Brevet FR2671899A1 — publié le 19920724

REVETEMENT POUR L'ABSORPTION ACOUSTIQUE PASSIVE LARGE BANDE DANS UN LIQUIDE La présente invention concerne un revêtement présentant des propriétés d'absorption acoustique dans un liquide tel que l'eau. Pour que des ondes acoustiques soient absorbées dans l'eau, il faut respecter deux conditions simultanées - qu'elles ne soient pas réfléchies par la surface du matériau, donc que l'impédance acoustique du revêtement soit identique à celle de l'eau, - qu'elles soient dissipées par viscosité, ce qui implique un matériau suffisamment dissipatif. I1 s'avère impossible d'utiliser un revêtement constitué d'un matériau unique. En effet un matériau dense ( 4000 Kg/m3 par exemple ) et très amorti absorbera correctement les basses fréquences mais sera mauvais pour des hautes fréquences. On constate en général un trou vers 2000 Hz dû à une antirésonance. Dans ces conditions on peut penser utiliser un revêtement constitué de plusieurs couches de matériaux différents. Ainsi pour une épaisseur de 100 mm, la répartition suivante serait optimum lere couche : 50 mm de matériau à Ç = 4000 Kg/m3 et - = 0,7 où est la masse volumique et X le rapport entre la partie imaginaire et la partie réel le du module de YOUNG. 2 éme couche: 30 mm de matériau à f = 3000 Kg/mS et7 = 0,4 3 éme couche: 20 mm de matériau à f = 2000 Kg/m3 et X = 0,2 La première couche est en contact avec l'eau et la troisième couche en contact avec la paroi à protéger. Malheureusement on ne connait pas de matériau répondant à ces conditions à l'heure actuelle. La présente invention vise à réaliser un revêtement dont la structure permettra d'obtenir des résultats équivalents à cette surperposition de couches théoriques. Selon l'invention ce revêtement est constitué par un empilage d'éléments absorbants, chaque élément étant composé d'un matériau dense et rigide associé à un matériau expansible dissipatif d'énergie acoustique. On peut ainsi obtenir pour un élément absorbant une masse volumique importante et la qualité d'absorption souhaitée. Avantageusement le revêtement comporte plusieurs revêtements élémentaires superposés; chaque revêtement élémentaire est agencé pour avoir un coefficient d'absorption important dans une gamme de fréquences donnée et les différents revêtements élémentaires sont calés sur des fréquences régulièrement réparties dans le spectre de manière à obtenir globalement une courbe d'absorption sensiblement plate. De préférence un revêtement élémentaire est calé essentiellement sur des fréquences de valeur supérieure à la fréquence de coupure du revêtement précédent de sorte que, pour l'optimisation dudit revêtement élémentaire on peut considérer ledit revêtement précédent comme une paroi rigide. Avantageusement chaque élément absorbant peut comporter une plaque métallique associée à une de matériau élastique. Cette couche peut comporter des évidements et/ou des microbulles de manière à autoriser son expansion. De préférence, le matériau élastique est constitué par une pluralité de plots disposés sans contact et fixés à la plaque métallique. Dans un mode de réalisation, les plots sont en forme de bandes dont l'une est une bande sans fin entourant toutes les autres, de manière à assurer l'étanchéité entre les plaques métalliques. La présente invention s'applique notamment à la réalisation, d'enceintes anéchoques ou encore à la réalisation de revêtements anéchoiques pour submersibles. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaltront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple en références aux dessins annexés. La figure 1 est une vue en perspective montrant un empilement de plots cylindriques et de plaques. La figure 2 est une vue en perspective montrant, dans un autre mode de réalisation, un élément absorbant réalisé à l'aide de plots en forme de bande. La figure 3 est une vue en coupe, prise selon la ligne III - III de la figure 2. La figure 4 est une vue en coupe, d'un exemple de réalisation d'un revêtement élémentaire constitué par l'empilage de cinq éléments absorbants. La figure 5 est