Brevet FR2917882A1 — publié le 20081226

Matériau absorbant comportant des cavités à peau résistive et procédé pour la fabrication d'un tel matériau L'invention concerne un matériau pour l'absorption acoustique comportant des cavités à peau résistive. L'invention concerne aussi un procédé pour la fabrication d'un tel matériau. Du fait de leurs propriétés absorbantes et/ou amortissantes, les matériaux réalisés en matière poreuse sont largement utilisés dans des dispositifs passifs d'absorption io acoustique, notamment dans le domaine de l'automobile. Ces matériaux sont par exemple utilisés dans les habitacles de véhicules automobiles ou pour la réalisation des capotages de moteurs. Parmi ces matériaux, on peut citer à titre d'exemple les 15 différents types de mousses, de laines minérales, de feutres et de matériaux granulaires. Lorsqu'une onde acoustique, ou onde sonore, pénètre dans un tel milieu poreux, il se produit une mise en vibration de l'air emprisonné dans les pores du matériau, qui induit des effets 20 visqueux inertiels et thermiques qui dissipent une partie de l'énergie de l'onde acoustique. Toutefois, l'épaisseur que doit atteindre un tel matériau pour absorber efficacement une onde sonore, notamment dans les basses fréquences, est incompatible avec les exigences de 25 conception d'un véhicule automobile. Par conséquent, il est nécessaire d'agir sur d'autres caractéristiques physiques du matériau que son épaisseur pour accroître les propriétés d'absorption acoustique du matériau. L'art antérieur nous enseigne que l'absorption d'une onde 30 sonore au travers d'un matériau absorbant est fonction de la perméabilité dynamique du matériau et de la fréquence de l'onde. 2 La perméabilité dynamique du matériau est quant à elle notamment fonction des caractéristiques géométriques et physiques du matériau. On connaît un type de matériau absorbant dit à double porosité , qui met en oeuvre ces enseignements. Généralement, le matériau à double porosité comporte un panneau en matière poreuse, laquelle constitue une première porosité, le panneau comportant une pluralité de cavités, lesquelles constituent une seconde porosité, comme le décrit par io exemple le document WO-A1-00/61888. Ainsi, la surface d'absorption est augmentée par la présence des cavités. Ces cavités modifient également la compressibilité dynamique du matériau et elles augmentent ainsi les caractéristiques d'absorption acoustiques du matériau. 15 Toutefois, ces cavités sont généralement réalisées par un procédé de découpe, par exemple au moyen d'un emporte-pièce ou d'un jet d'eau, ce qui limite les possibilités de formes des cavités à quelques formes géométriques simples, comme des formes de section en carré, en rond ou en triangle. 20 De plus, la découpe pose un problème de tenue du matériau, lequel risque de se déchirer. L'invention vise notamment à remédier aux problèmes de tenue du matériau lors de la réalisation des cavités et de la limitation des formes possibles des cavités. 25 De plus, l'invention vise à augmenter les propriétés d'absorption acoustique du matériau en agissant localement sur le contraste de perméabilité dynamique entre les parois de la cavité et l'air situé dans la cavité. Dans ce but, l'invention propose un matériau du type décrit 30 précédemment, caractérisé en ce que la cavité est délimitée par une peau résistive qui est réalisée venue de matière avec le panneau et en ce que la résistivité dynamique de la peau est 3 supérieure à celle de la couche de matière avoisinante, appelée substrat. Ainsi, il est possible d'augmenter le contraste de perméabilité entre l'air contenu dans les cavités et le matériau pour augmenter les performances d'absorption acoustique du matériau. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - l'épaisseur de la peau est comprise entre un micron et un millimètre et l'épaisseur du substrat est d'environ un centimètre, io - la résistivité de la peau est environ égale à 100.000 N.s/m2, la résistivité de la peau est supérieure à 80.000 N.s/m4 , la porosité de la peau est ouverte et elle est comprise entre 0,8 et 0,99 et la tortuosité de la peau est supérieure à 1. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un 15 tel matériau, caractérisé en ce qu'il comporte une phase de réalisation simultanée de la cavité et de sa peau qui consiste à enfoncer, dans la face d'absorption du panneau, un outil chauffé à une température au moins égale à la température de fusion de la matière constituant le panneau. 20 Selon d'autres caractéristiques du procédé selon l'invention : - l'outil chauffé est un fil qui s'étend parallèlement à ladite face d'absorption du panneau, et en ce que la phase de réalisation comporte une pluralité d'étapes successives, parmi 25 lesquelles : - - une étape d'enfoncement du fil dans le panneau, et - - une étape intermédiaire facultative de déplacement latéral du fil par rapport au panneau, et -une étape de remontée du fil à l'extérieur du 30 panneau ; - le fil est enfoncé selon un angle compris entre moins 50 degrés et plus 50 degrés par rapport au plan de la face 4 d'absorption du panneau au cours de l'étape d'enfoncement du fil ; - le fil est enfoncé au maximum jusqu'aux neuf dixièmes de l'épaisseur du panneau et au minimum jusqu'à un dixième de l'épaisseur du panneau au cours de l'étape d'enfoncement du fil ; - le fil est enfoncé selon un angle compris entre moins 50 degrés et plus 50 degrés par rapport au plan de la face d'absorption du panneau au cours de l'étape de remontée du fil ; - le fil est entraîné en vibration au cours d'au moins une io des étapes de la phase de réalisation de la cavité et de sa peau ; - l'outil chauffé est une matrice dont une face de travail comporte au moins une excroissance pour former la cavité par thermoformage, ladite face de travail étant chauffée à une température au moins égale à la température de fusion de la 15 matière constituant le panneau, et en ce que la phase de réalisation comporte au moins deux étapes successives, parmi lesquelles : - - une étape d'enfoncement de la matrice dans le panneau de façon à former la cavité et sa peau, et 20 - - une étape de remontée de la matrice à l'extérieur du panneau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées 25 parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique d'ensemble en perspective, illustrant un matériau d'absorption acoustique selon l'invention, qui est réalisé sous la forme d'un panneau, lequel comporte une pluralité de cavités, et un premier outil de 30 fabrication pour la mise en oeuvre d'un premier mode de réalisation d'un procédé de fabrication du matériau selon l'invention ; la figure 2 est une vue de détail de la figure 1, illustrant une cavité du panneau de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique d'ensemble en perspective, illustrant un second outil pour la mise en oeuvre du 5 matériau d'absorption selon une variante de réalisation du premier mode de réalisation du procédé de fabrication ; - la figure 4 est une vue schématique qui illustre une matrice en position de repos pour la mise en oeuvre d'un second mode de réalisation du procédé de fabrication selon l'invention ; io - la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 4 qui illustre une étape d'enfoncement de la matrice de la figure 4 ; - la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 4 qui illustre une étape de remontée de la matrice de la figure 4 ; - la figure 7 est une vue d'ensemble en perspective, 15 illustrant un matériau d'absorption acoustique selon l'invention qui est réalisé selon le second mode de réalisation du procédé de fabrication. Pour la description de l'invention, et la clarté des revendications, on adoptera à titre non limitatif les orientations 20 verticale, longitudinale et transversale selon le repère V, L, T indiqué aux figures. On adoptera aussi le terme horizontal, sans référence à la gravité terrestre, et les termes supérieur et inférieur en référence à la direction verticale du repère V, L, T. 25 Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. On a représenté à la figure 1 un matériau 10 pour l'absorption acoustique qui est ici réalisé sous la forme générale 30 d'un panneau 12 parallélépipédique. Le panneau 12 est réalisé en matière poreuse, ici en mousse 14 synthétique. 