Type de document

Rapports de recherche scientifique

Année de publication

2001

Langue

Français

Résumé

De par les niveaux élevés ainsi que le nombre de travailleurs concernés, les problèmes du bruit produit par les machines sont extrêmement importants et fort complexes. Tous les secteurs sont concernés : fabrication, forage, transport, bâtiment, manufacturier, etc. L'utilisation de dispositifs absorbants acoustiques constitue un moyen de réduire ces niveaux de bruit. Parmi ces dispositifs, on distingue les systèmes passifs dissipatifs qui consistent à placer un matériau absorbant sur le trajet de l'onde à absorber. Ces dispositifs passifs dissipatifs sont constitués essentiellement de matériaux poreux classiques (laines, mousses). Ils s’avèrent efficaces en hautes et moyennes fréquences mais très peu performants dans le domaine des basses fréquences, là où l’énergie émise par les sources peut être relativement importante. De plus, la nécessité de solutions compatibles avec les contraintes de poids, d’épaisseur et de coûts, et l'absence de modèles réalistes basses fréquences simulant finement le comportement vibroacoustique des matériaux poroélastiques ont fait que les solutions connues et disponibles actuellement ne permettent pas d'agir sur les basses fréquences. Par conséquent, le développement de nouveaux matériaux à haut pouvoir de dissipation acoustique en basse fréquence s'impose.

L’objectif principal de ce projet est de comprendre les mécanismes régissant l'absorption acoustique et la transparence acoustique des matériaux poreux en basses fréquences afin de pouvoir identifier et tester des solutions à fort potentiel d’applicabilité. L’idée est de tester l’effet d’hétérogénéités dans le matériau poreux sur le comportement en absorption et en transmission du matériau. Ces hétérogénéités peuvent être des cavités d’air, des matériaux poreux de nature différente ou des inclusions solides légères. Il s’agit donc de comprendre les mécanismes régissant l'absorption et la transmission acoustique, en basse fréquence, des matériaux poreux hétérogènes afin d’identifier et de tester des solutions à fort potentiel d’applicabilité.

Pour répondre à cet objectif, un modèle numérique a été développé pour simuler le comportement vibratoire et acoustique des matériaux poreux hétérogènes dans un guide d’onde en basses fréquences. Le modèle est basé sur une approche par éléments finis pour les matériaux poroélastiques hétérogènes et sur une approche modale pour la description du champ acoustique dans le guide d’onde. Il permet d’étudier l’effet des hétérogénéités sur le comportement en absorption et en transmission des matériaux poreux. Cependant, étant donné la complexité du problème, les travaux effectués à l’occasion de ce projet se sont surtout concentrés sur l’aspect absorption acoustique. Le comportement en transmission des matériaux poreux hétérogènes (matériaux phono-isolants), bien qu'amorcé, n’a pas encore fait l’objet d’études expérimentales et numériques.

Pour l’étude de l’absorption, l’outil numérique a été validé par rapport à des mesures expérimentales sur une série de configurations hétérogènes ainsi que par rapport aux travaux théoriques et expérimentaux effectués récemment sur les matériaux à double porosité (matériaux poreux macroperforés) de la littérature. L’excellent accord entre mesures et résultats numériques démontre la fiabilité et la robustesse du modèle développé.

Ce modèle a permis d’analyser l’effet d’hétérogénéités sur l’absorption et la transmission acoustique des matériaux poreux. Plusieurs solutions ont été ainsi testées. Il apparaît que la solution consistant à combiner des matériaux poreux de résistivité très différente permet d’atteindre des gains importants pour l’absorption en basses fréquences. En outre, la solution consistant à macroperforer un matériau poreux hautement résistif fournit une solution très efficace et facile à mettre en œuvre. Le pourcentage d’hétérogénéités, leur taille et leur forme sont des paramètres essentiels de conception. Leur importance est étudiée dans ce rapport. L’emphase est mise sur les matériaux poreux macroperforés ou matériaux à double porosité.

Sur le plan technologique, le code développé permet d’envisager une aide importante à la conception de nouveaux matériaux basés sur le principe d’addition d’hétérogénéités et possédant des propriétés d’absorption élevées en basses fréquences. Sur le plan scientifique, une formulation originale alliant éléments finis et approche modale a permis de simuler les conditions d’expérimentation (tube de Kundt) avec une grande fidélité. Ce travail a donné lieu à plusieurs publications dans des journaux scientifiques ou des congrès de renommée internationale.

Mots-clés

Absorption acoustique, Sound absorption, Lutte contre le bruit, Noise control, Conductibilité des matériaux, Conductivity of materials, Niveau de bruit, Noise level, Dispositif acoustique, Acoustic device, Matière poreuse, Porous material, Bruit basse fréquence, Low-frequency noise, Vibration basse fréquence, Low frequency vibration, Transmission du son, Sound transmission, Modèle, Model, Mathématique, Mathematics, Québec

Numéro de projet IRSST

0098-0080

Numéro de publication IRSST

R-278

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