Brevet FR2741988A1 — publié le 19970606

Absorbeur acoustique La présente invention vise à permettre d'absorber des ondes acoustiques. Elle vise plus spécifiquement à permettre d'absorber de telles ondes alors que ces dernières se propagent dans un gaz. Ce gaz est typiquement l'air, mais il pourrait être autre, par exemple pour constituer le fluide de travail d'une pompe à chaleur. Il sera désigné ci-après comme "gaz ambiant". De nombreux dispositifs ou matériaux permettent d'absorber de telles ondes. Ils seront appelés ci-après "absorbeurs". De manière usuelle, ils dissipent l'énergie des ondes acoustiques en la transformant en chaleur. Dans les absorbeurs connus cette dissipation est notamment obtenue par les frottements visqueux de l'air au contact de parois solides fixes lors des déplacements alternatifs que ces ondes imposent à cet air. L'importance de ces frottements est accrue, soit en amenant l'air à se déplacer dans les pores d'un matériau poreux, soit en réalisant des cavités résonnantes dans lesquelles les ondes acoustiques à absorber, qui sont typiquement des ondes progressives, induisent des ondes stationnaires d'amplitudes plus grandes. Cette dissipation résulte aussi d'échanges thermiques entre les parois solides et l'air. Les ondes acoustiques soumettent en effet ce demier à des variations alternatives de pression s'accompagnant de variations correspondantes de température. Le volume que ces absorbeurs connus doivent occuper pour être efficaces constitue souvent un inconvénient. La présente invention a notamment pour but de permettre la réalisation d'absorbeurs présentant un volume réduit etlou une efficacité accrue pour l'absorption d'ondes acoustiques. Dans ce but elle a notamment pour objet un absorbeur acoustique comportant des radicaux liés à un substrat par des liaisons chimiques simples tout en étant dépourvus par ailleurs d'affinité importante pour ce substrat et tout en ne présentant pas d'interaction mutuelle directe importante. Elle a plus particulièrement pour objet un absorbeur pour ondes acoustiques se propageant dans un gaz ambiant, cet absorbeur comportant: -un substrat solide présentant une surface exposée audit gaz ambiant, -et des radicaux liés extérieurement à ce substrat dans cette surface. Ces radicaux sont liés à ce substrat chacun par une liaison chimique simple et ils sont dépourvus par ailleurs d'affinité importante pour ce substrat, de sorte que cette liaison constitue une liaison d'amarrage permettant notamment une vibration transversale de ces radicaux. Ils ont des masses radicalaires voisines de masses moléculaires des molécules dudit gaz ambiant de manière à constituer, pour des molécules incidentes de ce gaz se dirigeant vers le substrat, des radicaux dits ci-après "intercepteurs" tels qu'une interaction "de choc" entre une dite molécule incidente et un radical intercepteur provoque une modification importante et aléatoire de la vitesse de cette molécule. Une distance moyenne entre deux radicaux intercepteurs doit être au moins comparable à une amplitude de leur dite vibration transversale pour que, lors d'une dite interaction de choc entre une molécule incidente et un radical intercepteur, la dite modification de la vitesse de cette molécule ne soit pas sensiblement affectée par une interaction parasite de ce radical intercepteur avec un autre radical intercepteur. Les radicaux intercepteurs sont, au moins approximativement, en équilibre thermique avec le substrat et le gaz ambiant. Leur agitation thermique s'effectue selon une pluralité de degrés de liberté de vibration et de rotation, la dite vibration transversale n'étant qu'un cas particulier. Tous ces degrés de liberté interviennent lors des chocs constitués par les interactions entre molécules incidentes et intercepteurs. L'absorption des ondes acoustiques résuite du caractère partiellement aléatoire des vitesses des molécules du gaz ambiant émergeant des dites interactions de choc. Typiquement le rapport de la masse d'un