Mesure des propriétés acoustiques des matériaux poreux

Les matériaux poreux artificiels couramment utilisés dans l’industrie sont d’une structure simple, quoique largement variable. Parmi ceux-ci, les matériaux dont la porosité est (principalement ou en totalité) « ouverte » présentent souvent d’intéressantes propriétés d’absorption du son en acoustique aérienne [1], [2]. Par définition, la porosité « ouverte » comprend uniquement la porosité connectée avec l’extérieur. Par exemple les laines de verre, laines de roche, feutres, mousses plastiques à cellules ouvertes, matériaux granulaires, sont constitués d’un squelette solide de composition relativement homogène, et d’une porosité ouverte entièrement saturée par l’air ambiant. Nous traitons de la caractérisation acoustique de ces matériaux uniquement.

Une onde sonore incidente induit des mouvements relatifs de l’air dans les « pores » du matériau. Ces mouvements sont alors efficacement dissipés par simples frottements internes de l’air, dont les vitesses relatives à la structure doivent s’annuler au niveau de la surface de contact air/squelette solide ou « surface des pores » S_p : ce sont les pertes par effets visqueux. Les phéno-mènes acoustiques induisent également de petites oscillations de température dans l’air saturant, lesquelles s’annulent au contact du solide (qui reste à température ambiante). Il en résulte des échanges irréversibles de chaleur entre l’air et le solide : ce sont les pertes par effets thermiques, généralement plus faibles que les premières. Enfin, lorsque le solide lui-même est mis en mouvement interviennent des pertes de type viscoélastique, liées aux frottements internes dans la matrice solide en déformation (sa mise en vibration peut résulter des actions – inertielles et visqueuses – exercées au niveau des parois S_ppar les mouvements de l’air, ou plus directement, de son contact avec une plaque, un écran, etc.). Ces pertes structurales peuvent jouer un rôle important, en particulier au voisinage de résonances.

Une distinction peut être faite en principe entre les propriétés acoustiques intrinsèques d’une part, et les propriétés acoustiques globales du traitement, d’autre part. Ainsi, au paragraphe 1, les paramètres géométriques associés à la microgéométrie des structures poreuses considérées sont introduits et les propriétés acoustiques intrinsèques des matériaux sont déduites dans le cadre du modèle de fluide équivalent, puis du modèle de Biot. Lors de mesures acoustiques (impédance, coefficient d’absorption), on a accès à des quantités globales, reliées plus ou moins directement aux propriétés intrinsèques. Les techniques acoustiques de caractérisation utilisées dans la gamme des fréquences audibles sont rappelées au paragraphe 2, où sont également rappelées différentes techniques de mesures non acoustiques de certains des paramètres géométriques (porosité, tortuosité, perméabilité visqueuse, longueur caractéristique thermique). Les techniques ultrasonores qui permettent souvent d’accéder de manière précise aux paramètres hautes fréquences (tortuosité, longueurs caractéristiques), font l’objet du paragraphe 3, tandis que la question de la mesure des rigidités de structure est considérée au paragraphe 4. Enfin, au paragraphe 5 quelques éléments sont donnés sur les codes et méthodes numériques employés pour prédire les propriétés acoustiques de traitements acoustiques.

Le lecteur consultera utilement l’article Aéroacoustique et hydroacoustique [A 430] dans le traité Sciences fondamentales.