Brevet FR2921191A1 — publié le 20090320

MATERIAU ABSORBANT L'invention concerne le domaine des matériaux d'absorption dans le domaine automobile et plus particulièrement un matériau absorbant dans lequel sont ménagés des perçages. Dans un véhicule par exemple automobile, l'isolation acoustique et/ou phonique constitue un paramètre important pour le confort d'un passager. Des matériaux dits absorbants sont généralement utilisés par exemple dans le compartiment moteur, l'habitacle ou encore le coffre d'un véhicule automobile pour atténuer le bruit. Les ondes sonores sont en parties réfléchies, diffractées, transmises au travers de ces matériaux et absorbées. Dans un véhicule, les épaisseurs sont limitées et les matériaux absorbants sont en général plus efficaces à haute fréquence, c'est-à-dire pour des fréquences sensiblement supérieures à 1000Hz, qu'à basse fréquence. En effet, plus un matériau est fin ou présente une faible épaisseur, et plus la fréquence minimale pour laquelle il est efficace, augmente. Une solution pour améliorer l'absorption dans les basses fréquences serait donc d'augmenter l'épaisseur du matériau. Cette solution n'est toutefois pas toujours possible compte tenu de l'espace souvent limité dans le véhicule. Ainsi les matériaux absorbants utilisés ne permettent pas de traiter de façon satisfaisante les bruits à l'intérieur de l'habitacle lorsque l'on a affaire à des fréquences basses. D'autres matériaux absorbants utilisés dans d'autres domaines tels que celui du bâtiment pour des revêtements muraux par exemple, ou encore dans les travaux publics pour des dispositifs anti-bruits, permettent d'améliorer l'insonorisation dans les basses fréquences. Des structures anti-bruit sont par exemple proposée dans le document WO 00/61888. Ces structures sont réalisées dans un matériau continu et homogène, et présentent des séries de lames parallèles qui forment des séries de canaux parallèles avec leur fond arrière ou leur paroi latérale. Le matériau absorbant est constitué d'une matière poreuse et comporte une pluralité de perforations positionnées selon un certain angle par rapport à une dimension spécifique du matériau, lui conférant ainsi une porosité ajoutée. Toutefois, ces matériaux sont à bande limitée, c'est-à-dire qu'il existe un pic d'absorption dans les basses fréquences mais le coefficient d'absorption du matériau au-delà de la fréquence du pic d'absorption rebaisse et le matériau ne redevient performant qu'à haute fréquence. Un but de cette invention est donc de proposer un matériau absorbant amélioré dans les basses fréquences, dont la largeur de bande de fréquence pour laquelle l'insonorisation acoustique à basses fréquences est augmentée. Le matériau est perforé de manière pseudo aléatoire afin d'élargir la bande de fréquences d'absorption. Dans ce but, l'invention propose un matériau absorbant dans lequel sont ménagés des perçages de largeur d, de profondeur p, les perçages étant à distance l'un de l'autre d'un espacement e , caractérisé en ce que l'agencement des perçages ménagés est déterminé à l'aide de séquence pseudo aléatoires. Un tel matériau absorbant a des propriétés d'absorption acoustiques à basses fréquences dans une bande de fréquence plus large comparé aux matériaux actuels. Le perçage d'un tel matériau est obtenu de manière simple. L'absorption vers les basses fréquences est obtenue sans augmenter l'épaisseur du matériau. Un tel matériau présente d'autres avantages tel qu'un gain de masse, et un encombrement réduit. De plus, il est possible d'ajouter une fonctionnalité acoustique à d'autres matériaux utilisés à d'autres fins. Un matériau, par exemple utilisé uniquement pour son étanchéité, peut être perforé avec des perçages pseudo aléatoire, lui conférant ainsi des propriétés d'isolation acoustique. Selon d'autres caractéristiques - au moins un paramètre choisi parmi la largeur, la profondeur et l'espacement peut être déterminé à l'aide séquence