FR3035737A1 - Metamateriau acoustique pour l'isolation et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

La présente invention se situe dans le domaine des dispositifs d'atténuation acoustique fabriqués à partir de métamatériau acoustique et concerne un résonateur acoustique poreux en bille, caractérisé en ce que le module d'Young du matériau dudit résonateur est inférieur à 1 GPa, la porosité dudit résonateur est comprise entre 20 % et 50 %, la majorité des pores dudit résonateur est remplie d'un gaz et la majorité des dits pores est interconnectée par l'intermédiaire d'au moins un pore avec l'extérieur dudit résonateur.

Description

0 3 5 7 3 7 1 Métamatériau acoustique pour l'isolation et son procédé de fabrication L'invention concerne les métamatériaux acoustiques et les dispositifs d'atténuation acoustique fabriqués à partir de métamatériaux acoustiques.

Les matériaux pour l'isolation acoustique peuvent être fabriqués à partir de matériaux poreux. On peut par exemple utiliser des caoutchoucs poreux à cellules ouvertes, ou des matériaux fabriqués à partir de mousses de polymères réticulées ouvertes. Dans ces matériaux hétérogènes, les ondes acoustiques sont fortement atténuées en raison de leur diffusion par io les hétérogénéités (pores ou cavités d'air) réparties au sein du milieu. Pour être efficaces, les épaisseurs de matériaux nécessaires doivent être du même ordre de grandeur que la longueur d'onde incidente. Cette condition rend la réalisation de parois isolantes acoustiquement difficile compte tenu de l'espace qu'elles devraient occuper. 15 Ces pertes acoustiques peuvent être optimisées dans des matériaux dits « localement » résonants, pour des fréquences voisines de la fréquence de résonance des inclusions (ou résonateurs) présents au sein du matériau. Dans de tels matériaux, l'insertion d'inclusions de petites tailles 20 devant la longueur d'onde incidente et présentant de forts contrastes mécaniques avec le milieu environnant en termes de masse volumique et/ou de compressibilité peut créer des bandes spectrales interdites, permettant l'atténuation du son de plusieurs ordres de grandeur en amplitude sur des épaisseurs beaucoup plus faibles que dans des matériaux classiques. 25 Dans ce contexte, Liu et aL (Liu, Z., Zhang, X., Mao, Y., Zhu, Y. Y., Yang, Z., Chan, C. T., & Sheng, P. (2000), Locally resonant sonic materials. Science, 289(5485), 1734-1736) ont réalisé une classe de cristaux soniques, possédant des bandes interdites soniques et une constante de 30 réseau inférieure de deux ordres de grandeur aux longueurs d'ondes d'intérêt. Le matériau, consistant dans un réseau tridimensionnel de sphères résonnantes, fixées dans une matrice époxy, peut présenter une masse volumique effective (notée p) négative dans une gamme de fréquences 3 0 3 5 7 3 7 2 déterminée par les paramètres de fabrication du matériau. Ce métamatériau expérimental est cependant difficile à fabriquer et ne convient par à une application industrielle. 5 Différents dispositifs et procédés ont été proposés (par exemple W02012/033599 et WO 2014/206168) pour réaliser des métamatériaux acoustiques et permettent la réalisation de réseaux, en trois dimensions, de masses liées entre elles par des ressorts, dont la configuration permet l'apparition d'une bande interdite spectrale pour une gamme de fréquences io donnée. Ces réalisations impliquent des montages mécaniques précis et onéreux. Brunet et al. (Brunet, T., Leng, J., Mondain-Monval, 0., 2013, Soft acoustic metamaterials, Science, 342, 323-324) divulguent la réalisation de 15 métamatériaux acoustiques mous en billes poreuses de polymères, présentant simultanément une masse volumique effective peff et une compressibilité effective xeff négatives dans une gamme de fréquences donnée. La vitesse de phase de phase cL (du son) d'un matériau étant reliée à ces deux paramètres mécaniques suivant l'expression : 20 CL = 1 ' (1) -NI Peff-NIXeff on peut montrer que la vitesse de phase est également négative lorsque ces deux paramètres sont simultanément négatifs. La fabrication de ces billes par des méthodes microfluidiques est aussi divulguée. 