Brevet FR2871872A1 — publié le 20051223

La présente invention concerne un conduit de ventilation pourvu de moyens d'atténuation de bruit et peut notamment être utilisée avec profit dans un système de ventilation pour habitacle de véhicule automobile. Le système de ventilation pour habitacle de véhicule automobile est en général constitué d'un groupe de climatisation, par exemple un groupe dit HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning), pour le chauffage, la ventilation et l'air conditionné, et divers conduits de ventilation destinés à amener l'air entraîné par le ventilateur du groupe HVAC vers des sorties convenablement localisées dans l'habitacle, par exemple les sorties pare-brise, conducteur, passager avant ou passagers arrières, au niveau de la tête ou des pieds etc.. . Avec la réduction accrue des nuisances acoustiques dues au moteur du véhicule, la climatisation est devenue une source acoustique gênante à laquelle contribuent les conduits de ventilation. Ces conduits de ventilation d'une part permettent au bruit du ventilateur de se propager dans l'habitacle par simple propagation d'ondes sonores, et d'autre part sont également générateurs de bruit du fait des turbulences d'écoulement d'air créées par leurs formes et leurs architectures. On considère toutefois aujourd'hui que le bruit de ventilateur, très mal perçu par les occupants du véhicule, est la source principale de bruit généré par le système de ventilation. On connaît de la demande FR-A-2.712.851 un conduit de ventilation pourvu de moyens d'atténuation de bruit du type à gaine de mousse élastique. Plus particulièrement une gaine en mousse est disposée à l'intérieur du conduit pour partie dans un logement cylindrique allongé réalisé dans sa paroi, l'épaisseur de la gaine étant telle qu'il en résulte une réduction de la section de passage du fluide. Outre l'augmentation des coûts de fabrication par rapport à un conduit standard du à l'ajout de la gaine en mousse, la mousse présente l'inconvénient de se dégrader lors son vieillissement avec par voie de conséquence une perte progressive de l'efficacité de l'atténuateur à mousse avec le temps. L'invention a pour but de proposer un conduit de ventilation pourvu de moyens d'atténuation de bruit susceptibles d'éliminer les inconvénients exposés ci- dessus ou tout du moins d'en réduire les effets et notamment un conduit de ventilation susceptible de garder sensiblement son efficacité avec le temps et à coûts de fabrication réduits. A cette fin, l'invention propose un conduit de ventilation comportant de moyens d'atténuation de bruit, caractérisé en ce que les moyens d'atténuation de bruit comportent au moins une cavité acoustique sur le chemin d'écoulement du fluide dans le conduit et réalisée par un élargissement localisé, à transitions amont et aval brusques, sur tout ou partie de la section de passage dudit chemin d'écoulement. Du point de vue acoustique l'augmentation brusque de la section de passage (la transition amont) permet de créer un brusque changement d'impédance perturbant la propagation des ondes acoustiques. Le rétrécissement de la section de passage (la transition aval) un peu plus loin pour revenir sensiblement à la section initiale a pour effet d'augmenter le coefficient de réflexion du conduit et ainsi de diminuer sur de nombreuses bandes de fréquences, l'amplitude des ondes sonores à la sortie du conduit. On notera que la cavité acoustique ainsi créée se comporte comme une chambre d'expansion vide dont les dimensions exactes sont définies de façon à optimiser l'atténuation des ondes acoustiques émises en amont par le ventilateur sans avoir recours à un gainage intérieur partiel ou total de mousse élastique. De plus la cavité acoustique est très localisée et n'a pas besoin d'une grande longueur de conduit (dans le sens de l'écoulement) pour être efficace et ainsi ne provoque pas de turbulences ou autres de dégradations indésirables de I' écoulement pour lequel elle est de fait transparente. De