Brevet FR2837508A1 — publié le 20030926

ailes intérieures, au centre du portique (17). La présente invention concerne un mur antibruit. Elle vise à limiter les effets du bruit, entre autres les bruits issus de divers modes de transport (routier, ferroviaire, aéroports). Ce dispositif antibruit peut eke disposé sur tout type d' infrastructure (mur, platond, sol, tunnel, immeuble,... La solution consistant à couvrir certaines portions de routes ou d' autoroutes n' est pas touj ours possible. Souvent, on cherche à atténuer, voire à supprimer, les effets du bruit par la construction sur les dépendances de la chaussée, de murs antibruit appelés également écrans o acoustiques, le long de la voirie existante. La conception de ces murs antibruit résulte de la prise en compte de la circulaire R/A 89.66 du 17 Mai 1989 qui en définit les exigences en termes de bruit, d'esthétisme et de coût. D'une manière générale, il est connu que la méthode de dimensionnement de tels murs est basée sur le calcul des transmissions directes et sur le calcul de l'atténuation sonore par absorption, par réflexion et par diffraction. - - - - Les panneaux absorbants se présentent généraiement sous la forme d'un caisson dans lequel est placé un matériau absorbant tel que de la o laine de roche, mousse d'argile, etc... alors que les panneaux de masquage sont constitués d'un mur dur tel que verre, béton lissé, etc... La présente invention se situe dans le premier cas, c'est-à-dire dans le domaine des panneaux absorbants. Le dispositif proposé forme non seulement un écran pour le bruit mais permet également son absorption et s diminue l'effet des réflexions multiples. Le but de l'invention est d'améliorer les performances d'un mur antibruit à panneaux absorbants en proposant une nouvelle géométrie consistant entre autres à augmenter la surface d' interaction des ondes acoustiques avec un matériau partiellement absortant. o L'invention se place dans le cadre des géométries dites fractales et des surfaces "remplissant" l'espace ("space filling surfaces"). En particulier, on cherche ici à réaliser un tel objet de manière pratique ce qui impose une restriction aux premiers ordres de fractalité. A cet effet, l'invention concerne un dispositif d'absorption du bruit notamment routier et ferroviaire comprenant une base approximativement plane, des éléments en relief comportant chacun au moins un évidement. Selon l'invention, cette base révèle avec les éléments en relief une configuration présentant une fractalité comprise enke 2 cm et 50 cm, de dimension fractale supérieure à 2,8 permettant la localisation de certains modes acoustiques au voisinage desdits éléments. La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre et qui devront être o considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - il présente des tailles variables dans les plans parallèles au plan de la base, en fonction de leur distance audit plan de la base; les tailles et leurs variations sont au moins en partie irrégulières; s la surface des éléments en relief est générée par une droite passant par un sommet et prenant appui sur une ligne fermée contenue dans un plan ne passant pas par ledit sommet, lesdits éléments étant tronqués dans - - Ieur partie supérieure par un plan; - - - - - - la ligne fermée décrit le contour d'un moule à kouglof; zo - les éléments en relief sont des troncs de cônes; Un cône est un élément en relief dont la surface est générée par une droite passant par un point, appelé sommet, et prenant appui sur une courbe tracée dans un plan ne passant pas par ledit point. On appelle ici tronc de cone- un cône qui a pour axe la droite reliant son sommet au centre de sa base mais qui est délimité à sa partie supérieure par l'intersection du cône avec un plan, les éléments en relief sont des troncs de pyramides; . Une pyramide est un polyèdre limité par une base plane en forme de polygone et des faces latérales constituées de triangles s'appuyant sur o ce polygone ayant un sommet commun. La surface d'une telle pyramide est obtenue, ici, par une droite passant par un sommet et prenant appui sur une base polygonale, tracée dans un plan ne contenant