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Des matériaux poreux pour une absorption acoustique parfaite

Le Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans1 et le Laboratoire d'analyse vibratoire et acoustique de Polytechnique Montréal (Canada), en collaboration avec Safran Aircraft Engines, développent des matériaux absorbants acoustiques qui présentent un gradient optimisé de porosité. Cette innovation permet d'absorber parfaitement le bruit sur une large bande de fréquences.

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Les matériaux poreux (mousses, feutres...) ont de bonnes propriétés d'absorption du bruit, et sont utilisés pour réduire les nuisances sonores dans les habitations et les transports, en particulier dans les avions. Leur faible densité limite l'augmentation de poids inhérente aux traitements acoustiques et ainsi minimise les émissions de CO2. Pour obtenir une efficacité optimale, c'est-à-dire une absorption parfaite sur une large bande de fréquences sonores, des chercheurs et chercheuses du Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans1, et du Laboratoire d'analyse vibratoire et acoustique de Polytechnique Montréal (Canada)2, en collaboration avec Safran Aircraft Engines, ont mis au point3 un matériau absorbant acoustique anisotrope dont la porosité varie continûment dans l'épaisseur. Ce gradient de porosité a été optimisé pour absorber presque 100 % des ondes sonores sur une large bande de fréquences.

Les scientifiques ont développé4 des techniques numériques qui permettent d'évaluer les propriétés acoustiques d'un matériau à gradient de porosité en fonction de sa géométrie, puis d'optimiser sa microstructure pour obtenir les propriétés visées. Ils ont ensuite validé et testé expérimentalement cette méthode de conception en fabriquant des échantillons de matériaux à gradient de porosité, à l'aide d'une technique de fabrication additive (Fused deposition modeling - FDM). « La technique de fabrication additive permet de contrôler précisément la microstructure », indique Jean Boulvert, doctorant au Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans et au Laboratoire d'analyse vibratoire et acoustique de Polytechnique Montréal, en convention CIFRE avec Safran Aircraft Engines.

Les mesures effectuées sur ces matériaux ont montré une amélioration significative de l'absorption acoustique. Ainsi, avec un matériau à gradient optimal de 30 mm d'épaisseur, les chercheurs ont obtenu une absorption supérieure à 99,7 %, alors qu'elle n'est supérieure qu’à 79,9 % avec un matériau de même nature, mais de porosité uniforme, sur la plage de fréquence comprise entre 3900 Hz et 19500 Hz.

À la suite de ces démonstrations, le développement de ces nouveaux matériaux absorbants acoustiques se poursuit. L'optimisation du gradient a été réalisée en ne prenant en compte qu'une seule direction d'onde incidente (la direction normale). Les chercheurs veulent maintenant étendre ce processus à des ondes sonores qui se propagent dans toutes les directions. Les partenaires vont également optimiser ces matériaux en vue de leur utilisation potentielle dans des réacteurs d'avions.

 

1 Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans (CNRS/ Le Mans Université)

2 Laboratoire d'analyse vibratoire et acoustique de Polytechnique Montréal (Département de génie mécanique, Polytechnique Montréal, Montréal (Québec)

3 Optimally graded porous material for broadband perfect absorption of sound. Jean Boulvert, Théo Cavalieri, Josué Costa-Baptista, Logan Schwan, Vicente Romero-García, Gwénaël Gabard, Edith Roland Fotsing, Annie Ross, Jacky Mardjono, and Jean-Philippe Groby. Journal of Applied Physics 126, 175101 (2019)

4 L'étude a été réalisée dans le cadre des chaires industrielles ANR MACIA (Matériaux acoustiques innovants pour l’aéronautique) en France et TAPPIS (Traitements acoustiques passifs plurifonctionnels pour structures composites de turboréacteurs) au Canada

Contacts :

Jean Boulvert / Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans / jean.boulvert@univ-lemans.fr

Annie Ross / Professeure titulaire à Polytechnique Montréal / annie.ross@polymtl.ca

Jean-Philippe Groby / Chercheur CNRS au Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans / jean-philippe.groby@univ-lemans.fr

Jacky Mardjono / Safran Aircraft Engines / jacky.mardjono@safrangroup.com