préférence on prend soin de disposer la cavité acoustique dans une portion droite ou à faible courbure du conduit. On notera également que l'invention peut être mise en oeuvre sans difficulté en travaillant sur la forme de la paroi du conduit lui-même et par voie de conséquence peut être réalisée à faible coût lors de la fabrication du conduit. En particulier selon un premier mode de réalisation de l'invention le conduit de ventilation est réalisé par moulage et/ou injection et/ou thermoformage de matériau synthétique. Par exemple le matériau utilisé pour le conduit est du polypropylène ou du polyéthylène haute ou basse densité. De plus on augmentera l'efficacité d'atténuation de bruit d'un conduit selon l'invention en utilisant une cavité acoustique à paroi interne à effet réfléchissant pour les ondes sonores. Selon une première variante de réalisation de l'invention, la cavité acoustique est délimitée par un renflement de la paroi du conduit sensiblement en forme d'anneau ou de portion d'anneau, la cavité étant libre d'accès avec l'intérieur de ce même conduit. De façon optionnelle dans le ce cas d'un renflement en forme de portion d'anneau, ce renflement présente dans un plan perpendiculaire à l'écoulement du fluide une section en forme de C. Un tel agencement permet un gain en compacité très intéressant (avec une augmentation du rayon du conduit sur un seul coté) dans une région de l'habitacle en général très encombrée sans réduction très sensible de l'effet acoustique par rapport à celui obtenu avec un renflement en forme d'anneau. Avantageusement le renflement sensiblement en forme d'anneau ou de portion d'anneau présente dans la direction de l'écoulement du fluide un profil en U. De façon optionnelle facilitant encore la fabrication du conduit de ventilation selon l'invention le profil en U a des bords évasés. Toujours de façon optionnelle mais avantageusement la profondeur interne du profil en U est choisie entre environ 0,05 et 0,10 fois le diamètre moyen de ladite section de passage du fluide hors renflement. Selon une deuxième variante de réalisation d'un conduit de ventilation selon l'invention, le conduit comporte au moins deux cavités acoustiques de dimensions différentes notamment pour augmenter le spectre des bandes de fréquences atténuées. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre présentée uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins cijoints dans lesquels: la figure 1 représente une vue de côté d'un premier mode de réalisation d'un conduit de ventilation selon l'invention à cavité acoustique en anneau; la figure 2 représente une vue partielle agrandie d'une coupe longitudinale du conduit de ventilation de la figure 1; la figure 3 représente un graphe donnant les résultats d'un essai comparatif concernant le conduit de ventilation de la figure 1; la figure 4 représente une vue de côté d'un second mode de réalisation d'un conduit de ventilation selon l'invention à cavité acoustique en anneau; la figure 5 représente une vue d'une coupe longitudinale du conduit de ventilation de la figure 4; la figure 6 représente une vue schématique en perspective de côté d'un troisième mode de réalisation d'un conduit de ventilation selon l'invention à cavité acoustique en portion d'anneau; - et la figure 7 représente une vue schématique d'une coupe diamétrale du conduit de ventilation de la figure 6, sensiblement au droit mais à l'extérieur de la cavité. 