Brevet FR2733620A1 — publié le 19961031

L'invention concerne un matériau permettant d'absorber les ondes sonores et de réduire l'écho sonore lorsqu'il est placé sur une structure excitée par une onde sonore extérieure, notamment pour des applications sous-marines. Un matériau acoustique est caractérisé par une impédance d'entrée qui a pour valeur le produit de la masse volumique du matériau par la célérité du son. L'efficacité d'un matériau acoustique absorbant les ondes sonores est évaluée par son coefficient de réflexion, qui doit être le plus faible possible et qui est défini comme le rapport de la pression réfléchie sur la pression incidente, lorsqu'une couche d'un tel matériau est placée sur un support immobile. En fait, les propriétés acoustiques d'un matériau sont caractérisées par trois paramètres: masse volumique de ce matériau, la célérité longitudinale complexe des ondes acoustiques de formule CL = C'L (l+i %L), la célérité transversale des ondes acoustiques de formule CT= C'T(l+i 1T), o C'L et C'T représentent les parties réelles respectives de CL et CT et o IL et 1T représentent les atténuations respectives de CL et CT. Les matériaux permettant d'atténuer fortement les ondes sonores doivent posséder d'une part une atténuation de célérité longitudinale IL élevée, d'autre part la partie réelle de célérité longitudinale C'L et une masse volumique proches de celles de l'eau de mer pour les applications sous-marines. On connait des revêtements absorbant les ondes sonores consistant en une matrice élastomère dans laquelle sont dispersées aléatoirement des micro-inclusions d'air et éventuellement des charges minérales.Dans ce type de matériau, les ondes longitudinales non atténuées sont converties en ondes transversales atténuées qui dissipent de l'énergie et confèrent au matériau des propriétés anéchoïques. On connait aussi des matériaux alvéolaires dits "du type Alberich" présentant une couche d'élastomère dans laquelle sont moulées des cavités d'air.Le choix de l'élastomère et de la taille des cavités dépend de la bande de fréquences choisie. Ces deux types de revêtements utilisables en acoustique sous-marine présentent cependant deux inconvénients: leurs performances acoustiques dépendent fortement de l'immersion d'une part et d'autre part, leur compressibilité volumique assez élevée sous pression hydrostatique est pénalisante pour l'intégration d'une grande quantité de matériau sur la coque d'un engin sous-marin. Le brevet FR 2656718 décrit des absorbeurs acoustiques destinés à être immergés dans la mer, constitués par des structures en nids d'abeilles, prenant appui à une extrémité sur un support sur lequel elles sont fixées et dont l'autre extrémité fermée par une membrane est en contact avec l'onde acoustique incidente. L'intérieur des alvéoles des nids d'abeilles est rempli d'un fluide viscoélastique qui permet d'absorber l'énergie acoustique par dissipation mécanique.Cet absorbeur est peu sensible à la pression d'immersion mais son intégration sur une coque d'engin sous-marin est peu aisée en raison de la présence d'alvéoles rigides remplies de fluide. L'invention a pour but de proposer un dispositif absorbant les ondes sonores en acoustique sous-marine, non sensible à la pression d'immersion et pouvant être facilement intégré sur une coque d'engin sous-marin. L'invention a pour objet un matériau absorbant les ondes sonores comprenant une matrice viscoélastique dans laquelle sont réparties des tiges. Contrairement aux matériaux utilisés classiquement, le matériau selon l'invention ne contient pas d'air et ses propriétés acoustiques sont indépendantes de la pression hydrostatique. Du fait de la présence des tiges, son coefficient de compressibilité statique est faible. L'intégration du matériau sur des véhicules sous-marins est facile et il n'est pas nécessaire de compenser la variation volumique du matériau avec l'immersion par des ballasts. Les tiges peuvent être réparties aléatoirement ou périodiquement. De préférence, les tiges sont en métal. D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre illustratif et non limitatif et des figures annexées parmi lesquelles: -la figure 1 représente un panneau constitué d'un matériau absorbant les ondes sonores placé sur un support rigide; -la figure 2 représente une vue de face d'un panneau selon un premier mode de réalisation de l'invention; -la figure 3 représente une vue de face d'un panneau selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, le matériau selon l'invention est placé sous forme d'un panneau 1 sur un support rigide 2.I1 permet de réduire l'amplitude de l'onde sonore réfléchie 4, lorsque le support revêtu d'un matériau selon l'invention est soumis à une onde sonore incidente 3. La figure 2 montre le panneau 1 réalisé dans une matrice en matériau viscoélastique 5, dans laquelle des tiges métalliques 6 sont réparties de façon aléatoire.Les tiges sont placées préférentiellement avec leur axe parallèle au plan défini par les faces du panneau. L'intégration de tiges métalliques raidit latéralement le matériau viscoélastique, ce qui modifie ses propriétés dynamiques et permet la conversion des ondes sonores longitudinales en ondes transversales.Le coefficient d'atténuation des ondes longitudinales s'en trouve notablement augmenté. Un panneau selon l'invention est réalisé par coulage d'une couche de matériau viscoélastique telle une résine du type polyuréthanne Hexcel UR 267 d'épaisseur 40 mm et de dimensions latérales 900 mm sur 900 mm, sur des tiges en acier de longueur 20 mm et de diamètre 2 mm, de telle manière que le nombre de bulles d'air emprisonnées soit minimisé.Le volume des tiges représente 7,3 % du volume total du panneau. Un tel panneau présente un coefficient de réflexion de l'ordre de -15 décibels à pression atmosphérique et de l'ordre de -10 décibels à 40 bars ou sous une immersion de 400 mètres, et ce à partir de 20 kHz.Ces mêmes performances sont obtenues pour des fréquences inférieures à 20kHz mais avec une couche de matériau d'épaisseur supérieure à 50 mm. Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 3, les tiges sont réparties périodiquement et forment un réseau. Dans une variante de réalisation, les tiges métalliques peuvent être remplacées par des fibres minérales ou synthétiques. Un matériau selon l'invention peut être placé sur des surfaces à proximité d'une antenne sonar pour diminuer les échos parasites.Il protège de la même manière l'antenne sonar vis à vis de bruits perturbateurs provenant du navire porteur. 2733620 REVENDICATIONS 1.Matériau absorbant les ondes sonores, notamment pour des applications sous-marines, comprenant une matrice viscoélastique dans laquelle sont réparties des tiges. 2.Matériau absorbant les ondes sonores selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tiges sont réparties aléatoirement. 3.Matériau absorbant les ondes sonores selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tiges sont réparties périodiquement. 4. Matériau absorbant les ondes sonores selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tiges sont en métal.