radical intercepteur à celle d'une molécule du gaz ambiant est compris entre 1/4 et 20 et de préférence entre 1/2 et 8. Typiquement encore le rapport de ladite distance moyenne entre deux radicaux intercepteurs à la dite amplitude de vibration est supérieur à 1/2 et de préférence compris entre 1 et 1000. Le substrat présente de préférence une forme semblable à celle d'absorbeurs connus dont la présente invention permet alors d'augmenter l'efficacité. II est remarquable que cette augmentation d'efficacité soit obtenue sans augmentation sensible de volume car les intercepteurs forment à la surface du substrat une couche monoradicalaire qui peut être comparée à un fluide bidimensionnel gazeux ou supercritique et qui présente une épaisseur négligeable vis à vis du diamètre d'un pore ou d'une cavité résonnante. Le substrat peut notamment présenter la structure d'un feutre ou d'une mousse à pores ouverts et une surface enveloppe de cette structure peut présenter des reliefs de formes connues adaptées aux bandes de fréquence des ondes à absorber. II convient d'éviter autant que possible une affinité physico-chimique qui créerait des interactions supplémentaires parasites entre le substrat et les radicaux intercepteurs. Pour cela ces demiers sont par exemple des radicaux hydrocarbonés non polaires si le substrat est polaire comme la silice et des radicaux fluorocarbonés polaires si le substrat est peu ou pas polaire comme un polymère organique. Avec l'aide des figures schématiques ci-jointes il va être indiqué ciaprès, à simple titre d'exemples, comment la présente invention peut être mise en oeuvre. Les figures 1A et 1 B représentent respectivement un état initial et un état final d'une réaction chimique illustrant des réactions de greffage réalisées dans le cadre d'un premier mode de mise en oeuvre de cette invention. Les figures 2A et 2B représentent respectivement un état initial et un état final d'une réaction chimique illustrant des réactions de greffage selon un deuxième mode de mise en oeuvre de cette invention. Le gaz ambiant considéré ci-après est l'air. Selon ledit premier mode de mise en oeuvre le substrat S1 est en silice et les radicaux intercepteurs T1 sont des radicaux hydrocarbonés liés par les dites liaisons d'amarrage L1 à des atomes de silicium fixés au substrat. Un tel absorbeur peut être réalisé grâce à un traitement par une espèce de greffage G1 constituée par un organosilane. Dans ce cas un substrat initial est par exemple constitué par une plaque poreuse en silice frittée ayant un diamètre de pore voisin de 20clam. Cette plaque est traitée pendant 15 minutes par une base forte constituée par une solution aqueuse de soude à 10% en poids à une température de l'ordre de 50"C. On constitue ainsi un substrat greffable Q1 pourvu de radicaux hydroxyles OH en surface. Après lavage à l'eau distillée et sèchage, la plaque poreuse est mise en présence d'un organosilane. Elle est par exemple immergée pendant 24 H, à température ambiante, dans une solution à 1% en poids de trichloroéthylsilane (CH3-CH2-SiC13) dans du chloroforme pour provoquer des réactions de greffage du type XSiC13 + Y(HO)n o XSiC13,nOnY + nCIH, n valant 1, 2 ou 3 X désignant une partie de l'espèce de greffage et Y désignant la matrice de silice. La plaque poreuse est ensuite rincée avec du chloroforme et sèchée. Elle constitue alors un absorbeur selon la présente invention, les radicaux intercepteurs étant dans cet exemple des radicaux éthyle ou simplement leurs terminaisons méthyle. La silice peut être remplacée par un verre à base de silice. La plaque frittée peut être remplacée par un feutre de fibres ou par une poudre confinée après traitement entre deux parois dont l'une au moins est perméable à l'air. Selon ledit deuxième mode de mise en oeuvre le substrat S2 est organique et les radicaux intercepteurs T2 sont des radicaux fluorocarbonés, les dites liaisons d'amarrage L2 étant des liaisons ester. Le substrat est par exemple constitué de cellulose. Un