6 Le matériau 10 comporte une série de cavités 16 d'absorption acoustique, dont chacune est réalisée dans une grande face supérieure du panneau 12, appelée face d'absorption 18 par la suite. Les cavités 16 sont identiques et sont agencées de façon régulière dans le panneau 12. Par conséquent, on ne décrira qu'une cavité 16 dans la suite de la description afin d'en faciliter la compréhension. Comme on peut le voir à la figure 2, la cavité 16 est io délimitée par une peau 20 qui est en contact avec l'air situé dans la cavité 16 et qui est réalisée venue de matière avec le panneau 12 en mousse 14. Toutefois, la peau 20 comporte des caractéristiques dynamiques différentes de celles du reste de la mousse 15 avoisinante 14, appelé substrat 22 dans la suite de la description. La résistivité dynamiques de la peau 20 est supérieure à celle du substrat 22, ou couche de substrat, de façon à accroître le contraste de perméabilité entre l'air situé dans la cavité 16 et le panneau 12, afin d'augmenter les propriétés d'absorption 20 acoustiques du panneau 12. En effet, lorsque ce contraste de perméabilité atteint un certain seuil, il permet d'obtenir un effet de diffusion en pression des ondes sonores qui augmente les propriétés d'absorption acoustiques. 25 Cet effet de diffusion en pression s'ajoute aux effets d'absorption inertiels et visqueux produits par la mousse 14. Selon un mode de réalisation préféré, l'épaisseur de la peau 20 est comprise entre un micron et un millimètre et l'épaisseur du substrat 22 est d'environ un centimètre. 30 De même, la résistivité de la peau 20 est environ égale à 100.000 Newtons seconde par mètre carré, ou N.s/m2, sa résistivité est sensiblement supérieure à 80.000 Newtons seconde par mètre puissance quatre, ou N.s/m4, sa porosité est ouverte et 7 sensiblement comprise entre 0,8 et 0,99 et sa tortuosité est sensiblement supérieure à 1. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication du matériau 10, qui comporte une phase de réalisation de la cavité 16 et de sa peau 20. La phase de réalisation consiste à enfoncer dans la face d'absorption 18 du panneau 12 un outil de fabrication qui est chauffé à une température au moins égale à la température de fusion de la mousse 14 du panneau 12, la face d'absorption 18 io étant par exemple plane et horizontale dans son état d'origine. Selon un premier mode de réalisation du procédé de fabrication représenté à la figure 1, l'outil chauffé est un fil 24 qui est tendu à chaque extrémité d'un châssis 26 en forme d'un arc, de sorte que le fil 24 s'étend parallèlement et au dessus de la 15 face d'absorption 18 du panneau 12. Le fil 24 est par exemple un fil conducteur d'électricité qui est traversé par un courant électrique de sorte que le fil est chauffé par effet joule, à la manière d'une résistance chauffante. La phase de réalisation du matériau 10 consiste à déplacer 20 le fil 24 par rapport au panneau 12 pour découper la mousse 14 par fusion et pour former la peau 20 de la cavité 16. A cet effet, la phase de réalisation comporte une première étape d'enfoncement du fil 24 vers le bas dans la face d'absorption 18 du panneau 12. 25 Ensuite, au cours d'une étape intermédiaire de déplace-ment, le fil 24 est entraîné latéralement et/ou verticalement par rapport au panneau 12, en fonction de la forme de la cavité que l'on souhaite obtenir. Enfin, la phase de réalisation comporte une étape de 30 remontée du fil 24 à l'extérieur du panneau 12, après laquelle une carotte (non représentée) formée par la découpe de la mousse 14 est retirée de la cavité 16. 