FR2780081A1 - Element de construction ayant des proprietes acoustiques ameliorees - Google Patents

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Abstract

L'élément de construction comprend par exemple un mur de bâtiment (8) et un panneau de doublage (1) formé d'un parement (2) et d'une couche thermiquement isolante (3). Selon l'invention, des masselottes (5) sont reliées au parement (2) par des ressorts (7), les masselottes et les ressorts étant logés dans des évidements (4) de la couche isolante (3) et formant un système oscillant qui définit une fréquence d'antirésonance améliorant les caractéristiques acoustiques de l'élément de construction.

Description

Elément de construction avant des propriétés acoustiques améliorées
L'invention concerne un élément de construction comprenant une première paroi rigide et une seconde paroi rigide
délimitant entre elles un intervalle.
On réalise de manière classique un tel élément de construc-
tion, par exemple, en fixant sur un mur de bâtiment, par une colle et/ou par des moyens mécaniques, des panneaux de doublage comprenant un parement et une couche de matériau thermiquement isolant, le mur et le parement constituant
respectivement les première et seconde parois rigides.
Une autre façon classique de réaliser un tel élément de construction consiste à construire un premier mur qui peut être réalisé en maçonnerie ou encore en panneaux légers fixés sur une ossature, et à construire en vis à vis du premier mur un second mur qui peut être également réalisé en maçonnerie ou en panneaux légers. Les deux murs peuvent être semblables
ou différents. Les murs maçonnés peuvent être lourds (par-
paings de ciment, voile de béton, briques, etc) ou légers (carreaux de plâtre, briques, etc). Les murs en panneaux légers peuvent comprendre des panneaux de bois, des plaques de plâtre, de ciment, des tôles métalliques, ces listes de
composants n'étant pas limitatives.
Il est généralement nécessaire qu'un tel élément de construc-
tion, appelé ci-après "paroi double", présente des propriétés d'isolement acoustique, de manière à limiter la transmission des bruits entre l'extérieur et l'intérieur du bâtiment et/ou entre les différentes pièces de celui-ci. Cette condition est souvent difficile à remplir, car on constate généralement qu'il existe un domaine particulier de fréquences dans lequel les propriétés d'isolement acoustiques de la paroi double sont nettement insuffisantes. Bien que ce ne soit pas une règle générale, ce domaine de fréquences est souvent situé au voisinage de la fréquence critique fc1 du mur et/ou de la fréquence critique fc2 du parement et/ou de la fréquence de résonance fo de la paroi double, cette dernière fréquence étant donnée par la formule approchée f = 1/2 iKml + m2 f0 i/2ir Ki_ m1 x m2 dans laquelle m1 et m2 sont les masses surfaciques du mur support (première paroi) et du parement (seconde paroi)
respectivement, et K représente la raideur dynamique surfaci-
que du contenu de l'intervalle séparant ceux-ci, qui peut comprendre selon les cas l'isolant et/ou les moyens de fixation du panneau sur le mur et/ou une lame d'air, cette dernière étant le cas échéant interposée entre le panneau et
le mur.
Le but de l'invention est d'améliorer les qualités d'isole-
ment acoustique d'une paroi double dans un domaine de
fréquences donné.
L'invention vise notamment un élément du genre défini en introduction, et prévoit qu'il comprend en outre un système oscillant formé par une masse oscillante répartie de manière continue ou discontinue sur la superficie de l'élément et par des moyens élastiques reliant ladite masse oscillante à l'une au moins desdites parois, ledit système oscillant définissant une fréquence d'antirésonance dans au moins une gamme de
fréquences choisie parmi la gamme des fréquences infrasono-
res, la gamme des fréquences audibles et la gamme des
fréquences ultrasonores.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen-
taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - La fréquence d'antirésonance est choisie dans une gamme de fréquences o l'élément présenterait, en l'absence du système oscillant, des caractéristiques d'isolement acoustique défavorables. - Une couche d'un matériau souple, moins dense que celui desdites parois, est présente dans ledit intervalle.