une vue partielle de la figure 4, prise entre les lignes V - V et V' - V' de celle-ci. Les figures 5 a à 5 f montrent le revêtement élémentaire à différentes fréquences. La figure 6 est un diagramme comportant en ordonnée le coefficient d'absorption et en abscisse la fréquence et montrant le comportement acoustique d'un revêtement élémentaire des figures 4 et 5. La figure 7 est un diagramme analogue à celui de la figure 6, illustrant le comportement d'un revêtement constitué par la superposition de cinq revêtements élémentaires. La figure 8 est une vue schématique analogue à celle de la figure 5, d'un exemple de réalisation d'un revêtement constitué par la superposition de cinq revêtements élémentaires. Les figures 8 a à 8 f montrent le revêtement à différentes fréquences. La figure 9 est un diagramme analogue à celui de la figure 7, montrant le comportement acoustique du revêtement de la figure 8. La figure 10 est une vue en coupe, analogue à la figure 3, illustrant un autre mode de réalisation d'un élément absorbant. Sur la figure 1 on peut voir la paroi 1 à traiter associée au revêtement acoustique selon l'invention. I1 comporte des plaques métalliques 2, par exemple en acier entre lesquelles sont disposés des plots élastiques 3 de sections cylindriques. Les plots 3 pourront être collés aux plaques 2 (ou à la paroi). Dans cet exemple de réalisation, le revêtement comporte trois couches. La couche inférieure est constituée de plots 3 A de grandes dimensions (par exemple de diamètre 50 mm et de hauteur 50 mm) reliés à une plaque d'acier épaisse 2 A. Cette couche est destinée à absorber les basses fréquences. La couche intermédiaire est constituée de plots moyens 3 B (par exemple de diamètre 30 mm et de hauteur 30 mm) en matériau plus rigide associés à une plaque 2 B moins épaisse La couche supérieure est constituée de petits plots (par exemple de diamètre 20 mm et de hauteur 20 mm) en matériau rigide associés à une plaque 2 C encore moins épaisse. Cette plaque est en contact avec l'eau. La revêtement total, dans cet exemple de réalisation, a une épaisseur de 100 mm. L'utilisation de plots cylindriques oblige à prévoir des moyens d'étanchéité (non représentés) entre les plaques 2. Dans le mode de réalisation de la figure 2, les plots élastiques associés aux plaques 2, sont constituées par des bandes 4 de section carrée ou rectangulaire. L'une de ces bandes 4 a entoure les autres et permet d'assurer l'étan- chéité entre les plaques. Sur les figures 4 et 5 on peut voir un revêtement élémentaire (5) constitué par l'empilage de cinq éléments absorbants identiques. Dans cet exemple, un élément absorbant comporte des plots 4 réalisés, par exemple en matériau UR 862 de la Société HEXCEL et les plaques 2 sont en acier. L'épaisseur des plots est de 20 mm et celle des plaques de 15 mm. Les figures 5 a à 5 f montrent le revêtement élémentaire (5) sous différentes fréquences, respectivement 250 Hz 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz, 8000 Hz. La courbe d'absorption illustrée par la figure 5 fait apparaître deux maximum puis une décroissance très rapide correspondant à la fréquence de coupure Fc. La fréquence de coupure est due au fait que le revêtement élémentaire (5) n'est pas homogène et peut être, grosso modo assimilé à une succession de masses et de ressorts. Au delà de la fréquence de coupure, le revêtement ne répond plus (l'amplitude de surface est-nulle);il n'y a plus d'absorption. Par contre le revêtement se comporte comme une paroi rigide. Si on dispose un autre revetement élémentaire (5) calé haut en fréquence, il absorbera comme s'il était disposé sur une paroi rigide. Chaque revêtement élémentaire peut ainsi être optimisé séparément en le calculant appuyé sur une paroi rigide. C'est ainsi que le diagramme de la figure 7, correspond à la superposition de cinq revêtements élémentaires (5),les pectivement Courbe A = 4 fois 5 mm de UR 862 et 1 mm d'acier, Courbe B = 3 fois 10 mm de UR 862 et 2 mm d'acier, Courbe C = 4 fois 10 mm de UR 862 et 4 mm d'acier, Courbe D = 3 fois 20 mm de UR 862 et 8 mm