Brevet FR2827419A1 — publié le 20030117

La présente invention concerne la conception et la réalisation de dispositifs d'absorption acoustique destinés à la correction acoustique de locaux ou à l'insonorisation de caissons ou carters de machines bruyantes. Un tel dispositif est à disposer devant une paroi support délimitant le local ou caisson. Les dispositifs d'absorption acoustique de ce type présentent l'inconvénient que leur capacité d'absorption n'est pas uniforme pour toute la gamme des fréquences sonores. On observe des creux importants dans la courbe caractéristique d'absorption. L'invention se propose donc de fournir des dispositifs d'absorption du type précité dont la courbe caractéristique soit pratiquement d'égal niveau de performance pour toute la gamme des fréquences audibles. A cet effet, le dispositif selon l'invention est constitué par une tôle gaufrée perforée et une couche de matériau absorbant poreux disposée contre ladite tôle entre cette dernière et la paroi support. La couche de matériau poreux amortit fortement les résonances, de telle sorte que la courbe caractéristique de la capacité d'absorption du dispositif est lissée. Avantageusement, le dispositif d'absorption est disposé à distance de la paroi support de manière à ménager une lame d'air entre la couche de matériau absorbant et la paroi support. L'un des intérêts majeurs de l'invention est ici de conduire à des éléments d'absorption des ondes sonores qui sont aisément paramétrables en fonction du spectre sonore à corriger, en jouant sur les épaisseurs respectives de la lame d'air et de la couche d'absorbant. Selon un mode de réalisation de l'invention, les perforations de la tôle sont des fentes disposées en mailles s régulières. Avantageusement, le matériau absorbant poreux est du type cellulaire, tel qu'une mousse de mélamine ou de polyuréthane. Selon un autre mode de réalisation, le matériau absorbant poreux est un feutre, notamment à base fibres naturelles ou artificielles, notamment à base de laine de verre ou de laine de roche. Avantageusement, l'épaisseur de la couche de matériau absorbant poreux est comprise entre 5 et 200 mm et l'épaisseur de la tôle gaufrée est comprise entre 0,5 et 1,5 mm. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, la tôle gaufrée perforée est liée à la couche de matériau poreux de manière à constituer un ensemble autoportant dans lequel la tôle a pour fonction d'assurer la résistance mécanique. De préférence, c'est également elle qui sert à fixer le dispositif devant une paroi support à insonoriser. De plus, elle protège la couche absorbante des agressions extérieures. Par ailleurs, le dispositif suivant l'invention se présente avantageusement en éléments modulaires à assemble sur site devant une paroi support. Selon un premier mode de réalisation de tels éléments constitués conformément à l'invention, la couche de matériau absorbant est maintenue sur la tôle gaufrée perforée par des rabats obtenus par pliage des bords de la tôle. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche de matériau absorbant poreux est fixée sur la tôle au moyen de clips ou d'agrafes. Selon encore un autre mode de réalisation, la couche de matériau absorbant est fixée sur la tôle au moyen de bandes de matière adhésive. L'invention sera maintenant plus complètement décrite dans le cadre de caractéristiques préférées et de leurs avantages, en faisant référence aux figures 1 à 5 dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective de la tôle de l'élément absorbant de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle en détail de la face extérieure de la tôle de la figure 2 - la figure 4 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de l'invention - la figure 5 est une vue du dessus de la couche de matériau absorbant de l'élément absorbant de la figure 4 - la figure 6 est la courbe du coefficient d'absorption acoustique d'un dispositif d'absorption ne comportant pas de couche de matériau absorbant en fonction de la fréquence et - les figures 7 et 8 sont les courbes du coefficient d'absorption acoustique en fonction de la fréquence pour deux dispositifs d'absorption conformes à l'invention. L'invention a pour objet un élément absorbant les