Brevet FR2732806A1 — publié le 19961011

La présente invention concerne un matériau conçu de façon à augmenter la discrétion acoustique d'une structure tant vis-à-vis du bruit rayonné par la structure elle-même (c'est-à-dire la fonction dite de masquage ) que de l'atténuation de la réflexion des ondes sonores sur une telle structure (c'est-à-dire la fonction d'anéchoïcité ou anéchoïsme) . Selon l'invention, un tel matériau est réalisé de manière à ce qu'il présente des caractéristiques physiques, notamment compressibilité, amortissement, résistance, compatibles avec son domaine d'utilisation. La présente invention s'applique plus particulièrement à la construction navale, ledit matériau pouvant être utilisé de façon avantageuse comme revêtement de coques de bâtiments de surface et sous-marins afin d'en réduire la signature acoustique . Le concept à la base de la présente invention est de réaliser l'indépendance des moyens assurant d'une part la fonction tenue statique du matériau (compressibilité) et d'autre part, la fonction dynamique du matériau (masquage ou anéchoïcité). En conséquence, cette invention a pour objet un matériau destiné à augmenter la discrétion acoustique d'une structure, tant vis-à-vis du bruit rayonné par ladite structure elle-même, (fonction de masquage), que de l'atténuation de la réflexion des ondes sonores sur celle-ci, (fonction d'anéchoïcité), caractérisé en ce que ledit matériau, interposé entre ladite structure et son milieu extérieur comprend: - une masse de réaction au contact du milieu extérieur, ayant pour fonctions de participer à la tenue en pression du matériau, de permettre un ajustage de la gamme des fréquences requises par le choix de sa masse et de contribuer à la protection du matériau vis-à-vis des agressions extérieures. - un ensemble de ressorts sur lequel est suspendue ladite masse de réaction, cet ensemble comprenant: - une pluralité de ressorts dynamiques , de structure alvéolaire, en élastomère et dont la géométrie est choisie en fonction de l'atténuation du bruit recherchée: masquage ou anéchoïcité; - une pluralité de ressorts statiques disposés de façon à ne pas interagir avec lesdits ressorts dynamiques et constitués de réglettes en élastomère contrôlant la compressibilité statique dudit matériau et ne présentant pas de rigidité dynamique dans le spectre acoustique dont on veut s'isoler, - et un boîtier de type homogène ou composite recevant ladite masse de réaction et ledit ensemble de ressorts et assurant notamment une fonction d'étanchéité. Selon la présente invention, ladite masse de réaction présente une rigidité propre telle que la pression extérieure est transmise uniquement auxdits ressorts statiques. Elle est choisie en fonction de la gamme de fréquences requise. De préférence, cette masse de réaction se présente sous la forme d'une plaque, notamment métallique ou en matériau composite, éventuellement en plusieurs parties pouvant être superposées. Selon l'invention, les caractéristiques physiques des ressorts dynamiques et en particulier, leur rigidité et leur amortissement sont choisies de manière à ce qu'elles soient optimales dans la gamme de fréquences requise. Selon un mode de réalisation préféré, la rigidité des ressorts statiques est réglée en fonction des conditions d'environnement en pression du matériau objet de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les dessins: - la figure 1 est une vue très schématique destinée à illustrer le concept à la base du matériau objet de l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation du matériau selon l'invention; - la figure 3 est une coupe verticale selon 3-3 de la figure 2, - la figure 4 est également une vue en coupe selon 3-3 de la figure 2, mais partielle et à une échelle agrandie, de manière à illustrer en détails la structure du matériau objet de l'invention et, - la figure 5 est une vue partielle en coupe selon 5-5 de la figure 3 mais à échelle agrandie. Ainsi qu'on l'a précisé ci-dessus, la figure 1 représente de façon schématique le principe à la base de la présente invention. Comme on le voit sur cette figure, le matériau objet de cette invention comporte essentiellement une masse de réaction 10 suspendue sur la structure 14 à isoler (par