10 Le conduit de ventilation 10 d'échappement illustré aux figures 1 et 2 est utilisable notamment dans un système de ventilation d'habitacle de véhicule automobile comportant un groupe HVAC intégrant un ventilateur d'entraînement d'air de ventilation (non représentés). Le conduit 10 est destiné à être monté en aval du ventilateur pour donner dans le conduit 10 un sens d'écoulement du fluide gazeux (l'air de ventilation en surpression) illustré par la flèche E sur les figures 1, 2, 4 et 5, le ventilateur étant disposé du côté de l'entrée du conduit 10 (ou 50) repérée par la flèche E. Le conduit 10, constitué d'un élément tubulaire en matériau synthétique moulé ou injecté ou thermo-formé à paroi rigide mince 11 par exemple d'épaisseur moyenne de l'ordre de 1mm, et par exemple en polypropylène ou polyéthylène basse ou haute densité, intègre sur une portion droite ou légèrement courbe des moyens d'atténuation de bruit 12. Comme montré sur la figure 2, ces moyens d'atténuation de bruit 12 comportent une cavité acoustique 14 disposée sur le chemin d'écoulement de fluide 16 et réalisée par un élargissement localisé 18 de la section de passage du chemin 16 avec des transitions brusques amont 20 (accroissement de section de SI à Se) et aval 22 (réduction de section de Se à S2), la cavité 14 étant libre d'accès avec l'intérieur du conduit constitué par le chemin d'écoulement 16 pour constituer une chambre d'expansion ouverte au fluide en transit. L'élargissement de section 18 est dit localisé au sens où sa largeur dans le sens de l'écoulement reste faible comme expliqué en détails ci-après. Dans la pratique, la cavité 14 est délimitée par un renflement sensiblement en forme d'anneau 19 de la paroi 11, renflement qui présente dans la direction de l'écoulement un profil en U constitué par les trois portions de paroi délimitant les transitions amont 20 et aval 22 et l'élargissement 18. Le profil en U présente des bords évasés au niveau des transitions 20 et 22. Sans avoir de véritable effet acoustique, l'évasement des bords de la cavité 14 améliore l'écoulement et facilite la fabrication du conduit 10 avec atténuateur de bruit. Par contre on notera que l'utilisation du polypropylène ou du polyéthylène pour le conduit, donc pour la paroi de la cavité 14, permet de bénéficier pour l'effet acoustique de l'atténuateur 12 des bonnes propriétés réfléchissantes des ondes sonores de ces matériaux notamment au niveau de la transition aval 22. A titre indicatif, sans effet limitatif, les dimensions internes du chemin d'écoulement 16 et de la cavité 14, optimisées par modélisation pour un conduit cylindrique, sont les suivantes: -Diamètre moyen Dm du chemin 16 (sections SI et S2) : 60 mm environ - Profondeur interne PP de la cavité 14: 10 mm environ avec PP = Diamètre Se Diamètre SI (ou Diamètre Se Diamètre S2) - Largeur interne L de la cavité 14 dans le sens de l'écoulement E prise à l'ouverture de la cavité : 30 mm environ D'une façon générale la largeur L de la cavité (au moins égale à 10 mm) doit rester assez faible, entre 10 et 30 mm pour un diamètre Dm de 60 mm. Dans l'exemple illustré à la figure 2, la largeur L est choisie à environ 1 à 3 fois la profondeur PP. En ce qui concerne la profondeur de profil PP pour un conduit à cavité acoustique unique, PP est au minimum égale à 10 mm pour avoir un effet acoustique sensible, sachant toutefois qu'une augmentation de PP trop importante, favorable du point de vue de l'atténuation acoustique du bruit du ventilateur, pourra avoir pour effet de créer des turbulences et des pertes de charges dans le conduit. Dans la pratique une optimisation par modélisation et calcul est nécessaire. Le graphe de la figure 3 illustre les résultats d'un essai comparatif de mesures au microphone en sortie de conduit de la pression acoustique Pac (en dB) en fonction de la fréquence (en Hz) des ondes sonores et concernant le conduit de ventilation 10 à atténuateur (courbe CA définie par des signes + ) et un conduit de ventilation standard sans atténuateur par ailleurs de même dimension et de même matériau (courbe CS définie par des signes ). On remarquera que l'effet de l'atténuateur est particulièrement sensible entre 800 et 1400 Hz et au-delà de 1700 Hz. Sans sortir du cadre de l'invention, des conduits selon l'invention (non représentés) comportent deux ou plus cavités acoustiques sensiblement identiques. Ceci a pour effet d'augmenter si nécessaire l'amplitude de l'atténuation sans toutefois modifier les bandes de fréquences affectées par cette atténuation. Les figures 4 et 5 