EP0435753A1

EP0435753A1 - Réflecteur d'ondes acoustiques pouvant fonctionner sous une forte immersion

Info

Publication number: EP0435753A1
Application number: EP90403700A
Authority: EP
Inventors: Jean-Claude Giannotta; Robert Gagno; Eric Sernit
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1991-07-03
Also published as: FR2656720A1; US5099457A; FR2656720B1; CA2032715A1

Abstract

L'invention concerne les réflecteurs d'ondes acoustiques qui fonctionnent au sein de la mer. Elle consiste à ménager entre une plaque réfléchissante (6) et une plaque perforée (5) une lame d'air (8) qui forme avec la plaque réfléchissante une interface réflectrice. Une vessie en caoutchouc (4) forme un réservoir qui sous l'effet de la pression de l'eau vient alienter la lame d'air à travers la plaque perforée. L'épaisseur de cette lame d'air est ainsi maintenue sensiblement constante jusqu'à la limite d'immersion du réflecteur. Elle permet d'augmenter la profondeur d'utilisation des réflecteurs acoustiques. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne les réflecteurs d'ondes acoustiques qui fonctionnent dans un milieu liquide, généralement la mer, et peuvent être soumis à une forte pression correspondant à une immersion importante.
La plupart des réflecteurs d'ondes acoustiques fonctionnent en utilisant la réflexion qui se produit sur une interface entre le milieu marin et un autre milieu dans lequel la vitesse des ondes acoustiques est fortement différente de celle dans l'eau.
L'idéal serait d'utiliser une plaque très mince parfaitement transparente aux ondes acoustiques et délimitant un volume où l'on aurait fait le vide. Dans la pratique, on utilise des lames métalliques d'une certaine épaisseur, qui laissent passer les ondes acoustiques jusqu'à des fréquences de l'ordre de quelques kHz, et un gaz de remplissage, qui est le plus souvent simplement de l'air. Bien entendu, un tel dispositif est très sensible à la pression et il ne saurait être question de l'immerger à une profondeur quelque peu conséquente.
On a proposé dans le brevet français n° 2 539 541 déposé par la demanderesse le 19 Janvier 1983, d'utiliser à la place de l'air une mousse formée d'une matrice viscoélastique renfermant un grand nombre de bulles de gaz. On obtient ainsi des performances meilleures, mais qui sont loin d'être satisfaisantes.
En effet, la mousse s'écrase rapidement en fonction de la pression, et la vitesse du son y augmente en conséquence pour se rapprocher de celle dans l'eau, ce qui diminue considérablement le pouvoir réflecteur du dispositif. Dans la pratique il est alors difficile de dépasser une immersion de l'ordre de 100 m.
D'autre part, le matériau viscoélastique est assez sensible à la température, ce qui contribue aussi à dégrader les performances du dispositif.
Pour pallier ces inconvénients l'invention propose un dispositif selon la revendication 1.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en face des figures annexées qui représentent:

la figure 1, une vue en coupe d'un réflecteur selon l'invention;
les figures 2a à 2d, des vues en coupe du réflecteur de la figure 1 soumis à différentes pressions; et
la figure 3, une courbe des variations du coefficient de réflexion en fonction de la fréquence.