25 Brunet et aL (Brunet, T., Merlin, A., Mascaro, B., Zimny, K., Leng, J., Poncelet, O., Aristégui, C., Mondain-Monval, 0., 2015, Soft 3D acoustic metamaterial with negative index, Nature Materials 14, 384-388) divulguent la réalisation d'un métamatériau fluide possédant une vitesse de phase 30 effective cl_ négative dans une gamme de fréquence ultrasonore en tirant profit des résonances acoustiques de microbilles poreuses en élastomère siliconé. Ces résonateurs sont incorporés dans un fluide de Bingham (fluide rhéofluidifiant ayant le comportement d'un solide pour un taux de cisaillement nul et un comportement de fluide visqueux pour un cisaillement supérieur à 35 un cisaillement seuil). Elles sont fabriquées en goutte, à partir d'une émulsion 3035737 3 primaire dont le volume de la phase interne est compris entre typiquement 20 et 40% du volume total du résonateur. Afin d'obtenir les amplitudes de résonance des résonateurs les 5 plus fortes possibles, le contraste entre la vitesse de phase dans les résonateurs et la vitesse de phase dans la matrice par laquelle ils sont maintenus doit être le plus fort possible. La vitesse de phase dans les résonateurs considérés est d'autant plus faible qu'ils sont à la fois denses et compressibles. Le problème technique réside dans la fabrication d'un io matériau possédant à la fois une masse volumique et un module de compressibilité élevés, pour minimiser la vitesse du son dans les résonateurs, et pour réaliser des dispositifs isolants plus efficaces que ceux divulgués par l'art antérieur. 15 Les deux publications citées précédemment ne divulguent pas comment fabriquer des résonateurs dont la vitesse de phase est minimisée, c'est-à-dire présentant à la fois une compressibilité et une densité effective maximum. 20 L'invention vise à surmonter au moins l'un des inconvénients précités de l'art antérieur. Un objet de l'invention permettant d'atteindre ce but est un résonateur acoustique poreux en bille, caractérisé en ce que le module 25 d'Young du matériau dudit résonateur est inférieur à 1 GPa, en ce que la porosité dudit résonateur est comprise entre 20% et 50%, en ce que la majorité des pores dudit résonateur est remplie d'un gaz et en ce que la majorité des dits pores est interconnectée par l'intermédiaire d'au moins un pore avec l'extérieur dudit résonateur. 30 Avantageusement, le diamètre de chaque dit pore du résonateur, connecté avec l'extérieur dudit résonateur est inférieur ou égal à 200 pm, préférentiellement inférieur ou égal à 100 pm et préférentiellement inférieur ou égal à 20 pm. 35 3035737 4 Un autre objet de l'invention est un dispositif acoustique comportant une pluralité de résonateurs et une matrice entourant lesdits résonateurs en bille et dont la vitesse de propagation du son de ladite matrice est supérieure ou égale à 500 m.s-1. 5 Avantageusement, ladite matrice du dispositif empêche la sédimentation desdits résonateurs en bille. Avantageusement, le matériau de ladite matrice du dispositif est 10 un fluide de Bingham. Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un résonateur acoustique incluant au moins les étapes de préparation d'une émulsion primaire entre, d'une part, une première phase aqueuse et d'autre 15 part, une seconde phase comportant au moins un type de monomère et un agent de surface, préparation d'une émulsion secondaire entre, d'une part ladite émulsion primaire et d'autre part, une troisième phase aqueuse, réticulation desdits monomères et séchage. 20 Avantageusement, la réticulation de l'étape c) du procédé est faite par chauffage. Avantageusement, la réticulation de l'étape c) du procédé est faite par exposition à un rayonnement ultraviolet. 25 Avantageusement, on attend entre l'étape b) et l'étape c) du procédé le regroupement des gouttes de ladite première phase. Avantageusement, ladite émulsion primaire du procédé est 30 préparée au moins à l'aide d'une méthode choisie parmi le goutte à goutte, le cisaillement par instrument à pales, l'émission d'ultrasons, l'écoulement focalisé, l'écoulement parallèle, l'écoulement croisé et le franchissement de marche microfluidique. 3035737 5 Avantageusement, ladite émulsion secondaire du procédé est préparée au moins à l'aide d'une méthode choisie parmi le goutte à goutte, le cisaillement par instruments à pales, l'application d'ultrasons, l'écoulement focalisé, l'écoulement parallèle, l'écoulement croisé et le franchissement de 5 marche microfluidique. Avantageusement, la réticulation du monomère de ladite seconde phase est faite, dans le procédé, goutte par goutte de dite émulsion primaire dans un système fluidique.