illustrent un second mode de réalisation d'un conduit de ventilation 50 selon l'invention comportant des moyens atténuateurs 5253 constitués de deux cavités acoustiques non identiques 54 et 55, à élargissement localisé 64 et 65, disposées sur le chemin d'écoulement 60. Plus particulièrement les cavités 54 et 55, du type à renflement en anneau, présentent des dimensions différentes de façon à sensiblement additionner en sortie les effets en amplitude et en fréquence de chaque cavité et élargir le spectre des fréquences atténuées (notamment pour éliminer certaines zones de fréquences de faible atténuation), les deux cavités 54 et 55 étant suffisamment éloignées l'une de l'autre sur le conduit 50 pour éviter les turbulences. La description du conduit 50, de structure semblable à celle du conduit 10, ne sera reprise en détails. La paroi 51 du conduit 50 présente deux renflements 52 et 53 en anneau s'étendant sur tout le pourtour du conduit 50 et à profils en U à bords évasés 56-64-58 pour la cavité 54 et 57-6559 pour la cavité 55. Pour un diamètre moyen Dm du conduit 50 égal à environ 76 mm, la cavité 52 a une largeur L égale à 20 mm et une profondeur PP égale à 8 mm tandis que la cavité 54 a une largeur L égale à 20 mm et une profondeur PP égale à 14 mm, la position des deux cavités par rapport au sens d'écoulement E du fluide étant indifférente. De plus les profils des transitions amont 57 et aval 59 de la cavité 55 de plus grande profondeur présentent une conformation en S déformé comme illustrées sur la figure 5 pour avoir une portion sensiblement perpendiculaire au chemin d'écoulement 60 tandis que les profils des transitions amont 56 et aval 58 de la cavité 54 sont rectilignes semblables à ceux des transitions 20 et 22 de la cavité 14 du conduit 10. Les figures 6 et 7 illustrent un troisième mode de réalisation d'un conduit de ventilation 70 selon l'invention comportant des moyens atténuateurs constitués de d'une cavité acoustique 74, à élargissement localisé, disposée sur le chemin d'écoulement 80 sur une partie cylindrique 70' d'axe XX' du conduit 70. Plus particulièrement la cavité 74 est du type à renflement en portion d'anneau 72 pour présenter en section diamétrale perpendiculaire à l'axe XX' un profil en C (par exemple à ouverture angulaire A de l'ordre de 260 ) tel que représenté à la figure 7 qui montre la section diamétrale passant par le point O situé sur l'axe XX' à l'extérieur de la cavité 74 juste au droit d'une des parois latérales 76, 78 de celle-ci, en l'espèce la paroi amont 76. Les deux parois latérales amont 76 et aval 78 du renflement en portion d'anneau 72 définissent respectivement les transitions amont et aval et s'étendent parallèlement dans des plans perpendiculaires à l'axe XX'. Les deux parois latérales amont 76 et aval 78 sont reliées au fond de la cavité 74 constituée en majeure partie par une paroi cylindrique 73 à section en C (définie en section droite par le grand arc BD) et coaxiale à la portion de conduit 70' de façon à donner au renflement en portion d'anneau 72, dans le sens de l'écoulement, un profil en U. La portion d'anneau 72 est fermée à chaque extrémité 81 et 82 de la paroi 73, délimitées par les extrémités des rayons OB et OD, par un panneau sensiblement plan 83 (défini en section droite par la corde BD) tangent à la portion de conduit 70' le long d'une génératrice T, tel qu'illustré sur les figures 6 et 7. Cet agencement à renflement en portion d'anneau permet de converser sensiblement le bénéfice obtenu par des moyens d'atténuation de bruit à renflement en anneau, tout en réduisant l'encombrement du dispositif. II est toutefois possible, en variante, pour fermer les extrémités de la portion d'anneau 72 de remplacer le panneau unique 83 par deux panneaux radiaux de fermeture 84 et 84' illustrés de profil en pointillé sur la figure 7. Cette dernière configuration peut être utilisée pour des conduits à section non circulaire et/ou pour augmenter ou réduire l'angle au centre A, c'est à dire la