Le réflecteur représenté en coupe sur la figure 1 comprend un capot 1 qui sert de support à l'ensemble des autres organes du dispositif et qui délimite une première cavité interne 2 communiquant avec l'extérieur par un ensemble de trous 3 qui permettent l'entrée et la sortie de l'eau lorsque le réflecteur est immergé.
La cavité 2 est fermée par une membrane en caoutchouc très souple 4 qui vient s'appuyer sur les rebords du capot à la périphérie de celui-ci.
Une plaque de séparation perforée 5 est située au-dessus de la membrane 4 et s'appuie elle aussi par l'intermédiaire de cette membrane sur les rebords du capot.
Une plaque 6, dite réfléchissante, de mêmes dimensions que la plaque 5, est fixée sur celle-ci par des plots en caoutchouc 7 répartis régulièrement sur la périphérie de ces deux plaques de manière à délimiter une lame d'air 8 entre ces deux plaques. C'est l'interface entre cette plaque réfléchissante et la lame d'air qui joue le rôle de réflecteur en raison de la rupture d'impédance acoustique à ce niveau, ce qui justifie le qualificatif donné à ladite plaque.
Une bande de caoutchouc 9 permet de maintenir l'étanchéité entre la plaque 7 et la membrane 4 de manière à délimiter une deuxième cavité gonflable constituée par la lame d'air 8 et l'espace situé entre la membrane 4 et la plaque perforée 5. Cet espace est virtuel sur la figure qui représente le dispositif avant gonflage. Cette bande de caoutchouc 9 peut constituer un repli de la membrane 4, ou une pièce séparée qui dans ce cas sera pincée entre la membrane 4 et le rebord du capot 1.
Une valve de gonflage 10 est fixée sur la plaque réfléchissante 6 de manière à pouvoir injecter un gaz tel que l'air dans la deuxième cavité.
Une gouttière en forme de U 11 vient entourer la périphérie du dispositif de manière à enfermer les différents éléments en s'appuyant d'un côté sur l'extérieur du rebord du capot 1, sur lequel elle est fixée par des moyens de fixation quelconques tels que des vis, et en venant de l'autre côté immobiliser la plaque réfléchissante 6 à l'aide de vis réglables 12 réparties tout autour de cette gouttière. Ainsi, à l'état de repos représenté sur la figure 1, les vis en s'appuyant sur la plaque réfléchissante viennent pincer la membrane 4 et la bande 9 entre la plaque perforée 5 et le rebord du capot.
Etant ainsi immobilisé le système ne risque pas de se désassembler sous l'effet des manipulations ou des chocs.
Avant d'utiliser le dispositif, il convient de le mettre en état de fonctionnement et pour cela de gonfler la deuxième cavité en utilisant la valve 10. Cette opération se fait en surface avant l'immersion, et dans ces conditions la membrane 4 se développe en se déformant pour venir remplir la première cavité en s'appuyant sur la face interne perforée du capot 1. Le dispositif est alors dans l'état représenté sur la figure 2a.
A titre d'exemple, on peut gonfler le réflecteur avec une surpression de 0,3 bars par rapport à la pression atmosphérique et on comprend aisément que sous une surpression aussi modérée la bande en caoutchouc 9 ne risque pas d'éclater, même si elle est relativement fine.
Le réflecteur étant ainsi prêt, on peut l'immerger dans la mer, soit tout seul, soit avec un appareil sur lequel il est fixé.
Lors de la plongée, l'eau, sous l'effet de la pression due à l'immersion, pénètre à l'intérieur de la première cavité par les perforations 3 et vient comprimer la membrane 4 qui se rétracte et est ainsi progressivement refoulée vers la plaque perforée 5. De même, sous l'effet de la pression qui s'exerce aussi sur la plaque réfléchissante 6, les plots en caoutchouc 7 s'écrasent légèrement et cette plaque se rapproche un peu de la plaque perforée 4 en s'éloignant des vis 12.
En jouant sur la raideur du caoutchouc formant les plots 7, ainsi que sur leur nombre, on peut arriver à ce que le rapprochement des deux plaques et l'amincissement corrélatif de la lame d'air 8 soit très faible, alors que la membrane 4 se rétracte beaucoup plus rapidement vers la plaque perforée 5. On obtient ainsi le même résultat que si les deux plaques formaient un réservoir rigide alimenté par un réservoir à volume variable formé par la plaque perforée 5 et la membrane 4.
Dans ces conditions, et jusqu'à une limite qui sera précisée plus loin, on peut considérer que la variation de l'épaisseur de la lame d'air 8 est insignifiante dans toute la gamme d'utilisation en immersion du réflecteur. Bien entendu, les volumes respectifs des deux parties de la deuxième cavité doivent être tels que celui formé par la lame d'air soit nettement plus petit que celui formé par la membrane, de manière à ce que la variation de volume déterminé par le mouvement de la membrane puisse alimenter sans problème le volume déterminé par la lame d'air. Pour cela, on pourra prendre une épaisseur relativement faible pour cette lame d'air, de l'ordre de quelques millimètres, 1 à 2 mm par exemple.
En effet, même si le mouvement de la plaque réfléchissante 6 sous l'effet de la pression est faible, il est suffisant pour décoller celui-ci des vis 12. Dans ces conditions cette lame devient mécaniquement libre, puisque même si les plots en caoutchouc 7 sont plus raides que la membrane 4, ils sont néanmoins assez souples pour désolidariser mécaniquement la plaque réfléchissante 6 de la plaque perforée 5 et de l'ensemble de la structure du réflecteur.
Ainsi, cette plaque étant mécaniquement libre elle ne s'oppose plus au passage des ondes acoustiques, tout au moins pour des fréquences relativement basses dans le domaine de l'acoustique sous-marine pouvant monter par exemple jusqu'à 10 kHz pour une plaque en aluminium d'une épaisseur de 8 mm.
Dans ces conditions, la rupture d'impédance acoustique entre la plaque réfléchissante et la lame d'air est telle qu'une très grande partie des ondes acoustiques sont réfléchies par le dispositif au niveau de cette interface. Compte tenu des ordres de grandeur cités ci-dessus, l'épaisseur de la lame d'air qui a été décrite précédemment, de l'ordre de 1 à 2 mm, est tout à fait suffisante pour permettre cette réflexion et la variation de cette épaisseur sous l'effet de la pression, qui peut être limitée à quelques dixièmes de mm, n'intervient pas sur les performances du réflecteur.
La conformation du réflecteur dans toute sa gamme d'utilisation est semblable à celle représentée sur la figure 2b, où l'on voit nettement la lame 6 qui a décollé des vis 12 et la membrane 4 qui est dans une position intermédiaire à l'intérieur de la première cavité délimitée par le capot 1. Cette configuration s'établit rapidement à partir d'une immersion relativement faible permettant d'obtenir une pression de l'ordre de quelques bars, 3 bars par exemple.
La limite est obtenue lorsque, comme représenté sur la figure 2c, la membrane 4 finit par se plaquer contre la plaque perforée 5, tout l'air ayant fini par être contenu entre les plaques 5 et 6 dans la lame d'air 8.
A partir de ce moment, si on immerge plus loin le réflecteur, les efforts se concentrent sur le système formé par la plaque perforée 5 bouchée par la membrane 4 et la plaque réfléchissante 6 séparée de la plaque 5 par les plots 7. Comme la raideur des plots en caoutchouc est simplement nettement plus forte que celle de la membrane, qui elle-même est très faible, ce sont ceux-ci qui s'écrasent sous l'effet de la pression, alors que les plaques 5 et 6 ne se déforment pas. Ainsi l'espace entre ces plaques se réduit et l'épaisseur de la lame d'air 8 diminue. Dans ces conditions, bien que le dispositif fonctionne encore en réflecteur au delà de cette immersion limite, ses performances se dégradent rapidement en raison d'une part de la diminution d'épaisseur de la lame d'air et d'autre part de l'écrasement des plots de caoutchouc qui n'assurent plus une désolidarisation suffisante entre les deux plaques. On arrive alors à la configuration représentée en figure 2d où le réflecteur n'a plus un fonctionnement satisfaisant.
On a obtenu avec un réflecteur acoustique réalisé dont les paramètres ont été décrits plus haut, et ayant des dimensions de 1 m x 1 m avec une épaisseur hors tout de 10 cm, les résultats expérimentaux repris sur la figure 3. Sur cette figure la fréquence est en abscisses exprimée en kHz et le coefficient de réflexion R en ordonnées est exprimé en décibels. Les courbes 1, 2 et 3 correspondent respectivement à des pressions égales à 10, 40 et 45 bars. Compte tenu des résultats obtenus avec les autres réflecteurs connus dans l'art, notamment ceux utilisant de la mousse, ces résultats sont très satisfaisants et montrent que l'on peut utiliser un tel réflecteur jusqu'à l'immersion de 450 m correspondant à une pression de 45 bars en obtenant des performances satisfaisantes dans une gamme de fréquences s'étendant de 4 à 8 kHz. Un autre dimensionnement mécanique pourrait permettre de la même façon une tenue à la pression plus importante.