vibrations de l'air ou vibrations acoustiques et destiné à la correction acoustique de locaux bruyants ou à l'insonorisation de caissons ou d'enceintes contenant des dispositifs bruyants. Il peut s'agir par exemple de locaux industriels bruyants, tels que des souffleries, ou de bâtiments recevant le public tels que des hôpitaux. L'invention s'applique également à des caissons contenant des machines bruyantes. L'élément acoustique selon l'invention est destiné à être placé sur les parois intérieures des locaux ou enceintes insonorisés, ou au voisinage de ces parois. L'élément absorbant selon l'invention est essentiellement constitué d'une tôle 1 qui comporte des perforations et qui est de forme gaufrée et d'une couche 2 de matériau absorbant poreux cellulaire ou fibreux qui est fixée sur la face intérieure 6 de la tôle 1. La tôle 1 a un faible taux de perforation, c'est-à-dire que la proportion de sa surface qui est occupée par des trous ou perforations est faible par rapport à sa surface totale. Ce taux est par exemple d'au plus un quart. Suivant un mode de réalisation particulier tel que représenté sur les figures 1 à 3, la tôle 1 est de forme rectangulaire et ses quatre bords 3 et 4 sont rabattus à 90 degrés vers la face intérieure 6 de la tôle 1 de manière à constituer un logement rectangulaire dans lequel on place la couche 2 de matériau absorbant. Les deux bords opposés 4 de la tôle 1 sont coudés à nouveau à 90 degrés de manière à obtenir des rabats 5 parallèles à la face intérieure de la tôle 1. Avantageusement, la hauteur des parois latérales 3 et 4 correspond à l'épaisseur de la couche absorbante 2 et les rabats 5 sont réalisés après la mise en place de la couche 2 de matériau absorbant. La tôle 1 est une tôle métallique réalisée par exemple en aluminium, en acier ou en acier inoxydable. Cette tôle 1 est de faible épaisseur, de préférence comprise entre 0,5 et 1,5 mm. La tôle est perforée, c'est-à-dire qu'elle comporte des fentes de faibles dimensions disposées en mailles régulières. Elle est aussi gaufrée, c'est-à-dire qu'elle présente des bosses et des creux suivant une répartition régulière répétée. Dans le cas considéré, elle est déformée de telle manière que les fentes soient repoussées, lors de sa réalisation, dans un plan différent du plan initial de la tôle. Ceci est illustré en particulier sur la figure 3, qui est une vue partielle à grande échelle de la face extérieure 7 de la tôle 1. On voit sur cette figure deux rangées de fentes 8 qui présentent un premier bord 9 qui se trouve dans le plan de la face extérieure 7 de la tôle et un bord déformé 11 qui a été repoussé au-dessus de la face extérieure 7 lors de la réalisation des fentes. Il en résulte qu'il existe une partie 12 de la tôle qui est gaufrée, c'est-à-dire qu'elle a été repoussée en dehors du plan initial de la tôle, c'est-à-dire de la face extérieure 7, de telle manière que les fentes présentent une certaine hauteur dans la direction perpendiculaire au plan de la tôle. On voit que les deux rangées de fentes 8 sont décalées l'une par rapport à l'autre, en quinconce, avec un faible recouvrement des fentes d'une rangée par rapport aux fentes de la rangée voisine. Ces fentes sont réalisées au moyen d'un outil en forme de lame de scie qui déchire le métal et le plie ensuite. Les paramètres variables sont la forme de l'outil qui donne la longueur de la fente et la profondeur de pénétration de ce dernier dans le métal qui donne la largeur de la maille. Selon un exemple particulier concrétisant avantageusement l'invention, la tôle gaufrée perforée obtenue correspond aux dimensions suivantes : - format des mailles : 13 x 2 x 1 mm, à savoir longue diagonale (L sur la figure 3) = 13 mm, courte diagonale (C sur la figure 3) = 2 mm et hauteur de la fente = 1 mm, - direction des longues diagonales de la maille : : t 3 mm, et - direction des courtes diagonales de la maille :-0/2 mm. Dans les logements délimités par les bords 3 et 4 de la tôle (figure 2) sont engagés les bords de la couche 2 de matériau absorbant poreux. On peut par exemple utiliser des matériaux organiques cellulaires tels que de la mousse de mélamine ou de la mousse de polyuréthane ou des matériaux fibreux tels que des feutres de