exemple une coque de navire de surface ou sous-marins) par l'intermédiaire d'un ensemble de ressorts comprenant d'une part des ressorts statiques tels que 12 assurant la fonction tenue statique du matériau (compressibilité) et d'autre part, des ressorts dynamiques tels que 13 assurant la fonction dynamique du matériau (masquage ou anéchoïcité). On décrira maintenant plus en détails les différents composants du matériau selon la présente invention, en se référant aux figures 2 à 5. Dans un exemple non limitatif de réalisation pratique, le matériau se présente sous la forme d'une structure composée de quatre sous-ensembles: - la masse de réaction 10; - les ressorts statiques tels que 12, - les ressorts dynamiques tels que 13 et, - un boîtier contenant l'ensemble des éléments ci-dessus, ce boîtier ayant été désigné par la référence 16 sur les dessins. Dans l'exemple de réalisation considéré, la masse de réaction se présente sous la forme d'une plaque ou d'une tôle suspendue, au contact du milieu extérieur. Comme on le voit sur les dessins, elle est ici réalisée en deux parties superposées, respectivement 10a et 10b. Les fonctions de cette masse de réaction placée sur les ressorts statiques 12 et les ressorts dynamiques 13 sont les suivantes: - Elle participe à la tenue en pression du matériau : en effet, grâce à sa rigidité propre, I'effort exercé par la pression extérieure est transmis uniquement aux ressorts statiques 12 et, ainsi les ressorts dynamiques 13 ne sont pas affectés par la pression extérieure; - Sa masse constitue l'un des deux paramètres d'ajustage de la gamme de fréquences d'utilisation du matériau, I'autre paramètre étant, comme on le verra ciaprès, la rigidité des ressorts dynamiques; - Elle contribue à assurer la protection du matériau à l'encontre des agressions du milieu extérieur (notamment chocs, feu, contacts, etc...). Selon les configurations d'utilisation du matériau objet de la présente invention, cette masse de réaction peut être du type composite, métallique ou autres. En particulier, elle peut prendre la forme d'une ou plusieurs tôles métalliques superposées. Les ressorts statiques tels que 12 ont pour fonction de contrôler la compressibilité statique du matériau et leur action ne doit pas interagir avec les ressorts dynamiques afin de ne pas altérer les performances acoustiques du matériau. Pour répondre à ces objectifs, ces ressorts statiques 12 sont réalisés sous la forme de réglettes en élastomère dont la rigidité est réglée en fonction des conditions d'environnement en pression du matériau objet de l'invention. Grâce à ces caractéristiques, on peut obtenir un comportement asymptotique du matériau, à partir d'un seuil de pression extérieur. Les ressorts statiques 12 ne présentent pas de rigidité dynamique dans le spectre acoustique dont le matériau assure l'isolation et ainsi, ils n'interagissent pas sur les performances de filtrage acoustique de ce matériau. Les ressorts dynamiques tels que 13 constituent le noyau du matériau objet de l'invention étant donné qu'ils remplissent les fonctions de masquage ou d'anéchoïcité. Selon l'invention, ces ressorts 13 présentent une structure alvéolaire comme on le voit clairement sur les figures 4 et 5. Ils sont réalisés en un matériau élastomère et leurs caractéristiques physiques (notamment rigidité et amortissement) sont choisies de manière à être optimales dans la gamme de fréquences requise, la rigidité de ces ressorts dynamiques constituant ainsi qu'on l'a vu ci-dessus, le second paramètre d'ajustage de la gamme fréquentielle d'utilisation. La présence des alvéoles telles que 15 dans la structure constituant chaque ressort dynamique 13 permet ainsi d'ajuster la rigidité dynamique et l'amortissement du matériau dans ladite gamme de fréquences. Par ailleurs, la géométrie de ces ressorts 13 est optimisée de manière à remplir la fonction recherchée de masquage ou d'anéchoïsme. Selon la présente invention, on limite ou on élimine les frottements entre les ressorts statiques 12 et dynamiques 13 en interposant entre ces derniers un matériau 18 à faible coefficient de frottement, par exemple du polytétrafluoréthylène ( TEFLON ). L'ensemble décrit ci-dessus : masse de réaction, systèmes de ressorts statiques