- Ledit matériau souple est thermiquement isolant.
- Le système oscillant est logé au moins en partie dans ledit
intervalle.
- Le système oscillant est disposé au moins en partie hors
dudit intervalle.
- La masse oscillante est constituée par une multiplicité de
masselottes réparties sur ladite superficie.
- Les moyens élastiques sont constitués par une multiplicité de ressorts reliant chacun l'une des masselottes à l'une des
parois.
- Les masselottes et le cas échéant les ressorts sont logés au moins en partie dans des évidements ménagés dans la couche
de matériau souple.
- Toutes les masselottes sont reliées exclusivement à une
même paroi.
- Certaines masselottes sont reliées à la première paroi et
les autres à la seconde paroi.
- Certaines au moins des masselottes sont reliées simultané-
ment aux deux parois.
- La masse oscillante est constituée par des plaques juxtapo-
sées sur ladite superficie et occupant chacune une fraction
de celle-ci.
- La masse oscillante est constituée par une plaque s'éten-
dant sur toute ladite superficie.
- La masse oscillante est ajourée.
- La masse oscillante est sous forme de grillage ou de treillis. - La masse oscillante est en un matériau de même nature que celui de ladite couche de matériau souple, et plus dense que
celui de ladite couche.
- Lesdits moyens élastiques sont constitués par ladite couche
de matériau souple.
- La masse oscillante est noyée dans l'épaisseur de la couche
de matériau souple.
- La première paroi est une partie de bâtiment choisie parmi un mur, une cloison, un plancher, un plafond et une toiture, et les autres composants de l'élément sont constitués par un
panneau de doublage fixé en regard de ladite partie.
L'invention a également pour objet un panneau de doublage propre à être fixé en regard d'une partie de bâtiment pour réaliser un élément de construction tel que défini ci-dessus, comprenant un parement rigide, optionnellement une couche de matériau souple fixée sur une face du parement, et un système oscillant formé par une masse oscillante répartie de manière continue ou discontinue sur la superficie du panneau, et par des moyens élastiques reliant ladite masse oscillante au parement, ledit système oscillant définissant une fréquence d'antirésonance dans au moins une gamme de fréquences choisie parmi la gamme des fréquences infrasonores, la gamme des
fréquences audibles et la gamme des fréquences ultrasonores.
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront
exposés plus en détail dans la description ci-après, en se
référant aux dessins annexés, sur lesquels: - les figures 1 à 3 sont des vues en perspective de trois panneaux de doublage selon l'invention; - les figures la à 3a sont des vues partielles en coupe transversale de ces mêmes panneaux; - la figure 3b est une vue analogue à la figure 3a, relative à une variante;
- les figures 4 à 6 sont des vues partielles en coupe trans-
versale d'éléments de construction formés chacun par un panneau de doublage selon l'invention fixé sur un mur; - les figures 7 à 10 illustrent schématiquement différents modes de fixation d'un panneau de doublage en regard d'un mur; et - les figures 11 à 20 sont des vues partielles en coupe transversale d'éléments de construction selon l'invention
comprenant chacun deux parois mince.
Chacun des panneaux de doublage illustrés, désigné dans son ensemble, sur toutes les figures, par la référence 1, comprend de manière classique un parement 2 sous forme d'une plaque plane, par exemple une plaque de plâtre cartonné d'une épaisseur de l'ordre du centimètre, recouvert sur toute sa surface par une couche de matériau thermiquement isolant 3, par exemple de laine minérale, d'une épaisseur de plusieurs centimètres. Chaque panneau est destiné à être juxtaposé à d'autres panneaux semblables pour le doublage d'un mur ou
d'une autre partie de bâtiment.