coton, polyester, polypropylène, polychloroprène, etc. ou des laines minérales, par exemple de la laine de verre ou de la laine de roche. La hauteur des bords 3 et 4 correspond à l'épaisseur de la couche absorbante et peut être comprise entre 5 et 200 mm. Dans l'exemple particulier décrit, le taux de perforation et la densité de perforation, c'est-à-dire le nombre de perforations par surface unitaire, de la tôle 1 ont été optimisées pour l'absorption acoustique afin d'obtenir une résistivité au passage de l'air comprise entre 500 et 3300 N s/m3. Toutefois, ces données ne sont pas limitatives. Elles peuvent varier en particulier en fonction des applications de l'invention. Lorsqu'une telle tôle est placée devant un support réfléchissant, à savoir la paroi de l'enceinte à insonoriser, la tôle fonctionne comme un matériau absorbant qui présente un caractère sélectif en fonction des phénomène de réflexion qui se produisent entre la paroi support et la face intérieure 6 de la tôle 1. Ces réflexions se produisent tout particulièrement pour des fréquences, en fonction des ondes de pression incidentes, dont les valeurs sont liées à l'épaisseur de la lame d'air existant entre la tôle et la paroi support, selon la progression suivante : f = (C 1 2d) f= 2 (C/2d) f= 3 (C/2d) etc. dans laquelle C est la vitesse du son dans l'air, par exemple 343 m/s à 20 C, et d est l'épaisseur de la lame d'air, c'est- à-dire la distance entre la tôle et la paroi support. Pour ces fréquences qui correspondent à un multiple de la moitié de la longueur d'onde de la pression sonore, les valeurs des coefficients d'absorption acoustique prennent une valeur minimale et il en résulte des creux importants dans la courbe d'absorption du dispositif d'absorption. Pour éviter les creux de la courbe d'absorption, on associe la couche de matériau absorbant 2 à la tôle 1, cette couche 2 étant placée entre la tôle 1 et la paroi support, en étant appliquée sur la tôle 1. De cette manière, les résonances de cavité sont amorties par le matériau absorbant et les valeurs des coefficients d'absorption deviennent homogènes. On obtient ainsi un lissage de la courbe d'absorption, avec des valeurs maximales du coefficient d'absorption qui sont liées à l'épaisseur de la lame d'air selon les équations suivantes qui correspondent à un multiple impair du quart de la longueur d'onde : f = (C 1 4d) f = 3 (C/4d) f = 5 (C/4d) etc. En faisant varier l'épaisseur de la couche de matériau absorbant et celle de la lame d'air, on peut faire évoluer l'efficacité du dispositif sur la plage de fréquences de manière à obtenir une courbe d'absorption en fonction de la fréquence qui soit la plus plate possible pour la gamme des fréquences à filtrer. Il est important que le procédé de fixation de la couche de matériau absorbant sur la tôle ne modifie pas la structure de la tôle gaufrée perforée, c'est-à-dire que le matériau absorbant n'obstrue pas les fentes 8, de telle sorte que la résistivité au passage de l'air de la tôle ne soit pas modifiée. On peut prévoir plusieurs procédés de fixation de la couche 2 de matériau absorbant sur la face intérieure 6 de la tôle 1. Une première méthode est illustrée sur les figures 1 et 2. La tôle est pliée sur au moins deux côtés et la couche 2 est placée entre la tôle et les bords repliés. On peut ensuite, comme représenté sur la figure 2, plier encore une fois les bords de 90 degrés vers l'intérieur, après la mise en place de la couche 2, les rabats 5 bloquant la couche 2 en la plaquant sur la face intérieure 6 de la tôle 1. On peut également prévoir une fixation mécanique au moyen de clips ou d'agrafes. Cette fixation est surtout efficace pour des couches de matériau absorbant semi-rigide. En général, on préfère les modes de réalisation où, comme dans le cas précédent par des rabats à angle droit, la tôle est conformée de sorte que la couche d'absorbant se trouve protégée par la tôle autour de ses bords. Un autre procédé de fixation est illustrée sur les figures 4 et 5. On dépose sur la couche 2 de matériau absorbant des bandes de matière adhésive 13 de faible largeur, par exemple comprise entre 5 et 20 mm, parallèlement les unes aux autres avec une distance entre deux bandes voisines comprise