Développement de nouveaux matériaux absorbants à hautes performances acoustiques pour diminuer le bruit en basses fréquences

De par les niveaux élevés ainsi que le nombre de travailleurs concernés, les problèmes du bruit produits par les machines sont extrêmement importants et fort complexes. Tous les secteurs sont concernés: fabrication, forage, transport, bâtiment, manufacturier, etc. Parmi les dispositifs absorbants acoustiques généralement utilisés pour réduire ces niveaux de bruit, 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 (laines, mousses). Ils s’avèrent efficaces en moyennes et hautes 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 efficacement sur les basses fréquences. Le développement de nouveaux matériaux à haut pouvoir de dissipation acoustique en basses fréquences est donc d'une importance capitale. Un premier projet, qui a été réalisé dans ce sens avec le concours financier de l'IRSST, a permis de comprendre les mécanismes régissant l'absorption acoustique des matériaux poreux hétérogènes en basses fréquences et d’identifier des solutions à fort potentiel d’applicabilité. Le projet actuel est une suite du projet précédent. L'objectif principal est de poursuivre les travaux antérieurs sur la conception des matériaux à haut pouvoir dissipatif, de les valider dans des configurations industrielles en relation avec la SST. Cet objectif s'articule autour d'une modélisation fine de milieux absorbants, de l'optimisation de matériaux absorbants, de l'élaboration de prototypes optimisés pour l'absorption et la transparence acoustique, et de tests de l'efficacité des concepts élaborés par des mesures expérimentales. Une grande partie du projet a été consacrée aux tests expérimentaux relatifs à l'absorption acoustique des milieux macro-perforés. Des tests expérimentaux et des études paramétriques ont été effectués en tube de Kundt sur plusieurs échantillons de matériau poreux; elles ont permis de retenir une laine de roche dénommée RHT100. Contrairement au matériau qui a servi aux mesures expérimentales du projet précédent, cette laine de roche n'est pas hautement résistive, mais c'est la seule facilement accessible sur le marché canadien et dont les paramètres sont les moins éloignés des conditions idéales pour une performance optimale des macro-perforations. Pour bien cerner les contributions de ses performances dissipatives en fonction de macro- porosités, ce matériau a été ensuite utilisé pour effectuer des mesures de perte par insertion et de coefficient d'absorption en champ diffus. Ces mesures sont effectivement plus représentatives en contexte industriel que les mesures en tube de Kundt. Les résultats obtenus ont révélé des tendances encourageantes, qui étaient toutefois en deçà des observations faites dans les mesures en tube de Kundt. La laine de roche RHT100 a été ensuite utilisée pour plusieurs traitements partiels d'une chambre réverbérante, dont l'environnement peut être assimilé à celui d'un contexte industriel, et des mesures de perte par insertion ont été faites. Les résultats expérimentaux obtenus n’ont pas été à la hauteur des prévisions précédemment établies. Les mesures ont toutefois permis de cerner les conditions idéales d'utilisation dans lesquelles les macro-perforations amélioreraient la performance d'absorption des matériaux poreux hautement résistifs. Elles ont aussi permis de conclure que dans le contexte d'une application industrielle, de simples fentes effectuées dans le matériau peuvent valablement servir de macro-perforations, ce qui éviterait les contraintes financières et techniques liées à la réalisation de macro-perforations de forme circulaire ou rectangulaire. Une autre partie du projet a été consacrée à l'étude approfondie de la transparence acoustique de matériaux poreux hétérogènes. Une modélisation théorique a été développée, et elle a servi à des investigations numériques qui ont indiqué que des inclusions de fluides ou de solides dans un matériau poreux peuvent contribuer à l'obtention de pertes par transmission plus élevées. Il a été surtout intéressant de relever que les inclusions de poches d'air donnaient les meilleurs résultats, tout en s'accompagnant d'une réduction de poids de l'ensemble du système. Globalement, le projet a été l'occasion d'explorer et de comprendre l'influence de macro-perforations sur la performance d'absorption et de transparence acoustique de matériaux poreux hautement résistifs. Des difficultés techniques (disponibilité de matériau à très grande résistivité) et le manque de partenaire n'ont toutefois pas permis de tester et d'appliquer les concepts développés dans un contexte industriel réel. Le travail a été tout de même enrichissant sur le plan scientifique. Les formulations originales développées et les résultats expérimentaux obtenus en tube de Kundt ont été présentés dans plusieurs congrès de renommée internationale, et ont été aussi publiés dans des journaux scientifiques. Plus important, vu le grand potentiel de cette technologie, les auteurs poursuivent le projet par des études complémentaires numériques et expérimentales pour l’optimisation de ces nouveaux matériaux et leurs applications dans des domaines tels que le bâtiment, l’automobile et l’aéronautique.

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