pas le sommet. On appelle ici - tronc de pyramide - une pyramide qui a pour axe la droite reliant son sommet au centre de sa base mais qui est délimité à sa partie s supérieure par l'intersection de la pyramide avec un plan, la forme pyramidale étant l'enveloppe extérieure générale de ces troncs de pyramides. - les éléments en relief ont des axes parallèles les uns aux autres; - l'évidement est un tronc de cone creux ayant pour axe? la droite reliant le sommet des éléments en relief au centre de leur base, - les troncs de cône sont ouverts du coté de la partie supérieure des éléments en relief; l'évidement est un tronc de cône creux ayant un axe parallèle à la base desdits éléments; o - les troncs de cône sont ouverts à leurs extrémités; - le plan délimitant la partie supérieure des éléments en relief fait un angle p par rapport au plan passant par la base desdits éléments; - les éléments en relief sont réalisés en un matériau phoniquement absorbant. s Théoriquement, tout matériau est phoniquement, partiellement absorbant. En pratique, il est toutefois usuel de classer les matériaux en - deux catégories, respectivement non-absorbants et absorbants. Un - matériau est dit non-absorbant lorsque l' absorption sonore pour une réflexion sur un mur dur constitué de ce matériau est inférieure à 10-2 2 0 enVirOn. - les éléments en relief sont en béton-bois; - les éléments en relief sont recouverts d'un matériau phoniquement absorbant; - les éléments en relief sont regroupés en caissons ayant une base plane formée par les bases desdits éléments; - le dispositif est constitué de plusieurs caissons formant un mur, les caissons ayant leurs bases parallèles à la surface du mur, - - les caissons sont disposés aléatoirement les uns par rapport aux autres; o - les éléments en relief sont des troncs de pyramides et les caissons sont regroupés par paires pour former une succession de pyramides nversées; - le dispositif est constitué de plusieurs caissons formant un mur, les caissons ayant leurs bases respectivement soit parallèles, soit ss perpendiculaires à la surface du mur; - des caissons orientés respectivement vers les deux faces du mur sont associés; - des caissons sont associés, de haut en bas, dans l'ordre suivant en désignant par A, un caisson dont la base est perpendiculaire à la surface du mur et B. un caisson dont- la base est parallèle à la surface du mur: A B A A B A - les caissons de type A sont répartis en deux catégories, respectivement, A et A2 perpendiculaires l'un à l'autre. La description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif fera o mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée. Elle est faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la fgure 1 est une représentation schématique en perspective d'un caisson mis en _uvre dans certains modes de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une représentation schématique d'une coupe suivant l'axe A-A d'un caisson mis en _uvre dans certains modes de réalisation de l'invention; - -- - - la figure 3 est une vue du dessus du caisson de la figure 1, --:- - - la figure 4 est une vue -schématique d'un panneau formé à l'aide d'un ensemble de caissons ayant leurs bases parallèles à la surface du panneau; - la figure S est un schéma représentant les dispositions relatives de caissons pour former un mur dans certains modes de réalisation de l'invention; Le dispositif d'absorption de bruit selon l' invention met en _uvre s le concept d'amortissement des résonateurs acoustiques Dactals. On entend ici par - objet fractal- un objet dont la géométrie peut être décrite par une taille non entière. Cette approche vise à réaliser un objet . phoniquement absorbant présentant des surfaces d'aire maximale dans un volume donné, i. e. un objet ayant une surface "remplissant" l' espace (space filling surface). Ceci est pris au sens o la surface totale comprise dans une sphère de rayon R centrée sur l'objet varie plus vite quand R augmente que le carré du rayon R. Un tel objet présente une géométrie trè s irrégulière ce qui p ermet l a local i s ati on de s mo de s de s onde s dans la gamme de fréquence du son, au voisinage des