8 Avantageusement, au cours de l'étape d'enfoncement et/ou de remontée, le fil 24 est déplacé selon un angle compris entre moins 50 degrés et plus 50 degrés par rapport au plan de la face d'absorption 18 du panneau 12. De même, le fil 24 peut être enfoncé au maximum jusqu'aux neuf dixièmes de l'épaisseur du panneau 12 et au minimum jusqu'à un dixième de l'épaisseur du panneau 12 au cours de l'étape d'enfoncement du fil 24. Selon ce premier mode de réalisation du procédé de io fabrication, la cavité 16 obtenue est de la forme d'une rainure de section constante qui s'étend parallèlement au plan de la face d'absorption 18 du panneau 12 et qui est ouverte dans un premier champ 25a et un second champ 25b opposés du panneau 12. La section de la cavité 16 est par exemple en U , en 15 V ou d'une section d'une forme plus complexe comme une section en T comme représentée à la figure 1. Toutefois, la phase de réalisation peut être limitée à l'étape d'enfoncement et à l'étape de remontée du fil 24, de façon à former une cavité 16 en forme d'une fente verticale, ou oblique, 20 auquel cas il n'y a pas de carotte à retirer. Dans ce cas, le fil 24 peut être entraîné en vibration dans un plan horizontal, ce qui revient à élargir horizontalement la fente formée par le fil 24 au cours de l'étape d'enfoncement du fil 24. 25 Le châssis 26 est par exemple entraîné en déplacement au moyen d'un bras mécanique (non représenté) d'une machine automatisée, comme une machine à commande numérique. Selon une variante du premier mode de réalisation du procédé de fabrication du matériau 10, l'outil de fabrication est 30 constitué d'une pluralité de fils 24 chauffés, comme on peut le voir à la figure 3. Selon cette variante, les fils 24 sont tendus dans un châssis 26 en forme d'un cadre à quatre côtés, de sorte que les 9 fils 24 s'étendent transversalement et longitudinalement et sont espacés de façon régulière, par exemple pour former un quadrillage. Selon un second mode de réalisation du procédé de fabrication représenté aux figures 4 à 7, l'outil chauffé est une matrice 28 de thermoformage. La matrice 28 est une plaque horizontale dont une face de travail 30 délimite une excroissance 32 qui est un cylindre d'axe vertical et qui s'étend vers le bas. io L'excroissance 32 comporte une paroi 34 externe chauffante dont la température est au moins égale à la température de fusion de la mousse 14 du panneau 12. La paroi chauffante 34 de l'excroissance 32 est portée à température par exemple au moyen d'une résistance chauffante 15 (non représentée) interne ou par tout autre moyen de chauffage. La matrice 28 est représentée à la figure 4 dans une position initiale de repos, dans laquelle sa face de travail 30 s'étend en regard de la face d'absorption 18 du panneau 12. La phase de réalisation du matériau 10 selon le second 20 mode de réalisation du procédé de fabrication consiste à réaliser la cavité 16 et sa peau 20 par thermoformage. A cet effet, la phase de réalisation comporte une étape d'enfoncement vertical vers le bas de la matrice 28 dans la face d'absorption 18 du panneau 12 depuis sa position initiale de 25 repos, jusqu'à une position de travail, représentée à la figure 5, de façon à former la peau 20 et la cavité 16. Comme on peut le voir à la figure 5, la hauteur verticale de l'excroissance 32 de la matrice 28 est supérieure à la hauteur verticale, ou profondeur, de la cavité 16 thermoformée, afin de ne 30 pas agir sur l'ensemble de la face d'absorption 18 du panneau 12. Ensuite, la matrice 28 remonte verticalement vers sa position initiale de repos au cours d'une étape de remontée. i0 Selon une variante de réalisation du second mode de réalisation du procédé, la surface de travail 30 de la matrice 28 agit sur l'ensemble de la face d'absorption 18 du panneau 12 pour former une peau 20 sur l'ensemble de la face d'absorption 18, par exemple pour augmenter la résistance dynamique du panneau 12. On a représenté à la figure 7 la matrice 28 dont la face de travail 30 forme une pluralité d'excroissances 32 qui sont ici agencées de façon régulière sur la face de travail 30, de façon à former une pluralité de cavités 16 complémentaires, au cours de io l'étape d'enfoncement de la phase de réalisation du second mode de réalisation du procédé de fabrication du matériau 10. Le second mode de réalisation du procédé de fabrication permet de réaliser des excroissances 16 de formes géométriques variées et complexes, notamment des formes de révolution. 