d'acier, Courbe E = 5 fois 20 mm UR 862 et 15 mm d'acier; le premier revêtement est au contact du liquide et le cinquième au contact de la paroi 1 à protéger. La courbe F correspond à la superposition des cinq empilages et est à peu près plate entre 500 Hz à 16000 Hz. La figure 8 montre une telle superposition de cinq revêtements élémentaires 5 A, 5 B, 5 C, 5 D, 5 E, Pour améliorer l'absorption entre 8000 et 16000 Hz,une couche haute fréquence (5 mm de UR 862 et 1 mm d'acier) a été ajoutée. Ceci a pour effet de diminuer la fréquence de résonance de l'empilage supérieur 5 A. La figure 8 montre l'état du revêtement à 250 Hz. Les figure 8 a à 8 f montrent l'état du revêtement aux fréquences 500 Hz, 1000 Hz, 2000 HZ, 4000 hZ, 8000 Hz, et 16000 Hz. On voit que les revêtements élémentaires ont une efficacité maximum pour des fréquences différentes. La courbe de la figure 9 est remarquablement plate entre 500 Hz et 16000 Hz, le coefficient d'absorption étant en outre supérieur à 0,94. L'épaisseur totale du revêtement dans cet exemple de réalisation est de 396 mm. L'invention permet une optimisation aisée en fonction d'un cahier des charges spécifiques (bande de fréquences, masse surfacique, épaisseur etc...) En agissant sur la structure d'un élément absorbant, sur l'empilage dans chaque revêtement élémentaire et sur la combinaison desdits revêtements élémentaires on peut obtenir un excellent coefficient d'absorption dans chaque cas particulier. La figure 10 illustre un autre mode de réalisation d'un élément absorbant selon l'invention. Les plaques 2 sont associées non plus à des plots séparés mais à une seule couche 7 d'un matériau élastique. présentant des évidements 8 ou des microbulles. Le matériau de la couche 7 qui est quasi-incompressible peut s'expanser grâce à ces évidements. Naturellement les plots décrits précédemment pourraient être réalisés avec un matériau présentant des évidements ou des microbulles. REVENDICATIONS 1) Revêtement pour l'absorption acoustique passive large bande dans un liquide tel que lteau,caractérisé en ce qu'il est constitué par un empilage d'éléments absorbants, chaque élément étant composé d'un matériau dense et rigide (2) associé à un matériau expansible dissipatif d'énergie acoustique (3, 4, 7). 2) Revêtement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs revêtements élémentaires (5) superposés et que chaque revêtement élémentaire (5) est agencé pour avoir un coefficient d'absorption comportant dans une gamme de fréquences donnée et que les différents revêtements élémentaires sont calés sur des fréquences régulièrement réparties dans le spectre de manière à obtenir globalement une courbe absorption sensiblement plate. 3) Revêtement selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un revêtement élémentaire (5) est calé sur des fréquences situées essentiellement au delà de la fréquence de coupure du revêtement précédent de sorte que, pour l'optimisation du dit revêtement élémentaire, on peut considérer le dit revêtement précédent comme une paroi rigide. 4) Revêtement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'un revêtement élémentaire (5) comporte plusieurs éléments absorbants empilés. 5) Revêtement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément absorbant comporte une plaque métallique ou plastique (2) associée à une couche de matériau élastique (3, 4, 7). 6) Revêtement selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche de matériau élastique (7) comporte des évidements et/ou des microbulles de manière à autoriser son expansion. 7) Revêtemement melon la revendication 5 ou e, caractérisé en ce que le matériau élastique est constitué par une pluralité de plots (3, 4) disposés sans contact et fixés à la plaque métallique (2). 8) Revêtement selon la revendication 6, caractérisé en ce que les plots sont en forme de bandes (4) dont l'une est une bande sans fin entourant toutes les autres de manière à assurer l'étanchéité entre les plaques métalliques. 9) Revêtement selon la revendication 7, caractérisé en ce que les plots (3) sont de forme cylindrique.