surfaces. La localisation de ces modes pour des Déquences données, c'està-dire leur concentration dans une région de l' e sp ace pro che de s surfaces phoni quement absorbantes entrame un suramortissement de ces modes. Ce suramortissement résulte de l' augmentation de l' amplitude des modes sur la surface absorbante. Il y a en quelque sorte " frottement >? répétitif des modes des ondes contre le- matériau absorbant. On distingue donc des modes - délocalisés - pour lesquelles l' absorption par ledit dispositif est amplifiée par l'accroissement considérable de la surface absorbante par rapport à une simple surface plane et des modes - localisés - pour lesquelles on observe un suramortissement, i.e. un amortissement venant o s'aj outer à l'absorption déjà observée précédemment pour les modes délocalisés. L'invention visant à réaliser un tel objet de manière pratique pour l' application industrielle restreint celui-ci aux premiers ordres de fractalité. Le dispositif d' absorption de bruit selon l'invention comprend donc s une base approximativement plane, des éléments 1 en relief comportant chacun au moins un évidement ou échancrure 2, caractérisé en ce que - - cette base révèle avec les éléments en relief une configuration présentant une zone de fractalité comprise entre 2 cm et 50 cm, -de dimension fractale supérieure à 2,8. Le dispositif présente avantageusement des o tailles variables dans les plans parallèles au plan de la base, en fonction de leur distance audit plan de la base. Dans un mode de réalisation prétéré, ces tailles et leurs variations sont au moins en partie irrégulières. On a ainsi réalisé un objet fractal au premier ordre d'approximation. Dans un mode de réalisation, la surface des éléments 1 en relief est générée par une droite passant par un sommet et prenant appui sur une ligne fermée contenue dans un plan ne passant pas par ledit sommet, lesdits éléments 1 étant tronqués dans leur partie supérieure 3 par un plan. La ligne fermée peut, par exemple, constituer une courbe ou un polygone. On appelle ici -base 4- la surface circonscrite par la ligne fermée à so partir de laquelle on compte perpendiculairement la hauteur de l'élément solide. Avantageusement, cette ligne fermée décrit le contour d'un moule à kouglof, i.e. elle comprend une succession d'arcs de cercle formant une ligne fermée. Dans un premier mode de réalisation, ces éléments 1 en relief sont des troncs de pyramides 1 tels que ceux représentés sur la s figure 1. Le tronc de pyramide comporte une base 4, carrée, dont deux côtés 5 et 6 sont apparents sur le schéma en perspective de la figure 1 et une partie supérieure 3. Dans un second mode de réalisation, ces éléments 1 en relief sont des koncs de cônes. Chacun des éléments 1 en relief est évidé, de telle sorte qu'il comporte un konc de cône creux 2. Cet évidement 2 tronconique peut, dans un premier mode de réalisation, avoir la droite reliant le sommet de la pyramide au centre de sa base 4 comme axe 7 ou, dans un second mode de réalisation, avoir son axe 7 parallèle à la base 4 des éléments 1. Dans le premier mode de réalisation, les troncs de cône 2 sont ouverts du côté o de la partie supérieure 3 des troncs de pyramides 1. Dans le second mode de réalisation, les troncs de cône 2 sont ouverts à leurs extrémités 8. Une approche théorique a été développée pour expliquer l' amélioration des propriétés d' absorption du bruit par un dispositif composé d'une telle base approximativement plane et de tels éléments 1 en relief. Cette théorie distingue deux types de mode, des modes localisés et des modes délocalisés. Pour ces derniers, l'accroissement du pouvoir d' absorption résulte de la " surface développée " du mur par rapport à sa surface projetée. La surface projetée du mur est celle généralement considérée et qui peut 8tre définie comme étant la surface vue au plan macroscopique depuis la source sonore. I1 s'agit de la surface occupée par le dispositif ou le mur. La surface développée est le cumul de l'ensemble des surfaces, externe ou interne, du dispositif d'absorption en contact avec l'air, c'est à-dire avec les ondes sonores. Ainsi, cette surface développée sera, dans