15 A titre non limitatif, le panneau 12 peut être réalisé en tout type de matière poreuse qui est apte à être découpée, ou thermoformée, selon le procédé de fabrication décrit précédemment. Le matériau 10 permet d'augmenter les propriétés d'absorption acoustiques de la matière 14 utilisée pour la 20 fabrication du panneau 12, en augmentant la résistivité dynamique de la matière qui délimite la cavité, ici la peau 20. Ainsi, le procédé de fabrication du matériau selon l'invention permet par exemple de rendre une matière dont les caractéristiques d'absorption acoustiques n'ont qu'un faible 25 intérêt en une matière dont les caractéristiques d'absorption acoustiques sont intéressantes. De plus, la peau 20 permet d'augmenter la résistance mécanique du panneau 12. Enfin, la réalisation d'un tel matériau 10 est simple et 30 rapide. REVENDICATIONS 1. Matériau en plaque (10) pour l'absorption acoustique, comportant un panneau (12) qui est réalisé en matière (14) poreuse et dont une face d'absorption (18) délimite au moins une cavité (16) d'absorption acoustique, caractérisé en ce que la cavité (16) est délimitée par une peau (20) résistive qui est réalisée venue de matière avec le panneau (12), et en ce que la résistivité dynamique de la peau (20) est supérieure à celle de la matière (14) située au voisinage de la peau (20), appelée substrat io (22). 2. Matériau en plaque (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la peau (20) est comprise entre un micron et un millimètre et l'épaisseur du substrat (22) est d'environ un centimètre. 15 3. Matériau en plaque (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la résistivité de la peau (20) est environ égale à 100.000 N.s/m2, la résistivité de la peau (20) est sensible-ment supérieure à 80.000 N.s/m4, la porosité de la peau (20) est ouverte et elle est sensiblement comprise entre 0,8 et 0,99 et la 20 tortuosité de la peau (20) est sensiblement supérieure à 1. 4. Procédé de fabrication du matériau (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une phase de réalisation simultanée de la cavité (16) et de sa peau (20) qui consiste à enfoncer, dans la face d'absorption (18) du panneau 25 (12), un outil (24, 28) chauffé à une température au moins égale à la température de fusion de la matière (14) constituant le panneau (12). 5. Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit outil (24, 28) chauffé est un fil (24) qui 30 s'étend parallèlement à ladite face d'absorption (18) du panneau (12), et en ce que la phase de réalisation comporte une pluralité d'étapes successives, parmi lesquelles : 12 - une étape d'enfoncement du fil (24) dans le panneau (12), et - une étape intermédiaire facultative de déplacement latéral du fil (24) par rapport au panneau (12), et - une étape de remontée du fil (24) à l'extérieur du panneau (12). 6. Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fil (24) est enfoncé selon un angle compris entre moins 50 degrés et plus 50 degrés par rapport au plan de la face d'absorption (18) du panneau (12) au cours de l'étape d'enfoncement du fil (24). 7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le fil (24) est enfoncé au maximum jusqu'aux neuf dixièmes de l'épaisseur du panneau (12) et au minimum jusqu'à un dixième de l'épaisseur du panneau (12) au cours de l'étape d'enfoncement du fil (24). 8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que le fil (24) est enfoncé selon un angle compris entre moins 50 degrés et plus 50 degrés par rapport au plan de la face d'absorption (18) du panneau (12) au cours de l'étape de remontée du fil (24). 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le fil (24) est entraîné en vibration au cours d'au moins une des étapes de la phase de réalisation de la cavité (16) et de sa peau (20). 10. Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit outil (24, 28) chauffé est une matrice (28) dont une face de travail (30) comporte au moins une excroissance (32) pour former la cavité (16) par thermoformage, ladite face de travail (30) étant chauffée à une température au moins égale à la température de fusion de la matière (14) constituant le panneau (12), et en ce que la phase de réalisation comporte au moins deux étapes successives, parmi lesquelles :- une étape d'enfoncement de la matrice (28) dans le panneau (12) de façon à former la cavité (16) et sa peau (20), et - une étape de remontée de la matrice (28) à l'extérieur du panneau (12).5