entre 50 et 500 mm. La couche de matériau absorbant 2 est ensuite mise en place sur la face intérieure 6 de la tôle 1, les bandes adhésives 13 étant plaquées sur la tôle 1 sur laquelle elles adhèrent en retenant la couche 2 de matériau absorbant acoustique. Une autre possibilité est de fixer la couche de matériau absorbant en utilisant un procédé de compression à chaud, une couche de matériau absorbant étant fortement comprimée à chaud sur la tôle. Au cours de cette opération, le matériau absorbant adhère sur les aspérités de la tôle gaufrée qui constituent des points de contact sans obturer les perforations. On admet ici que le matériau contient un liant qui assure la fixation par collage. La fixation du dispositif acoustique ainsi réalisé sur la paroi support est effectuée en utilisant la tôle 1. On peut utiliser des profilés reliant la tôle 1 à la paroi support ou des tirants traversant le dispositif acoustique et les. rabats 5 et vissés dans la paroi support en laissant, le cas échéant, un espace vide entre la couche 2 et la paroi support. Dans le mode de réalisation de la figure 4 où la couche 2 est fixée par collage sur la tôle 1, les extrémités libres des parois latérales 4 sont avantageusement rabattues à 90 degrés vers l'extérieur pour former des pattes 10 que l'on fixe sur la paroi support. La hauteur des parois latérales 4 correspond à l'épaisseur de la"lame d'air", c'est-à-dire à la distance prévue entre la tôle 1 et la paroi support. Cette hauteur correspond à l'épaisseur de la couche 2 augmentée, le cas échéant, de l'épaisseur d'air libre prévue entre la couche 2 et la paroi support. Dans les deux cas, on obtient une fixation sûre qui permet de rigidifier le dispositif absorbant. La figure 6 montre les courbes du coefficient d'absorption acoustique en fonction de la fréquence de la tôle perforée gaufrée placée devant une paroi pour des lames d'air variant entre 20 et 100 mm. On peut voir que, pour toutes les courbes, il existe un ou plusieurs creux importants dans la courbe d'absorption, la fréquence correspondant à ces creux étant inversement proportionnelle à l'épaisseur de la lame d'air. Les figures 7 et 8 sont des courbes correspondantes pour des dispositifs selon l'invention. Dans le cas de la figure 7, la couche 2 de matériau absorbant est en mousse de mélamine et a une épaisseur de 60 mm. Il n'y a pas d'espace entre la paroi support et la couche isolante 2. La figure 8 est un exemple de réalisation dans laquelle la couche 2 est également en mousse de mélamine et son épaisseur est de 40 mm. Le dispositif selon l'invention est disposé à 60 mm de la paroi isolée et l'épaisseur de la lame d'air est donc de 100 mm. On peut constater que, sur ces deux courbes des figures 7 et 8, les creux de la caractéristique d'absorption sont très amortis et que l'on obtient une courbe d'absorption très efficace. On voit donc que la présence de la couche d'absorption 2 de matériau absorbant a un effet de lissage des courbes d'absorption et qu'en faisant varier l'épaisseur de cette couche et l'épaisseur de la "lame d'air", c'est-àdire la distance entre la tôle 1 et la paroi à isoler, on peut obtenir une caractéristique d'absorption très satisfaisante pour une gamme de fréquences donnée. Le dispositif selon l'invention peut être utilisé en particulier dans le bâtiment, par exemple pour la réalisation de dièdres absorbants pour salles anéchoïques, des plafonds absorbants ou des parements muraux absorbants. L'invention s'applique en particulier dans les souffleries, les bâtiments industriels, les bâtiments sociaux-culturels, le secteur hospitalier. L'invention peut également être utilisée dans l'industrie pour réaliser des parements absorbants acoustiques ou des dispositifs silencieux, en particulier dans la construction navale ou aéronautique, l'industrie ferroviaire, l'industrie automobile, le capotage acoustique de machines bruyantes, le chauffage et la climatisation, le matériel agricole ou militaire, les engins de travaux publics, l'industrie informatique et les conteneurs de récupération du verre. Il ressort de la description ci-dessus de modes de réalisation de l'invention qu'un autre propos de l'invention est que la tôle gaufrée perforée est utilisée pour