le cas o les éléments 1 en relief sont des troncs de pyramides, le résultat du cumul des surfaces des faces latérales des troncs de pyramides 1 et des surfaces internes aux koncs de cône creux 2. so Il a été constaté que l'absorption sonore obtenue avec un tel dispositif est alors proportionnelle au rapport S de la surface développée S à la surface projetée du mur Sm. Pour les modes dits - localisés -, on observe une zone de localisation de l'onde sonore au voisinage de la structure absorbante, résultant de la présence d'irrégularités dans ladite structure. Cette onde subit donc un phénomène de frottement avec le matériau phoniquement absorbant ce qui induit un suramortissement de celle-ci. Ce suramortissement vient s'aj outer au pouvoir absorbant déjà observé pour les modes délocalisés. ...... Le pouvoir d' absorption A() pour une fréquence 0 donnée du son, du dispositif par mètre carré moyen de surface projetée est donnée par la formule: A() = ( Sm) x C(ci)) o S et Sm sont respectivement la surface développée et la surface projetée du mur et C(G0) est le facteur de forme tel que: C() = 1 pour des fréquences correspondant à des modes délocalisés, et C() 1 pour des fréquences correspondant à des modes localisés. 1S Ces explications théoriques qui conduisent aux mêmes réalisations pratiques, sont données ici pour permettre une meilleure compréhension - de l'invention et de sa portée. Dans la description suivante, nous considérerons le cas o les éléments 1 en relief sont, selon un mode de réalisation préLéré, des troncs o de pyramides. L'invention ne saurait être limité, cependant, à un tel mode de réalisation. Un autre mode de réalisation préféré de l'invention étant, par exemple, des troncs cônes. Tels que représentés sur les fgures 2 et 3, les troncs de pyramides 1 sont avantageusement réunis en caissons 9 susceptibles d'étre utilisés, soit directement, soit par association de plusieurs d'enke eux, pour constituer un mur. Les axes 7 de ces troncs de pyramides 1 sont avantageusement parallèles les uns aux ankes et leurs bases 4 associées, de telle sorte à former une base 10 du caisson 9 qui soit plane. L'axe 7 des troncs de so pyramides 1 peut être incliné d'un angle compris entre 0 et 5 par rapport à la normale au plan passant par la base 4 des éléments solides 1. Le plan délimitant la partie supérieure 3 desdits troncs de pyramides 1 fait un angle p par rapport au plan passant par la base 10 du caisson 9. C)et angle p est avantageusement compris entre 2 et 10 . Dans un mode de réalisation préLéré, cet angle vaut 6 . Ces faibles valeurs pour l'angle p assurent un décoffrage facile et sont donc adaptées aux contraintes d'une réalisation par moulage direct. Avantageusement, la présence de ce plan incliné permet une variation des hauteurs des éléments 1 en relief et renforce ainsi les irrégularités du dispositif ce qui permet un élargissement de la gamme de fréquence pour laquelle est observée la localisation des modes des ondes et donc un suramortissement. Les tailles des bases 4 carrées sont comprises entre 50 et 140 mm. Les hauteurs des troncs de pyramides 1 sont comprises enhe 220 et o 350 mm. Dans un exemple de réalisation particulier (voir figure 3), un ensemble de 5 x 5 = 25 troncs de pyramides 1 ayant chacun pour base 4 un carré de 90 mm de côté a été réalisé. La hauteur du tronc de pyramide 1 est de 240 mm. Afn de permettre un décoffrage facile lors de la réalisation de ces caissons 9, un espacement de 30 mm est utilisé entre chaque tronc de pyramide 1. La figure 4 représente un mode de réalisation d'un " mur de typé 1 " 11 à l'aide d'un ensemble de caissons 9 ayant leurs bases 10 parallèles à la surface du " mur de type 1 " 11. On entend par "mur de type 1 " 1 1, une partie plane rigide quadrangulaire comprenant un nombre de caissons limité, avantageusement 35. Ces " murs de type 1 " 11 peuvent étre montés seuls pour constituer un mur antibruit ou venir se fixer sur un support z préexistant (tunnels, bordures d'autoroutes,...). Les caissons 9 peuvent étre disposés aléatoirement les uns par r apport aux autres. Dans un mode de réalisation prétéré, les caissons 9 sont regroupés par