Selon l'invention, dans le panneau de la figure 1, des cavités 4 sont ménagées dans la couche 3, sur une fraction de l'épaisseur de celle-ci à partir de sa face tournée à l'opposé du parement 2. Les cavités 4 sont remplies d'un matériau plus dense que celui de la couche 3, par exemple métallique, constituant autant de masselottes qui sont reliées élastiquement au parement, de façon à pouvoir osciller, par le matériau de la couche 3, sur une épaisseur correspondant à la différence entre l'épaisseur totale de
cette dernière et la profondeur des cavités 4.
On a réuni sur la figures 1 des cavités 4 et des masselottes ayant des formes et des dispositions diverses illustrant quelques-unes des possibilités entre lesquelles il est possible de choisir pour réaliser un panneau. Les cavités 4 peuvent ainsi présenter la forme de cylindres de révolution dont l'axe est orienté dans la direction de l'épaisseur du panneau, et être distribuées en quinconce ou non, selon un
réseau uniforme ou non, sur la superficie du panneau.
Alternativement, elles peuvent présenter une section carrée, rectangulaire, allongée parallèlement ou perpendiculairement à la longueur du panneau ou obliquement, trapézoïdale, cette
énumération n'étant pas limitative.
Dans le panneau des figures 2 et 2a, la couche de matériau isolant 3 ne présente pas de cavités, et les masselottes séparées sont remplacées par une masse continue ajourée sous forme d'un grillage 6, par exemple métallique, s'étendant sur toute la superficie du panneau. Le grillage 6 est relié élastiquement au parement 2 par la couche de matériau isolant 3. Le panneau des figures 3 et 3a diffère de celui des figures 2 et 2a en ce que des masselottes sont accrochées au grillage
6, par exemple en certains noeuds de celui-ci. Les masselot-
tes sont emprisonnées entre le grillage et la face arrière, tournée à l'opposé du parement 2, de la couche isolante 3 et sont régulièrement réparties sur la superficie du panneau. Le grillage 6 et les masselottes 5 contribuent à former la masse oscillante. Le panneau de la figure 3b diffère de celui de la figure 3a en ce que les masselottes sont au moins partiellement logées dans des cavités ménagées dans l'épaisseur de la couche
isolante, analogues à celles du panneau des figures 1 et la.
Les masselottes peuvent faire saillie par rapport à la surface de la couche isolante, comme représenté, ou en variante venir en affleurement de celle-ci ou encore être
noyée dans l'épaisseur de la couche.
Dans le panneau illustré sur la figure 4, la couche isolante
3 présente des cavités 4 s'étendant sur toute son épaisseur.
Chaque cavité 4 loge une masselotte 5 et un ressort 7 reliant celle-ci au parement 2 pour former un système oscillant. la figure 4 montre également un mur 8 sur lequel le panneau peut être fixé par tous moyens connus, tels qu'une colle et/ou des moyens mécaniques, présentant de préférence une certaine élasticité, pour former un élément de construction selon l'invention, ainsi que l'intervalle 10 compris entre le mur et le parement 2. Tous les panneaux illustrés peuvent ainsi
être fixés sur un mur ou sur une autre partie de bâtiment.
Comme le montre la figure 5, un système oscillant, formé par exemple par des masselottes 5 et des ressorts 7 semblables à ceux de la figure 4, peut être monté sur la face du parement tournée à l'opposé du mur. Un tel système oscillant peut en outre être logé dans des évidements ménagés dans une couche supplémentaire 9 de matériau souple, notamment isolant, recouvrant cette même face, ou bien il peut être remplacé par des masselottes 5a fixées sur la couche 9, comme on le voit dans la partie supérieure de la figure 6. Enfin, la partie
inférieure de la figure 6 illustre la possibilité de suppri-
mer la couche intermédiaire 3, seule subsistant la couche 9.