La description suivante présente plusieurs exemples de réalisation du dispositif de l'invention : ces exemples sont non limitatifs de la portée de l'invention. Ces exemples de réalisation présentent à la fois les caractéristiques essentielles de l'invention ainsi que des caractéristiques additionnelles liées aux modes de réalisation considérés. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages, détails et 20 caractéristiques de celle-ci apparaîtront au cours de la description explicative qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une illustration d'un dispositif fluidique utilisé pour la 25 production de résonateurs 1 ; - la figure 2 présente des photographies au microscope électronique à balayage d'un résonateur différent de l'invention ; 30 - la figure 3 présente des photographies au microscope électronique à balayage d'un résonateur fabriqué selon le même procédé que le résonateur présenté dans la figure 2 ; - la figure 4 présente des photographies au microscope électronique à 35 balayage de résonateurs différents de l'invention ; 3035737 6 - la figure 5 est une photographie en microscopie optique d'une émulsion primaire 5 selon une réalisation de l'invention ; - la figure 6 présente des photographies en microscopie électronique à 5 balayage d'un résonateur selon une réalisation de l'invention ; - la figure 7 est une caractérisation mécanique d'une pluralité de résonateurs en bille différents de l'invention ; 10 - la figure 8 est une caractérisation mécanique d'une pluralité de résonateurs en bille différents de l'invention ; - la figure 9 est une caractérisation mécanique d'une pluralité de résonateurs en bille selon une réalisation de l'invention ; 15 - la figure 10 est un histogramme du nombre de résonateurs caractérisés en fonction d'un intervalle de module d'Young effectif donné ; - la figure 11 présente des photographies en microscopie électronique à balayage d'un dispositif acoustique selon une réalisation de l'invention ; - la figure 12 est une photographie d'une réalisation du dispositif acoustique 3 ; - la figure 13 illustre l'affaiblissement acoustique associé au dispositif acoustique et - la figure 14 illustre le coefficient d'atténuation lié au dispositif acoustique en fonction de la fréquence de l'onde incidente. La figure 1 est une illustration d'un dispositif fluidique utilisé pour la production de résonateurs 1. Dans un exemple de réalisation de l'invention, on prépare d'abord une émulsion primaire 9 entre, d'une part, une première phase aqueuse et d'autre part, une seconde phase comportant au moins un type de monomère et un agent de surface adapté. Cette première 3 0 3 5 7 3 7 7 émulsion peut être réalisée par des procédés connus d'émulsification qui peuvent être: - le cisaillement des deux phases fluides par des instruments à pales, 5 du type Rayneri (marque déposée), Ultraturrax (marque déposée), ou tout appareil mécanique permettant un cisaillement des deux phases fluides ; - l'application d'ultrasons aux deux phases liquides par une sonde 10 ultrasonore. Le choix de l'agent de surface dépend de la phase de monomères choisie pour réaliser l'émulsion. Avantageusement, l'agent de surface possède un faible numéro HLB (de l'acronyme anglais Hydrophilic-Lipophilic 15 Balance, ou équilibre hydrophile/lipophile). Ce type d'agent de surface permet une formation préférentielle d'émulsion dite inverse, c'est-à-dire de gouttes de phase aqueuse dans une phase continue lipidique. Le diamètre des gouttes de phase aqueuse ainsi formées dans la phase continue de monomère peut varier entre 0,2 et 100 pm et préférentiellement entre 0,2 et 20 10 pm. La suite de la description comporte des exemples de composition de l'émulsion primaire. La seconde étape consiste à préparer une émulsion secondaire 8 entre, d'une part l'émulsion primaire 9 et d'autre part, une troisième phase 25 aqueuse 5. Dans un exemple de réalisation de l'invention, on prépare cette émulsion secondaire à l'aide d'un dispositif fluidique, millifluidique ou microfluidique. Dans un exemple de réalisation de l'invention, on utilise un écoulement parallèle 12 (ou co-flow en anglais) pour former l'émulsion secondaire. L'émulsion primaire 9 et la troisième phase aqueuse 5 sont 30 placées au préalable dans des seringues. L'émulsion primaire est, dans l'exemple de la figure 1, injectée à débit contrôlé par un pousse-seringue (par exemple de type Harvard PHD 22/2000, marque déposée) dans un premier capillaire souple (éthylène propylène perfluoré, 500 pm de diamètre interne et de 800 pm de diamètre externe). La troisième phase aqueuse 5 est 35 injectée dans un second capillaire (éthylène propylène perfluoré, de 1 mm de 3 0 3 5 7 3 7 8 diamètre interne et de 1,6 mm de diamètre externe) par un contrôleur de pression (AF 1 1600, Elveflow, marque déposée). Le premier capillaire est imbriqué dans le second capillaire pour permettre un écoulement parallèle. L'encart de la figure 1 est une photographie d'un capillaire à l'endroit où se 5 forment les gouttes par écoulement parallèle 12. A gauche de la photographie, un jet cylindrique d'émulsion primaire 9 est entouré de troisième phase aqueuse 5. Des instabilités de Rayleigh-Plateau provoquent la formation de gouttes (exemple au centre de la photographie et à droite). io On peut aussi préparer l'émulsion secondaire en cisaillant l'émulsion inverse dans une troisième phase aqueuse 5, contenant un agent de surface dont la composition est adaptée à la formation de l'émulsion, par exemple de numéro HLB élevé.