paires, de facon à former une succession de pyramides , 1nversees. so La figure 5 représente un mode de réalisation optimisé d'un " mur de type 2 " 12 à l'aide d'un ensemble de caissons 9. Ce mur peut étre regardé comme un objet fractal au deuxième ordre d' approximation. Ce " mur de type 2 " 12 est approximativement perpendiculaire à la chaussée 13. I1 est formé par l'association de caissons 9 classés en deux catégories, les caissons A désignés par 9A dont la base plane est perpendiculaire au plan général du mur 12, c'est-à-dire par exemple parallèle ou perpendiculaire à la chaussée 13, et les éléments 9B qui sont perpendiculaires aux éléments 9A. Les éléments extrémes en haut et en bas du mur sont de préférence des éléments de type A, les éléments de type A et de type B sont avantageusement regroupés selon la succession A, B. A, A, B. A. Le motif intermédiaire A A B étant répété autant de fois que nécessaire pour couvrir toute la hauteur du mur en fonction de la taille des caissons 9. Dans un mode de réalisation prétéré, l'une des tailles de la base 9 o des caissons 9B que l'on appellera par exemple leur largeur, est la moitié de l'autre de leurs tailles, leur longueur. Dans un autre mode de réalisation prétéré, les caissons 9 de type A sont répartis en deux catégories, respectivement, A et A2 perpendiculaires l'un à l'autre. On réalise ainsi un mur de type 3 - objet fractal d'ordre trois d'approximation. On obtient alors un facteur cinq d'amortissement par rapport au mur de type 1. L'invention a été décrite jusqu'à présent en considérant L'utilisation - de matériaux peu absorbants. On peut encore améliorer l'absorption du dispositif de l' invention en le réalisant dans un matériau absorbant tel o que, par exemple du béton-bois pour lequel il est connu que l' absorption sonore moyenne est de l'ordre de 0,5 à 0,7. I1 est bien connu que le béton-bois est le matériau réalisé avec des copeaux de bois liés entre eux par une matrice cimentaire. Le matériau bois utilisé est de type Epicéa ou Pin Douglas ayant avantageusement : subi un traitement d'imputrescibilité. Pour un mètre cube de copeaux de bois, on utilise habituellement environ 410 Kg de ciment. L'argile expansée ou le béton poreux peuvent également étre mis en _uvre. - Dans un autre mode de réalisation, le dispositif, selon l' invention, so est recouvert d'un matériau phoniquement absorbant. Dans la description faite jusqu'ici, on s'est employé à la réalisation d'un mur 12 destiné à l'absorption du bruit produit sur un seul de ses côtés. Il pourrait étre utile de prévoir un dispositif absorbant sur ses deux faces, ce qui permettrait en particulier de diminuer les bruits réfléchis par des immeubles par diffraction ou réflexions multiples, au voisinage d'une route. Dans ce cas, le mur 12 sera réalisé par association de caissons 9 tournés vers la route d'une part, vers les immeubles d'autre part. Ce dispositif d'absorption du bruit peut avantageusement étre mis en _uvre pour limiter la pollution sonore issue de divers modes de transport (routier, ferroviaire). Il peut 8tre disposé sur tout type d'infrastructure (mur, platond, sol, tunnel, immeuble,...). Ce dispositif d' absorption du bruit est avantageusement anti-tag. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'absorption du bruit, notamment routier et ferroviaire comprenant une base approximativement plane, des éléments (1) en relief comportant chacun au moins un évidement (2), caractérisé en ce que cette base révèle avec les éléments (1) en relief une configuration présentant une fractalité dans une gamme de longueurs comprise entre 2 cm et 50 cm, de dimension fractale supérieure à 2,8 permettant la localisation de modes acoustiques, au voisinage desdits éléments (1). 2. Dispositif d'absorption du bruit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente des tailles variables dans les plans parallèles au plan de la base, en fonction de leur distance audit plan de la base. 3. Dispositif d'absorption du bruit selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tailles et leurs variations sont au moins en partie irrégulières. 