pseudo aléatoire, - deux paramètres choisis parmi la largeur, la profondeur et l'espacement peuvent être constants, le troisième étant déterminé à l'aide d'une séquence pseudo aléatoire, un paramètre choisi parmi la largeur, la profondeur et l'espacement peut être constant, les deux autres étant déterminés à l'aide d'une séquence pseudo aléatoire, la séquence pseudo aléatoire peut comporter sensiblement moins de cinquante termes, le matériau peut avoir une résistivité sensiblement supérieure ou égale à 90,000 Ns/m^4, une tortuosité sensiblement supérieure ou égale à 1 et une porosité sensiblement supérieure à 0,8. L'invention concerne également un procédé de perçage d'un matériau absorbant dans lequel on détermine au moins un paramètre choisi parmi la largeur, la profondeur et l'espacement des perçage à l'aide d'une séquence pseudo aléatoire à résidu quadratique. Selon une autre caractéristique de l'invention, on peut déterminer au moins un paramètre choisi parmi la largeur, la profondeur et l'espacement des perçage à l'aide d'une séquence pseudo aléatoire à résidu premier. Le matériau peut être avantageusement utilisé dans un véhicule de transport. L'invention sera mieux comprise par la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 représente une vue dessus d'un matériau percé par des fentes unidirectionnelles selon l'invention, la figure 2 représente une vue dessus d'un matériau percé par des fentes bidirectionnelles selon l'invention, la figure 3 représente les coefficients d'absorption de trois matériaux différents en fonction de la fréquence auxquels ils sont soumis. 25 Aux différentes figures, on a représenté des matériaux absorbants d'ondes sonores et/ou phoniques, de résistivité supérieure ou égale à 90,000 Ns / m4 , sensiblement comprise entre 90,000 Ns / m4 et 700,000 Ns / m4 , et de tortuosité sensiblement supérieure ou égale à 1. En effet, les matériaux dont la résistivité est 30 inférieure à 90,000 Ns / m4 sont dégradés à cause des perçages, et pour les matériaux dont la résistivité est supérieure à 700,000 Ns / m4, les gains obtenus sont moindres. 20 Le matériau utilisé est poreux et a une porosité sensiblement comprise entre 0,8 et 0,999. En effet en dessous de 0,8, il n'y a quasiment plus de propagation � aérienne � dans le matériau et donc plus d'effet de double porosité. Le matériau absorbant selon l'invention comporte une pluralité de perçages ou perforations, ou fentes qui peuvent être de dimensions et d'espacement divers. Chaque fente a une largeur d et une profondeur p , et deux fentes sont espacées l'une de l'autre par un espacement e . L'agencement des fentes, c'est-à-dire la largueur et la profondeur des fentes ainsi que leur espacement les unes des autres, est déterminé à l'aide de séquences pseudo aléatoires. Dans le mode de réalisation de la figure 1, on a représenté une vue de dessus d'un matériau 10 de forme sensiblement rectangulaire. Des fentes 2 ménagées dans le matériau 10 sont unidirectionnelles et sont à distance l'une de l'autre avec un même espacement e , ont une même profondeur p (non représentée), et ont des largeurs d différentes. On obtient les différentes largeurs d en générant par exemple une séquence pseudo aléatoire à résidu quadratique. Pour cela, on fixe la taille de la séquence quadratique N . Ensuite on génère la séquence de nombres entiers {1,2,3...N -1}. On élève chaque terme de la séquence au carré. On obtient la séquence pseudo aléatoire en calculant le reste de la division de chaque terme de la série par N (modulo N) . Puis on normalise la série pour obtenir des valeurs entre 0 et 1, c'est-à-dire qu'on divise chaque terme par le plus grand terme de la série. Par exemple pour une séquence quadratique de taille N =11, on obtient la séquence {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}. En élevant au carré, on obtient la série {1,4,9,16,25,36,49,64,81,100}. Modulo 11, on trouve la séquence pseudo aléatoire suivante : {1,4,9,5,3,3,5,9,4,1}. En normalisant cette série, on trouve finalement la séquence {1,4,9,5,3,3,5,9,4,1= {0.11,0.44,1,0.55,0.33,0.33,0.55,1,0.44,0.11}. Un autre moyen de générer des séquences pseudo aléatoires est d'utiliser des séquences à résidu premier. Pour cela, on fixe la taille N de la séquence souhaitée. On fixe un nombre premier M . Ensuite on génère la séquence de nombres entiers {1,2,3...N -1} . On élève le nombre premier M à l'exposant donné par chaque terme de la séquence. On obtient ainsi la séquence pseudo aléatoire en calculant le reste de la division de chaque terme de la série par N (modulo N ). Ensuite on normalise la série pour obtenir des valeurs entre 0 et 1 en divisant chaque terme par le plus grand terme de la série. Par exemple pour une séquence de taille N = 7 , et pour un nombre premier M = 5 , on obtient la série 5^{1'2'3'4'5'6} _ {5,25,125,625,3125,15625}. Modulo 7 , on obtient la séquence pseudo aléatoire {5,4,6,2,3,1}. En normalisant, c'est-à-dire en divisant chaque terme de la séquence par 6 , on obtient alors la séquence {0.83,0.67,1,0.33,0.5,0.17}. Ainsi pour réaliser les fentes ou perçages, on définit une valeur maximale d. que la largeur du perçage peut atteindre, par exemple d~ =15mm . On multiplie ensuite cette valeur maximale de largeur désirée par la séquence aléatoire normalisée et on obtient les différentes valeurs de largeur des fentes. En utilisant par exemple la séquence quadratique ci-dessus, les largeurs générées des fentes sont {1.7,6.7,15,8.3,5,5,8.3,15,6.7,1.7}mm. Il ne reste plus qu'à réaliser des perçages ou des fentes ayant une profondeur p constante donnée, et à distance l'une de l'autre par un espacement e constant donné, avec des largeurs variables égales aux valeurs de la série générée. Cette série peut être bouclée sur elle-même afin de couvrir l'ensemble de la surface du matériau. Il sera compris que les méthodes permettant de générer des variables pseudo aléatoires citées précédemment sont données à titre d'exemple non limitatif, et que tout autre méthode, par exemple de type � linear congruance generator �, peut être utilisée. L'efficacité d'absorption d'un tel matériau est obtenu pour des séquences pseudo aléatoires de taille réduite contenant sensiblement moins de cinquante termes. Dans un autre mode de réalisation non représenté, le matériau 10 comporte des fentes 2 de largeur constante, à distance constante les unes des autres, et ont des profondeurs différentes dont les valeurs sont obtenues à l'aide de séquences pseudo aléatoires. Dans un autre mode de réalisation non représenté, le matériau 10 comporte des fentes 2 de largeur et de profondeur constantes, et sont espacées les une des autres par des espacements dont les valeurs sont obtenues à l'aide de séquences pseudo aléatoires. Ainsi pour réaliser des perçages ou des fentes, deux paramètres choisis parmi la largeur, la profondeur et l'espacement sont constants, et le troisième paramètre est déterminé à l'aide d'une séquence pseudo aléatoire. Il sera compris que ces modes de réalisation sont donnés à titre d'exemples non limitatifs. Dans d'autres modes de réalisation non représentés, un seul paramètre choisi parmi la largeur, la profondeur et l'espacement peut être constant, et les deux autres paramètres sont déterminés à l'aide d'une séquence pseudo aléatoire. Les séquences pseudo aléatoires générées sont telles qu'au moins un paramètre est variable. Ainsi les trois paramètres peuvent être variables. A la figure 2, par exemple, on a représenté un matériau 11 qui correspond au matériau 1 de la figure 1 auquel des fentes 3 sensiblement orthogonales aux fentes 2 ont été rajoutées. Les fentes 3 sont espacées les unes des autres d'un espacement e2. Pour réaliser des perçages ou fentes dans le matériau 11, les fentes 3 sont réalisées de la même façon que les fentes 2. Les variables aléatoires calculées pour les fentes 2 sont appliquées aux fentes 3. Il sera compris