Réduire les nuisances sonores grâce à des micro-résonateurs
Les vibrations dans le fuselage des avions sont une source de nuisances sonores pour les passagers. Une équipe du Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes, en coopération avec l'université de Sherbrooke (Canada), propose un traitement à base de microrésonateurs pour supprimer certaines fréquences acoustiques irritantes. D'autres applications sont possibles, notamment dans l'automobile et le ferroviaire. Ces résultats sont publiés en couverture de The Journal of the Acoustical Society of America.
Les structures allégées utilisées pour fabriquer les fuselages des avions assurent leur tenue mécanique tout en participant à la réduction du poids des appareils. Mais ces panneaux ont un inconvénient : ils sont la source de vibrations et de nuisances sonores, qui ne sont que partiellement traitées par les mousses isolantes traditionnelles. C'est notamment le cas des structures cylindriques, qui présentent une fréquence spécifique, dite "fréquence d'anneau", qui se situe habituellement dans la gamme 400Hz-800Hz. Des chercheurs du Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (LTDS, CNRS/Ecole Centrale de Lyon), en collaboration avec le Groupe d'acoustique de l'université de Sherbrooke (Canada), ont mis au point une solution à base de microrésonateurs, qui permet un traitement acoustique "sur-mesure" des panneaux, avec un encombrement négligeable et une faible masse ajoutée.
Pour supprimer cette fréquence d'anneau, les chercheurs, en se fondant sur la théorie des oscillateurs harmoniques et sur les connaissances plus récentes acquises sur les métamatériaux, ont eu l'idée de répartir des micro-résonateurs sur la structure du panneau. Chaque micro-résonateur est constitué d’une petite poutre en polycarbonate (10x4x23mm3) fixée sur une base, elle-même collée sur la structure. Un aimant est collé à l'extrémité de la poutre, et d'autres aimants peuvent être empilés pour ajuster la masse du résonateur. En utilisant l'impression 3D pour fabriquer les résonateurs, et en faisant varier la masse et la distribution de 250 micro-résonateurs sur la structure à traiter (une section de fuselage d'avion privé), les chercheurs ont pu tester de nombreuses configurations. Les essais, menés dans des chambres anéchoïques-réverbérantes couplées de l'université de Sherbrooke, ont abouti à une configuration qui réduit le bruit d'au moins 10dB, éliminant complètement la "fréquence d'anneau". Mieux, l'utilisation simultanée d'une mousse isolante (mélamine) et des micro-résonateurs permet de cumuler l'effet large bande de l'isolant et la suppression spécifique de la fréquence d'anneau.
L'impression 3D étant surtout adaptée au prototypage, les chercheurs veulent maintenant développer une technique de fabrication des microrésonateurs plus facilement industrialisable. Ils souhaitent aussi étendre le domaine d'application des micro-résonateurs au traitement acoustique d'autres structures, notamment pour l'automobile et le transport ferroviaire.
Photo d’un fuselage de jet Bombardier équipé d’un traitement multi-résonant consistant en environ 250 micro-résonateurs distribués à masses variables. Combiné à une couche d’isolant en mélamine, le traitement permet d’augmenter significativement les pertes par transmission acoustique sur la plage de fréquences critique de 630-670 Hz.
Références :
Improving sound transmission loss at ring frequency of a curved panel using tunable 3D-printed small-scale resonators,
C. Droz, O. Robin, M. Ichchou, and N. Atalla
The Journal of the Acoustical Society of America 145, EL72 (2019)
DOI: 10.1121/1.5088036