4. Dispositif d' absorption du bruit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface des éléments (1) en relief est générée par une droite passant par un sommet et prenant appui sur une ligne fermée contenue dans un plan ne passant pas par ledit sommet, lesdits éléments o étant trouqués dans leur partie supérieure (3) par un plan. 5. Dispositif d'absorption du bruit selon la revendication 4, caractérisé en ce que la ligne fermée décrit le contour d'un moule à kouglof. 6. Dispositif d' absorption du bruit selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments (1) en relief sont des troncs de cônes. 7. Dispositif d' absorption du bruit selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments (13 en relief sont des troncs de pyramides. 8.Dispositif d'absorption du bruit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les éléments (1) en relief ont des axes (7) parallèles les uns aux autres. 9.Dispositif d'absorption du bruit selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'évidement est un tronc de cône () çreux ayat pour axe (7), la droite reliant le soet des éléments (1) en relief au centre de leur base (4). 10. Dispositif d'absorption du bruit selon la revendication 9, caractérisé en ce que les troncs de cone (2) sont ouverts du coté de la partie supérieure des éléments (1) en relief. 11. Dispositif d'absorption du bruit selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'évidement est un tronc de cone (2) creux ayant un axe (7) parallèle à la base (4) desdits éléments (1). 12.Dispositif d'absorption du bruit selon la revendication 11, caractérisé en ce que les troncs de cône (2) sont ouverts à leurs extrémités o (8) 13. Dispositif d'absorption du bruit selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le plan délimitant la partie supérieure (3) des éléments (1) en relief fait un angle p par rapport au plan passant par la base (4) desdits éléments (1). s 14. Dispositif d'absorption du bruit selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les éléments (1) en relief sont réalisés en un - matériau phoniquement absortant. - - - - lS.Dispositif d'absorption du bruit selon la revendication 14, caractérisé en ce que les éléments (1) en relief sont en béton-bois. o 16.Dispositif d'absorption du bruit selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les éléments (1) en relief sont recouverts d'un matériau phoniquement absorbant. 17. Dispositif d'absorption du bruit selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que les éléments (1) en relief sont regroupés en caissons (9) ayant une base plane (10) formée par les bases (4) desdits éléments (1). 18.Dispositif d'absorption du bruit selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il est constitué de plusieurs caissons (9) formant un mur (12), les caissons (9) ayant leurs bases (10) parallèles à la surface du mur (12). l9.Dispositif d'absorption du bruit selon la revendication 17, caractérisé en ce que les caissons (9) sont disposés aléatoirement les uns par rapport aux autres. 20.Dispositif d'absorption du bruit selon la revendication 19, s caractérisé en ce que les éléments (1) en relief sont des troncs de pyramides et les caissons (9) sont regroupés par paires pour former une succession de pyramides inversées. 21.Dispositif d'absorption du bruit selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il est constitué de plusieurs caissons (9) formant un mur (12), les caissons (93 ayant leurs bases (10) respectivement soit parallèles, soit perpendiculaires à la surface du mur (12). 22.Dispositif d'absorption du bruit selon la revendication 21, caractérisé en ce que des caissons (9) orientés respectivement vers les deux faces du mur (12) sont associés. o 23. Dispositif d'absorption du bruit selon les revendications 21 et 22, caractérisé en ce que des caissons (9) sont associés, de haut en bas, dans l'ordre suivant en désignant par A, un caisson (9A) dont la base (10) est perpendiculaire à la surface du mur (12) et B. un caisson (9B) dont la base (10) est parallèle à la surface du mur (12): A B A A B A 24. Dispositif d'absorption du bruit selon la revendication 23, caractérisé en ce que les caissons (9) de type-A sont répartis en deux