D'une façon générale, qu'une masselotte remplisse tout ou partie d'une cavité ou soit disposée sur la surface de la couche souple, elle peut être coulée ou collée. Par ailleurs, les masselottes peuvent être accrochées au matériau souple par des griffes, ou fixées mécaniquement au grillage 6. Les masselottes peuvent aussi être formées par frittage d'une poudre par exemple métallique ou plastique (PVC), notamment au moyen d'un rayon laser. Cette technique permet en particulier de fixer les masselottes directement sur la face arrière de la couche de matériau souple ou sur un voile
minéral recouvrant celle-ci, selon une variante non représen-
tée. Selon une autre variante non représentée, la masse oscillante est formée par des plaques juxtaposées, occupant dans leur
ensemble la majeure partie ou même la totalité de la superfi-
cie du panneau de doublage. De telles plaques peuvent être réalisées en un matériau de même nature que le matériau isolant de la couche 3, mais d'une densité plus élevée. Elles peuvent être liées sur toute leur superficie à la couche isolante, celle-ci jouant alors le rôle du ressort comme dans les panneaux des figures 1 à 3, ou bien on peut associer à chaque plaque un ou plusieurs ressorts analogues au ressort 7 des figures 4 à 6, chaque ressort étant logé dans une
cavité appropriée de la couche isolante.
Sur les figures 7 à 10, la référence 1i désigne des moyens de
fixation mécaniques et/ou par collage, représentés schémati-
quement, qui peuvent être utilisés pour fixer un panneau selon l'invention, aussi bien qu'un panneau connu, en regard d'un mur 8. Sur la figure 7, les moyens de fixation relient entre elles les faces tournées l'une vers l'autre du mur et du parement 2, à travers la couche souple éventuelle 3. Sur la figure 8, les moyens de fixation relient au mur la face de la couche 3 tournée vers celui-ci. Sur les figures 9 et 10, les moyens de fixation relient le parement 2 à un plancher 12 et à un plafond 13 respectivement, et sont le cas échéant
noyés dans la couche souple 3.
Les figures 11 à 17 sont relatives à une paroi double selon l'invention comportant une première paroi mince 8, remplaçant le mur épais des figures 4 à 10, et un panneau de doublage 2, 3. Elles illustrent différentes manières de disposer les masselottes 5. Sur la figure 11, une masselotte 5 est reliée à la paroi 8 par un ressort 7, l'ensemble étant partiellement logé dans une cavité 4 ménagée dans la couche 3, sur une
fraction de l'épaisseur de celle-ci.
Le panneau de doublage de la figure 12 diffère de celui de la figure 4 en ce que la masselotte 5 fait saillie au-delà de la face libre de la couche souple 3 du panneau de doublage, en
regard de la cavité 4 logeant le ressort 7.
Sur la figure 13, une masselotte 5 est reliée par un ressort 7 à la face du parement 2 tourné à l'opposé de la première
cloison 8.
Sur la figure 14, une même masselotte 5 est reliée à la fois au parement 2, par l'intermédiaire d'un ressort 7 logé dans une cavité 4 de la couche souple 3, et à la première paroi 8
par un ressort 7a.
La paroi double de la figure 15 comporte à la fois une masselotte 5 reliée au parement 2 par un ressort 7 logé dans une cavité 4, comme sur la figure 12, et une masselotte 5a reliée à la première paroi 8 par un ressort 7a, la masselotte a et une partie du ressort 7a étant logées dans une cavité
4a comme sur la figure 11.
La paroi double de la figure 16 comporte à la fois un système oscillant 5a, 7a semblable à celui de la figure 15, fixé sur la paroi 8, et un système oscillant 5b, 7b fixé, comme le système 5, 7 de la figure 13, sur le parement 2 à l'extérieur de l'intervalle 10. Les systèmes oscillants peuvent être disposes en regard l'un de l'autre, comme illustré, ou
mutuellement décalés dans le plan de la paroi double.
La figure 17 montre deux masselottes 5 fixées sur la couche souple 3 qui sert de ressort, comme sur les figures 1 et la, ces masselottes n'étant pas logées dans des cavités et étant
fixées sur la face libre de la couche 3.
Les figures 18 à 20 sont analogues aux figures 11, 15 et 14
respectivement, la couche souple étant supprimée.