Claims

Réflecteur d'ondes acoustiques pouvant fonctionner sous une forte immersion, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque réfléchissante (6), une plaque perforée (5), des moyens (7) pour maintenir la plaque réfléchissante parallèle à la plaque perforée sans les solidariser acoustiquement entre elles et pour délimiter entre ces plaques une lame d'air (8) formant avec la plaque réfléchissante un réflecteur acoustique, des moyens (9) pour maintenir l'étanchéité entre les deux plaques à la périphérie de celles - ci sans les solidariser acoustiquement entre elles, et une membrane souple (4) fixée sur la périphérie de la plaque perforée de l'autre côté par rapport à la plaque réfléchissante pour former une cavité gonflable communiquant avec la lame d'air; la raideur des moyens pour solidariser les plaques entre elles par rapport à la raideur de la membrane souple étant telle que sous la pression extérieure d'immersion la cavité gonflable se rétracte en chassant l'air vers la lame d'air sans que l'épaisseur de cette lame d'air ne diminue sensiblement.
Réflecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (10) pour gonfler l'ensemble formé par la lame d'air et la cavité gonflable sous une surpression initiale.
Réflecteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un capot (1) fixé sur la périphérie de la plaque perforée et délimitant une cavité interne (2) dans laquelle la membrane souple (4) vient se développer pour former ladite cavité gonflable; ce capot étant muni de perforations (3) permettant de laisser rentrer l'eau pour venir refouler la membrane vers la plaque perforée (5).
Réflecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une gouttière en forme de U (11) venant entourer la périphérie des deux plaques (5, 6) et du rebord du capot (1); cette gouttière étant munie sur son rebord situé de l'autre côté du capot d'un ensemble de butées (12) permettant de maintenir en position les pièces mobiles du réflecteur avant son immersion.
Réflecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens pour maintenir les plaques (5, 6) entre elles sont formés de plots en caoutchouc.