longueur circonférentielle du renflement en portion d'anneau 72, l'angle A devant toutefois rester supérieur à 180 afin de ne pas trop affecter l'effet acoustique de la cavité 74. L'invention n'est pas limitée aux conduits de ventilation pour habitacle de véhicules automobiles, mais trouve son application dans les systèmes de ventilation et/ou de climatisation de tout véhicule de transport de passagers par terre, air ou par eau et dans les systèmes de ventilation et/ou de climatisation de locaux et bâtiments en général. Dans de tels systèmes, le flux doit être comparable à celui circulant dans des conduits de véhicule automobile. Typiquement, dans de tels systèmes, le débit d'air varie entre 0 et 150 kg/h en fonction de la vitesse du moto- ventilateur du HVAC. Cette vitesse, inférieure à 20 m/s, est souvent comprise entre 10 m/s et 15 m/s lorsque le moto-ventilateur est au maximum de vitesse. REVENDICATIONS 1. Conduit de ventilation (10, 50, 70) comportant de moyens d'atténuation de bruit, caractérisé en ce que les moyens d'atténuation de bruit (12, 52, 53, 72) comportent au moins une cavité acoustique (14, 54, 55, 74) sur le chemin d'écoulement (16, 60, 80) du fluide dans le conduit et réalisée par un élargissement localisé (18, 64, 65, 72), à transitions amont (20, 56, 58, 76) et aval (22, 57, 59, 78) brusques, sur tout ou partie de la section de passage dudit chemin d'écoulement (16, 60, 80). 2. Conduit de ventilation (10, 50, 70) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cavité acoustique (14, 54, 55, 74) est délimitée par un renflement (18, 62, 63, 72) de la paroi du conduit sensiblement en forme d'anneau (18, 62, 63) ou de portion d'anneau (72), ladite cavité (14, 54, 55, 74) étant libre d'accès avec l'intérieur dudit conduit. 3. Conduit de ventilation (70) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le renflement en forme de portion d'anneau (72) présente dans un plan perpendiculaire à l'écoulement du fluide une section en forme de C. 4. Conduit de ventilation (70) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la portion d'anneau (72) à section en forme de C dudit renflement est fermée sur ses deux extrémités (81, 82) par un panneau (83) sensiblement plan s'étendant tangentiellement à la paroi dudit conduit (70) au niveau du renflement (72). 5. Conduit de ventilation (70) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le renflement sensiblement en forme d'anneau (18, 62, 63) ou de portion d'anneau (72) présente dans la direction de l'écoulement du fluide un profil en U (20-18-22, 56-64-58, 57-65-59, 7673-78). 6. Conduit de ventilation (10, 50, 70) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le profil en U (20-18-22, 56-64-58, 57-65-59, 76-7378) a des bords évasés. 7. Conduit de ventilation (10, 50, 70) selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la largeur du profil en U (20-18-22, 56-64-58, 57-65-59, 76-73- 78) est choisie à environ 1 à 3 fois la profondeur dudit profil. 8. Conduit de ventilation (10, 50, 70) selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la profondeur interne dudit profil en U (20-1822, 56-64-58, 57-65-59, 76-73-78) est choisie entre environ 0,05 et 0,10 fois le diamètre moyen de ladite section de passage du fluide hors renflement. 9. Conduit de ventilation (50) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que qu'il comporte au moins deux cavités acoustiques (54, 55) de dimensions différentes pour augmenter le spectre des bandes des fréquences atténuées. 10. Conduit de ventilation (10, 50, 70) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité acoustique (14, 54, 55, 74) comporte une paroi interne à effet réfléchissant pour les ondes sonores. 11. Système de ventilation pour habitacle de véhicule automobile comportant un groupe de chauffage, de ventilation et d'air conditionné à moteur d'entraînement d'air vers ledit habitacle et au moins un conduit de ventilation selon l'une des revendications 1 à 10 disposé en aval dudit moteur d'entraînement.