que ce mode de réalisation est donné à titre d'exemple, et que le ou les paramètres choisis non constants peuvent être différents pour les fentes 2 et les fentes 3. De plus, les fentes 3 peuvent être réalisées dans une autre direction, et peuvent ne pas être orthogonales aux fentes 2. Dans un autre mode de réalisation non représenté, les fentes ménagées dans le matériau 10 ou 11 peuvent être remplacées par des perforations de géométrie différentes, par exemple en forme de cercle, d'ellipse ou tout autre forme géométrique. A la figure 3, on a représenté des courbes de coefficient d'absorption pour trois matériaux absorbants différents en fonction de la fréquence à laquelle ils sont soumis. Un simple matériau 12 absorbant est comparé à un matériau percé 13 selon l'invention, c'est-à-dire dont les paramètres de perçage sont obtenus par des séquences pseudo aléatoires, et à un matériau percé 14 de l'état de la technique dont les paramètres de perçages ne sont pas obtenus par des séquences pseudo aléatoires. Le simple matériau absorbant 12 est moins performant dans les hautes fréquences et est modérément meilleur pour des fréquences basses. Le matériau absorbant 14 de l'état de la technique a le meilleur coefficient d'absorption à haute fréquence comparé aux deux autres matériaux mais sur une plus faible bande de fréquence que le matériau 13 percé selon l'invention. Ce matériau 13 permet en effet d'assurer un compromis entre la bande de fréquence dans laquelle l'absorption est efficace qui est augmentée, et l'absorption effectuée dans les basses fréquences. Un tel matériau permet avantageusement d'absorber des bruits dans une plus large bande de fréquence que les matériaux actuels. Un tel matériau absorbant est avantageusement utilisé dans un véhicule où les dimensions sont réduites. Il sera compris qu'un tel matériau peut également être disposé dans des revêtements muraux dans le domaine du bâtiment par exemple, ou dans tout dispositif anti-bruits pour améliorer l'insonorisation dans les basses fréquences.15 REVENDICATIONS 1. Matériau absorbant dans lequel sont ménagés des perçages de largeur d , de profondeur p , les perçages étant à distance l'un de l'autre d'un espacement e , caractérisé en ce que l'agencement des perçages ménagés est déterminé à l'aide de séquence pseudo aléatoires. 2. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins un paramètre choisi parmi la largeur, la profondeur et l'espacement est déterminé à l'aide séquence pseudo aléatoire. 3. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que deux paramètres choisis parmi la largeur, la profondeur et l'espacement sont constants, le troisième étant déterminé à l'aide d'une séquence pseudo aléatoire. 4. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un paramètre choisi parmi la largeur, la profondeur et l'espacement est constant, les deux autres étant déterminés à l'aide d'une séquence pseudo aléatoire. 20 5. Matériau selon l'une des revendications 2 ou 3 ou 4 caractérisé en ce que la séquence pseudo aléatoire comporte sensiblement moins de cinquante termes. 6. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le matériau a une résistivité sensiblement supérieure ou égale à 90,000 25 Ns/m^4, une tortuosité sensiblement supérieure ou égale à 1 et une porosité sensiblement supérieure à 0,8. 7. Procédé de perçage d'un matériau absorbant selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on détermine au moins un paramètre choisi parmi la 30 largeur, la profondeur et l'espacement des perçage à l'aide d'une séquence pseudo aléatoire à résidu quadratique. 8. Procédé de perçage d'un matériau absorbant selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on détermine au moins un paramètre choisi parmi la15 largeur, la profondeur et l'espacement des perçage à l'aide d'une séquence pseudo aléatoire à résidu premier. 9. Utilisation d'un matériau selon l'une des revendications 1 à 6 dans un véhicule de transport.