimension : 500 x 500 x 200 (en mm), l'écran étant disposé à 100 mm de la coque, surface cumulée des sections de passage/surface de l'écran : 40 %, densité du matériau constituant l'écran : 10 kg/m3 Ce matériau est satisfaisant à d'autres égards notamment en ce qui concerne sa tenue en température et aux chocs, en ce qui concerne la toxicité des produits de décomposition et les fumées qui sont émises en cas de combustion, considérations irportantes tout particulièrement dans le cas d'un matériau destiné à être installé dans une enceinte close telle que la coque d'un sous-marin. Le rapport d/D du diamètre d d'une section droite d'un passage 4 à l'épaisseur D de l'écran et le rapport s/S de la surface cumulée s des sections des passages 4 à la surface S d'une des faces de l'écran où débouchent ces passages sont des paramètres sur lesquels l'homme de métier peut agir pour adapter les performances thermiques et acoustiques du dispositif suivant l'invention à telle ou telle spécification posées par un cahier des charges. Ainsi le rapport s/S pourra varier de tanière importante, de 30 à 50 % par exemple. Le rapport d/D pourra être compris entre 3 et 10, par exemple. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Ainsi, on pourrait substituer d'autres écrans à l'écran élémentaire décrit ci-dessus, percé de passages cylindriques. Ainsi, on pourrait constituer le dispositif suivant l'invention avec des écrans constitués de bandes de matériaux absorbants séparés par des espaces et maintenues ensemble dans des cadres, par exemple. D'une manière générale, toute disposition permettant d'établir des passages de forme quelconque, à section évolutive et/ou d'axes rectilignes ou non, à travers l'épaisseur d'un bloc en un matériau acoustiquement absorbant, pourrait être adoptée pour réaliser les écrans élémentaires constituant le dispositif suivant l'invention. De même, l'invention n'est pas limitée à l'amélioration de la discrétion acoustique d'un navire sous-marin et peut trouver application dans des navires de surface dont une partie seulement de la coque est au contact de l'eau de mer. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'absorption de l'énergie acoustique émise à l'intérieur d'une coque de navire au moins partiellement immergé, caractérisé en ce qu'il comprend un lit d'un matériau acoustiquement absorbant et percé de passages (4) autorisant une circulation d'air à travers le lit et des moyens de fixation du lit à une distance prédéterminée (E) de la paroi intérieure de la coque de manière que ce lit constitue un écran acoustique pour les bruits transmis par voie aérienne dans la coque du navire, cet écran autorisant une libre convection de l'air dans les passages (4) traversant le lit et dans l'espace ménagé entre la coque et le lit pour ne pas entraver le refroidissement de l'air par échange thermique avec l'eau mouillant l'extérieur de la coque. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, adapté à un navire sous-marin dont la coque est supportée par des couples (2) circulaires se développant dans des plans parallèles, caractérisé en ce que le lit est formé d'une pluralité d'écrans acoustiques modulaires élémentaires (3) adjacents, supportés chacun entre deux couples (2) adjacentes. 3. Dispositif conforme à la revendication 2, adapté à un navire dans lequel les couples sont profilés en "T", caractérisé en ce que les moyens de fixation coopèrent d'une part avec un écran modulaire élémentaire (3) et d'autre part avec les ailes (6) en regard de deux couples (2) adjacents, pour fixer un écran entre ces deux couples. 4. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la libre convection de l'air entre le lit et la coque s'établit indépendamment dans des espaces annulaires adjacents de la coque délimités chacun par deux couples (2) adjacents. 5. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens de fixation du lit comprennent, pour chaque écran modulaire élémentaire, au moins une sangle (5) passée autour de l'écran et solidaire à ses extrémités de moyens d'accrochage (7, 8, 9) sur deux ailes (6) en regard de deux couples adjacents entre lesquels l'écran est monté. 6. Dispositif conforme a la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de fixation comprennent en outre des barreaux (10) associés chacun à une sangle pour pincer un écran modulaire élémentaire entre eux et le fixer sur deux couples adjacents. 7. Dispositif conforme l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens de fixation comprennent des colonnettes (11, 11') débordant de certains des passages percés dans un écran modulaire élémentaire pour s'appuyer sur la paroi interne (1) de la coque de manière à définir la distance prédéterminée (E) séparant cette paroi de l'écran, en coinçant l'écran (3) entre ces colonnettes en appui contre la coque et les ailes (6) en regard de deux couples adjacents. 8. Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que les colonnettes (11, 11') sont constituées par des chutes du matériau de l'écran, obtenues lors du perçage des passages (4) d'air, ces colonnettes étant collées dans les passages qui les reçoivent. 9. Ecran acoustique modulaire élémentaire formant partie du dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il prend la forme d'un bloc parallélépipédique en un matériau poreux propre à absorber un rayonnement acoustique, ce bloc étant traversé par des passages (4) dont les débouchés sont distribués sur deux faces opposées du bloc. 10. Ecran conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que le rapport de la surface cumulée des débouchés à celle de la face du bloc où ils sont formés est compris entre 30 et 50 %. 11. Ecran conforme à l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le matériau poreux est constitué de fibres minérales, de verre ou de roche. 12. Ecran conforme à l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le matériau poreux est une mousse en matériau synthétique. 13. Ecran conforme à la revendication 12, caractérisé en ce que ladite mousse est une mousse de polyimide.