15 Dans la réalisation de l'invention décrite dans la figure 1, les gouttes réalisées en sortie de l'écoulement parallèle peuvent être réticulées directement après leur formation. La réticulation peut être effectuée en ligne, c'est-à-dire à goutte par goutte, dans un endroit précis du capillaire en sortie de l'écoulement parallèle. Cette polymérisation peut être effectuée de 20 manière thermique ou par rayonnement ultraviolet, selon les composés utilisés dans la seconde phase organique. Dans un exemple de réalisation de l'invention, la seconde phase, organique, comporte de l'huile Silcolease UV 200 (marque déposée, Bluestar 25 Silicones), 4% massiques de catalyseur Silcolease UV cata 211 (marque déposée, Bluestar Silicones), 20% massiques de tensio-actif DC3225C (Dow Corning) et 200 ppm de Genocure ITX (Rahn). La première phase aqueuse saline est composée de 1,5% massiques de chlorure de sodium. La porosité du résonateur est dépendante de la quantité de première phase aqueuse 30 incorporée dans la seconde phase organique. La troisième phase aqueuse est dans cet exemple une solution de glycérol. En sortie de l'écoulement parallèle, on peut polymériser les gouttes formées avec un rayonnement ultraviolet 11 (lampe BlueWave 200, Dymax) localisé sur le capillaire en sortie de l'écoulement parallèle.

35 3 0 3 5 73 7 9 Dans un autre exemple de réalisation de l'invention, la seconde phase organique comporte 64% d'éthylhexyl acrylate, 5,5% de styrène, 10,5% de divinylbenzène et 20 % massiques d'agent de surface SPAN 80. La première phase aqueuse est composée de'un solution à 25 mM de 5 chlorure de sodium et à 5 mM de peroxodisulfate de potassium. De la même manière que dans l'exemple précédent, la porosité du résonateur est dépendante de la quantité de première phase aqueuse incorporée dans la phase organique. Lors de la préparation de la seconde émulsion par un procédé fluidique décrit dans la figure 1, la polymérisation des gouttes se fait io en chauffant localement le capillaire de sortie de l'écoulement parallèle autour d'un cylindre régulé à 60°C. Les billes fabriquées peuvent ensuite être lavées à l'acétone puis à l'éthanol. Dans une dernière étape de fabrication de l'invention, on collecte 15 puis on sèche les résonateurs sous forme de bille fabriqués. Pour sécher les résonateurs, on peut par exemple les laisser à l'air libre, ou bien les placer dans une étuve à 40°C. Cette étape sera détaillée par la suite dans la description des figures.