assurer la résistance mécanique du dispositif d'absorption acoustique en constituant un support rigidifiant pour la couche d'absorption des ondes acoustiques et en réalisant sa protection. On aura compris aussi que les éléments suivant l'invention peuvent être commercialisés en associant avec la tôle gaufrée perforée et la couche d'absorption acoustique des organes de fixation à la paroi support à laquelle ils sont destinés qui assurent une lame d'air d'épaisseur prédéterminée. En pratique, la couche de matériau absorbant est disposée fixée contre la tôle gaufrée perforée, en face interne de celle-ci, notamment par collage sur les aspérités qu'elle présente du fait qu'elle est gaufrée, et ladite couche est ainsi disposée entre ladite tôle et la paroi support à laquelle elle est destinée, et à une distance de cette paroi support qui est choisie en liaison avec l'épaisseur de la couche de matériau absorbant pour assurer un effet recherché en correction d'un spectre sonore dans une gamme de fréquence déterminée. Il est à noter que dans l'un des modes de réalisation préférés, la tôle gaufrée perforée est d'elle-même conformée pour imposer une distance prédéterminée entre la face interne de la couche d'absorbant et la paroi support. Il ressort enfin de l'ensemble de ce qui précède que l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre qui ont été spécifiquement décrits dans le courant des exemples ci-dessus et qu'elle s'étend au contraire à toute variante passant par le biais de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'absorption acoustique destiné à l'insonorisation de locaux ou de caissons et qui est à disposer devant une paroi support délimitant le local ou caisson et réfléchissant les ondes acoustiques, constitué par une tôle gaufrée perforée (1) à faible taux de perforation et une couche (2) de matériau absorbant acoustique poreux disposée contre ladite tôle (1) entre cette dernière et la paroi support, à une distance éventuelle de cette paroi support qui est choisie en liaison avec l'épaisseur de la couche de matériau absorbant pour assurer un effet recherché en correction d'un spectre sonore dans une gamme de fréquence déterminée. 2. Dispositif d'absorption acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le taux de perforation et la densité de perforation de ladite tôle sont déterminés de telle manière que la résistance au passage de l'air de la tôle est comprise entre 500 et 3 300 N s/m3. 3. Dispositif d'absorption acoustique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite couche de matériau absorbant est disposée fixée contre ladite tôle, en face interne de celle-ci, et en ce qu'il est construit pour se disposer à distance de la paroi support de manière à ménager une lame d'air entre la couche (2) de matériau absorbant et la paroi support. 4. Dispositif d'absorption acoustique selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé en ce que les perforations de la tôle sont des fentes (8) disposées en mailles régulières. 5. Dispositif d'absorption acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau absorbant poreux (2) est du type cellulaire, notamment constitué d'une mousse de mélamine ou de polyuréthane. 6. Dispositif d'absorption acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau absorbant poreux (2) est un feutre, notamment à base fibres naturelles ou artificielles, notamment à base de laine de verre ou de laine de roche. 7. Dispositif d'absorption acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche (2) de matériau absorbant poreux est comprise entre 5 et 200 mm. 8. Dispositif d'absorption acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la tôle (1) est comprise entre 0,5 et 1,5 mm. 9. Dispositif d'absorption acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche (2) de matériau absorbant est maintenue sur la tôle (1) par des rabats (5) obtenus par pliage des bords (4) de la tôle (1), ladite couche se trouvant ainsi protégée par la tôle autour de ses bords. 10. Dispositif d'absorption acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche (2) de matériau absorbant poreux est fixée sur la tôle (1) par collage en les aspérités qu'elle présente du fait qu'il s'agit d'une tôle gaufrée.