tel absorbeur peut être réalisé grâce à un traitement par une espèce de greffage G2 constituée par un acide perfluoré ou son anhydride. Dans ce cas, le substrat est par exemple constitué par un feutre de fibres de cellulose. Ce feutre est suspendu dans un réacteur dont le fond contient de l'anhydride trifluoroacétique. Ce réacteur, surmonté d'un réfrigérant, est chauffé de façon à traiter le feutre en phase vapeur. La réaction de greffage s'écrit: X désignant la matrice cellulosique. Après 24 h de traitement, on arrête le chauffage et l'on place le feutre dans une étuve ventilée pour le sécher. II constitue alors un absorbeur selon la présente invention, les radicaux intercepteurs étant constitués par des radicaux trifluorométhyle. La cellulose peut être remplacée par d'autres fibres organiques possédant des groupes OH, NH ou NH2 en surface, par exemple des polyvinylalcools ou des polyimines. Le feutre peut être remplacé par une poudre qui, après traitement, est confinée entre deux parois dont l'une au moins est perméable à l'air. REVENDICATIONS 1- Absorbeur acoustique comportant des radicaux (T1) liés à un substrat (S1) par des liaisons chimiques simples (lui) tout en étant dépourvus par ailleurs d'affinité importante pour ce substrat et tout en ne présentant pas d'interaction mutuelle directe importante. 2- Absorbeur selon la revendication 1 pour ondes acoustiques se propageant dans un gaz ambiant, cet absorbeur comportant: -un substrat solide (S1) présentant une surface exposée audit gaz ambiant, -et des radicaux liés extérieurement à ce substrat dans cette surface chacun par une liaison chimique simple tout en étant dépourvus par ailleurs d'affinité importante pour ce substrat, de sorte que cette liaison constitue une liaison d'amarrage (L1) permettant une vibration transversale de ces radicaux, ces radicaux ayant des masses radicalaires voisines de masses moléculaires des molécules dudit gaz ambiant de manière à constituer des radicaux intercepteurs (T1), une distance moyenne entre deux dits radicaux intercepteurs étant au moins comparable à une amplitude de leur dite vibration transversale. 3- Absorbeur selon la revendication 2 dans lequel le rapport de la masse d'un radical intercepteur à celle d'une molécule du gaz ambiant est compris entre 1/4 et 20 et de préférence entre 1/2 et 8. 4- Absorbeur selon la revendication 2 dans lequel le rapport de ladite distance moyenne entre deux radicaux intercepteurs à la dite amplitude de vibration est supérieur à 1/2 et de préférence compris entre 1 et 1000. 5- Absorbeur selon la revendication 2 dans lequel le substrat (Si) est en silice et les radicaux intercepteurs (tri) sont des radicaux hydrocarbonés liés par les dites liaisons d'amarrage (LI) à des atomes de silicium fixés au substrat. 6- Absorbeur selon la revendication 2 dans lequel le substrat (S2) est organique et les radicaux intercepteurs (T2) sont des radicaux fluorocarbonés, les dites liaisons d'amarrage (L2) étant des liaisons ester. 7- Procédé de fabrication d'un absorbeur pour ondes acoustiques, ce procédé comportant les étapes de: -préparation d'un substrat (Q1) apte à recevoir un greffage chimique, -et greffage de ce substrat à l'aide d'une espèce de greffage (G1) pour lui lier par des liaisons chimiques simples des radicaux (T1) dépourvus par ailleurs d'affinité importante pour ce substrat et séparés mutuellement par des distances suffisantes pour leur éviter une interaction mutuelle directe importante. 8- Procédé selon la revendication 7, le dit substrat apte à recevoir un greffage chimique(Q1) étant préparé par les étapes de: -préparation d'un substrat initial à base de silice, et -traitement de ce substrat initial par une base forte, la dite espèce de greffage étant un organosilane. 9- Procédé selon la revendication 7, le dit substrat étant organique, la dite espèce de greffage étant un acide perfluoré ou son anhydride. 10- Procédé selon la revendication 9. le dit substrat étant constitué de cellulose.