20 Dans d'autres réalisations de l'invention, on peut préparer l'émulsion primaire par goutte à goutte, cisaillement par instrument à pales, émission d'ultrasons, écoulement focalisé (ou en anglais «flow focusing»), écoulement croisé (ou en anglais « T-junction ») et franchissement de marche microfluidique (ou en anglais « step emulsification »).

25 Dans d'autres réalisations de l'invention, on peut préparer l'émulsion secondaire par goutte à goutte, cisaillement par instrument à pales, émission d'ultrasons, écoulement focalisé (ou en anglais «flow focusing»), écoulement croisé (ou en anglais « T-junction ») et 30 franchissement de marche microfluidique (ou en anglais « step emulsification »). La figure 2 présente des photographies au microscope électronique à balayage d'un résonateur différent de l'invention. Le panneau 35 A de la figure 2 présente une photographie de la coupe d'un résonateur 3035737 10 avant l'étape de séchage décrite précédemment. La barre d'échelle représente 100 ilm. Le panneau B de la figure 2 présente un détail de la photographie du panneau A, délimité par un cadre noir dans le panneau A. Les photographies de la figure 2 présentent un résonateur en bille, fabriqué 5 selon le procédé décrit par la figure 1 dont la porosité avant l'étape de séchage est de 30%. On observe dans le panneau B de la figure 2 que les pores d'un résonateur avant séchage ne sont pas connectés : il n'existe que rarement des connexions permettant le transport d'un gaz ou d'un liquide d'un pore à l'autre.

10 La figure 3 présente des photographies au microscope électronique à balayage d'un résonateur fabriqué selon le même procédé que le résonateur présenté dans la figure 2. Le panneau A de la figure 3 présente une photographie de la coupe du résonateur, après l'étape de 15 séchage décrite précédemment. La barre d'échelle représente 200 ilm. Le panneau B de la figure 3 présente un détail de la photographie du panneau A, délimité par un cadre noir dans le panneau A. La barre d'échelle représente 50 ilm. Le panneau C présente un détail de la photographie du panneau B, délimité par un cadre noir dans le panneau B. La barre d'échelle 20 représente 10 pm. La porosité du résonateur présenté, différent de l'invention, est sensiblement nulle après l'étape de séchage. La figure 4 présente des photographies au microscope 25 électronique à balayage de résonateurs différents de l'invention. Le panneau A de la figure 4 présente une photographie de six résonateurs après l'étape de séchage décrite précédemment. La barre d'échelle représente 200 ilm. Pour ces mêmes résonateurs, la porosité des résonateurs est de 70 % avant l'étape de séchage décrite dans le procédé de la figure 1. Cette porosité est 30 obtenue en ajustant la proportion de première phase aqueuse lors de la préparation de la première émulsion. Les résonateurs du panneau A ont une forme de bille avant l'étape de séchage, mais se déforment progressivement pendant l'étape de séchage, jusqu'à présenter les formes visibles dans le panneau A. Le panneau B de la figure 4 est une photographie d'une coupe 35 d'un résonateur fabriqué selon le même procédé que les résonateurs 3035737 11 présenté dans le panneau A de la figure 4. La barre d'échelle représente 50 ilm. Le panneau C de la figure 4 est une photographie d'une coupe d'un résonateur fabriqué selon le même procédé que les résonateurs présenté dans le panneau A de la figure 4, en détail. La barre d'échelle représente 10 s ilm. Le résonateur présenté dans le panneau C de la figure 4 comporte une proportion élevée de pores fermés. Sous l'effet des contractions subies par une bille lors du séchage, les pores fermés du résonateur se déforment et prennent des formes non sphériques. La porosité initialement importante devient ainsi très faible car la majorité des pores se referment sur euxio mêmes. La figure 5 est une photographie en microscopie optique d'une émulsion primaire 9 selon une réalisation de l'invention. L'émulsion primaire est préparée entre une première phase aqueuse saline 6 comportant 1,5% 15 massiques de chlorure de sodium et d'une seconde phase organique 7 comportant de l'huile Silcolease UV POLY200 (marque déposée, Bluestar Silicones), 4% massiques de catalyseur (borate de iodonium), 200 ppm de composé sensible aux ultraviolets (IsopropylThioXanthone, ITX) et 0,4% massiques de surfactant du PDMS (poly(ethylene oxide) (PEO)-block-PDMS, 20 Silube J208-812, Siltech, Marque déposée). La première phase aqueuse saline est introduite petit à petit dans la seconde phase organique sous cisaillement dans un mortier. La fraction volumique finale de phase aqueuse peut par exemple être choisie entre 5 et 80 % en utilisant cette méthode et préférentiellement entre 20% et 40%. Les gouttes de phase aqueuse dans la 25 seconde phase organique présentent un comportement adhésif entre elles. Elles tendent, après un temps caractéristique, à former des grappes, quelle que soit la fraction volumique de phase aqueuse en phase organique. Le diamètre moyen des gouttes de l'émulsion interne 9 est compris entre 0,2 et 100 pm suivant le mode d'émulsification utilisé (cisaillement des deux 30 phases fluides par des instruments à pales, du type Rayneri (marque déposée), Ultraturrax (marque déposée), ou tout appareil mécanique permettant un cisaillement des deux phases fluides, ou encore par application d'ultrasons aux deux phases liquides par une sonde ultrasonore).