La détermination du système oscillant pour obtenir une fréquence d'antirésonance souhaitée peut être réalisée expérimentalement et/ou par calcul. En particulier, dans le cas de masselottes sous forme de plaques associées à des
ressorts s'étendant sur toute leur superficie, à une fré-
quence d'antirésonance donnée correspond généralement une valeur donnée du rapport K'l/m3, K'l étant la raideur linéique en N/m du ressort équivalent pour une surface d'un mètre carré, et m3 étant la masse des plaques par mètre carré de panneau. Par ailleurs, la surface totale des plaques est donnée par la relation S3 = K'l/K's, K's étant la raideur dynamique surfacique du matériau poreux et/ou élastique et/ou souple
constituant le ressort.
La masse surfacique des masselottes est ms = m3/S3.
Si N est le nombre de plaques, la surface de chaque plaque est S3/N, ce qui correspond à un carré de côté S /37 et la
masse de chaque plaque est m3/N.
Comme on l'a vu, pour un élément de construction selon l'invention formé par un mur et par un panneau de doublage, les propriétés acoustiques en l'absence du système oscillant, et par conséquent le domaine de fréquences o celles-ci
doivent être corrigées, sont déterminés par les caractéristi-
ques constructives du mur et du panneau, tandis que la
fréquence d'antirésonance est déterminée par les caractéris-
tiques constructives du panneau. Par conséquent, pour tout type de mur de caractéristiques connues, il est possible de fabriquer en série des panneaux de doublage qui permettront
d'obtenir la correction souhaitée sur le mur doublé.
Bien que la description ci-dessus porte plus particulièrement
sur un élément de construction formé par un mur et un panneau de doublage fixé sur ce mur, l'invention s'applique à tous types de parois, y compris planchers, plafonds et toitures, pour la construction de bâtiments de toutes destinations (tertiaire, résidentiel, industriel, etc.), navires de il
surface et sous-marins, aéronefs, capots et caissons envelop-
pant des machines ou équipements.
De même, la laine minérale constituant la couche d'isolation des éléments de construction décrits peut être remplacée par tout matériau isolant utilisable dans le bâtiment, par exemple des laines végétales ou animales ou des mousses synthétiques, ou le cas échéant par un matériau souple et léger n'ayant pas de fonction isolante. Il est également possible de supprimer cette couche intermédiaire, comme décrit précédemment. Le parement quant à lui peut être constitué d'une tôle métallique ou d'une planche de bois
naturel ou reconstitué, ces exemples n'étant pas limitatifs.
Lorsque les ressorts ne sont pas constitués par la couche isolante, on peut utiliser pour cette fonction des ressorts métalliques ou en tout matériau présentant des propriétés
d'élasticité convenables.
Enfin, on doit bien comprendre que seuls ont été décrits en
détail ci-dessus quelques exemples des innombrables combinai-
sons possibles des différentes particularités prévues pour l'élément de construction selon l'invention, notamment quant à la nature des parois rigides (murs, planchers, parements, etc), la nature et la forme des masselottes et des ressorts, le contenu de l'intervalle (lame d'air et/ou couche souple, isolante ou non), la présence ou non d'une couche souple hors de l'intervalle, la disposition des masselottes dans et/ou hors de l'intervalle, et le cas échéant leur disposition par
rapport aux couches souples.

Claims (21)

Revendications
1. Élément de construction comprenant une première paroi rigide (8) et une seconde paroi rigide (2) délimitant entre elles un intervalle (10), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système oscillant formé par une masse oscillante (5) répartie de manière continue ou discontinue sur la superficie de l'élément et par des moyens élastiques (7) reliant ladite masse oscillante à l'une au moins desdites parois, ledit système oscillant définissant une fréquence d'antirésonance dans au moins une gamme de fréquences choisie parmi la gamme des fréquences infrasonores, la gamme des fréquences audibles
et la gamme des fréquences ultrasonores.