et dynamiques, est logé et supporté par un boîtier tel que 16. Ce boîtier, de type composite ou homogène présente une masse dont la valeur est ajustée de manière à obtenir la masse volumique requise pour le matériau selon l'invention. Par ailleurs, ce même boîtier 16 assure l'étanchéité de l'ensemble. Parmi les avantages et effets techniques du matériau objet de la présente invention, on peut citer notamment: - son adaptation aux conditions d'environnement et performances acoustiques requises obtenue grâce à l'optimisation de ses composants : masse de réaction 10, ressorts statiques 12 et ressorts dynamiques 13; - les performances acoustiques du matériau sont indépendantes de la pression statique du milieu extérieur environnant; - la compressibilité statique du matériau peut être limitée à partir d'un seuil; - sa masse volumique peut être ajustée à la valeur requise en réglant la masse du boîtier 16; - le matériau peut être adapté en barrière acoustique dans une gamme de fréquences donnée. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation et d'application décrit et/ou mentionné ci-dessus mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Matériau destiné à augmenter la discrétion acoustique d'une structure, tant vis-à-vis du bruit rayonné par ladite structure elle-même, c'est-à-dire la fonction de masquage, que de l'atténuation de la réflexion des ondes sonores sur celle-ci, c'est-à-dire la fonction d'anéchoïcité, caractérisé en ce que ledit matériau, interposé entre ladite structure et son milieu extérieur comprend: - une masse de réaction (10) au contact du milieu extérieur, ayant pour fonctions de participer à la tenue en pression du matériau, de permettre un ajustage de la gamme des fréquences requises par le choix de sa masse et de contribuer à la protection du matériau vis-à-vis des agressions extérieures. - un ensemble de ressorts sur lequel est suspendue ladite masse de réaction, cet ensemble comprenant: - une pluralité de ressorts dynamiques (13), de structure alvéolaire, en élastomère et dont la géométrie est choisie en fonction de l'atténuation du bruit recherchée: masquage ou anéchoïcité; - une pluralité de ressorts statiques (12) disposés de façon à ne pas interagir avec lesdits ressorts dynamiques et constitués de réglettes en élastomère contrôlant la compressibilité statique dudit matériau et ne présentant pas de rigidité dynamique dans le spectre acoustique dont on veut s'isoler, - et un boîtier (16) de type homogène ou composite recevant ladite masse de réaction (10) et ledit ensemble de ressorts (12,13), ledit boîtier assurant notamment une fonction d'étanchéité. 2 - Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite masse de réaction (10) présente une rigidité propre telle que la pression extérieure est transmise uniquement aux ressorts statiques (12). 3 - Matériau selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite masse de réaction (10) est choisie en fonction de la gamme de fréquences requise. 4 - Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite masse de réaction se présente sous la forme d'une plaque notamment métallique ou en matériaux composites. 5 - Matériau selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite masse de réaction est une tôle métallique, éventuellement réalisée en deux parties supérposées (1 osa, 1 Ob). 6 - Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les caractéristiques physiques des ressorts dynamiques (13), notamment leur rigidité et leur amortissement sont choisies de manière à être optimales dans la gamme de fréquences requise. 7 - Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la rigidité des ressorts statiques (12) est réglée en fonction des conditions d'environnement en pression dudit matériau. 8 - Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'une couche (18) d'un matériau à faible coefficient de frottement est insérée entre les ressorts dynamiques (13) et les ressorts statiques (12). 9 - Matériau selon la revendication 8 caractérisé en ce que ladite couche (18) est constituée de polytétrafluoroéthylène. 10 - Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est appliqué sur la coque d'un navire de manière à constituer un revêtement de masquage et/ou anéchoïde.