2. Élément selon la revendication 1, dans lequel la fré-
quence d'antirésonance est choisie dans une gamme de fréquen-
ces o l'élément présenterait, en l'absence du système oscillant, des caractéristiques d'isolement acoustique
défavorables.
3. Élément selon l'une des revendications précédentes, dans
lequel une couche (3) d'un matériau souple, moins dense que
celui desdites parois, est présente dans ledit intervalle.
4. Élément selon la revendication 3, dans lequel ledit
matériau souple est thermiquement isolant.
5. Élément selon l'une des revendications précédentes, dans
lequel le système oscillant est logé au moins en partie dans
ledit intervalle.
6. Élément selon l'une des revendications précédentes, dans
lequel le système oscillant est disposé au moins en partie
hors dudit intervalle.
7. Élément selon l'une des revendications précédentes, dans
lequel la masse oscillante est constituée par une multipli-
cité de masselottes (5) réparties sur ladite superficie.
8. Élément selon la revendication 7, dans lequel les moyens élastiques sont constitués par une multiplicité de ressorts
(7) reliant chacun l'une des masselottes à l'une des parois.
9. Élément selon l'une des revendications 7 et 8, rattachée
à la revendication 3, dans lequel les masselottes et le cas échéant les ressorts sont loges au moins en partie dans des
évidements (4) ménagés dans la couche de matériau souple.
10. Élément selon l'une des revendications 7 à 9, dans
lequel toutes les masselottes sont reliées exclusivement à
une même paroi.
11. Élément selon l'une des revendications 7 à 9, dans
lequel certaines masselottes (5a) sont reliées à la première
paroi (8) et les autres (5; 5b) à la seconde paroi (2).
12. Élément selon l'une des revendications 7 à 9, dans
lequel certaines au moins des masselottes sont reliées
simultanément aux deux parois.
13. Élément selon l'une des revendications 1 à 6, dans
lequel la masse oscillante est constituée par des plaques juxtaposées sur ladite superficie et occupant chacune une
fraction de celle-ci.
14. Élément selon l'une des revendications 1 à 6, dans
lequel la masse oscillante est constituée par une plaque
s'étendant sur toute ladite superficie.
15. Élément selon l'une des revendications 13 et 14, dans
lequel la masse oscillante (6) est ajourée.
16. Élément selon la revendication 15, dans lequel la masse
oscillante est sous forme de grillage (6) ou de treillis.
17. Élément selon l'une des revendications 13 et 14, ratta-
chée à la revendication 3, dans lequel la masse oscillante est en un matériau de même nature que celui de ladite couche
de matériau souple, et plus dense que celui de ladite couche.
18. Élément selon l'une des revendications 7 et 13 à 17,
rattachée à la revendication 3, dans lequel lesdits moyens élastiques sont constitués par ladite couche (3) de matériau souple.
19. Élément selon la revendication 18, dans lequel la masse oscillante (5) est noyée dans l'épaisseur de la couche de
matériau souple.
20. Élément selon l'une des revendications précédentes, dans
lequel la première paroi est une partie de bâtiment choisie parmi un mur (8), une cloison, un plancher, un plafond et une
toiture, et les autres composants de l'élément sont consti-
tués par un panneau de doublage (1) fixé en regard de ladite partie.
21. Panneau de doublage (1) propre à être fixé en regard d'une partie de bâtiment (8) pour réaliser un élément de construction selon la revendication 20, comprenant un parement rigide (2), optionnellement une couche (3) de matériau souple fixée sur une face du parement, et un système oscillant formé par une masse oscillante (5) répartie de manière continue ou discontinue sur la superficie du panneau, et par des moyens élastiques (7) reliant ladite masse oscillante au parement, ledit système oscillant définissant une fréquence d'antirésonance dans au moins une gamme de
fréquences choisie parmi la gamme des fréquences infrasono-
res, la gamme des fréquences audibles et la gamme des
fréquences ultrasonores.
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