3035737 12 Zimny et al. (Zimny, K., Merlin, A., Abdoulaye, B. S., Aristégui, C., Brunet, T., Mondain-Monval, 0., 2015, Soft porous silicon rubbers as key elements for the realization of acoustic metamaterials, Langmuir) divulguent une méthode de fabrication d'un matériau poreux en galettes, d'un diamètre 5 de l'ordre d'une dizaine de centimètres, à partir d'une émulsion décrite dans la figure 5. La figure 6 présente des photographies en microscopie électronique à balayage d'un résonateur selon une réalisation de l'invention. io Le panneau A est une photographie de la coupe d'un résonateur selon une réalisation de l'invention. Ce résonateur est préparé avec une émulsion décrite dans la figure 5 et selon un procédé décrit dans la figure 1. La barre d'échelle représente 100 ilm. Le panneau B présente un détail du panneau A, indiqué par un cadre noir dans le panneau A. La barre d'échelle 15 représente 50 ilm. Les inventeurs ont découverts qu'en utilisant ce procédé de préparation des résonateurs et l'émulsion décrite dans la figure 5, la plupart des pores 2 des résonateurs sont voisins et interconnectés. Avant réticulation, deux gouttes voisines sont séparées par une 20 phase liquide. Les inventeurs ont découvert que les étapes de réticulation et de séchage permettent une interconnexion entre les pores, observées a posteriori. La porosité après toutes les étapes de fabrication, dans cette réalisation de l'invention, reste égale à la fraction volumique de première phase aqueuse introduite, soit 30% (différemment des résonateurs présentés 25 dans la figure 2 et dans la figure 3). La relation entre la fraction volumique de la première phase aqueuse et entre porosité finale du résonateur résulte d'une combinaison entre deux phénomènes : 30 - une fraction volumique de première phase aqueuse suffisamment faible permet de fabriquer un résonateur dont la structure ne s'effondre pas sur elle-même lors de l'étape de séchage (comme lors du séchage des résonateurs de la figure 4) ; 35 3035737 13 - l'interconnexion des pores entre eux et avec l'extérieur du résonateur permet un mécanisme de séchage direct, c'est-à-dire entre l'extérieur du résonateur et la phase aqueuse, sans passage par une membrane de polymères. Ce mécanisme de séchage permet de remplacer la 5 première phase aqueuse par un gaz provenant de l'extérieur du résonateur, contrairement à la réalisation de la figure 3 ou de la figure 4. Plus généralement, les inventeurs ont découvert la relation entre io l'agent de surface utilisé dans la réalisation de la figure 5 et le séchage des résonateurs. L'agent de surface utilisé dans la figure 5 (Silube) permet aux gouttes d'avoir un comportement adhésif entre elles. Elles peuvent alors former des grappes de gouttes. De manière plus générale, on peut utiliser tout autre agent de surface permettant un comportement similaire des 15 gouttes dans l'émulsion primaire. L'agent de surface utilisé détermine la disposition des gouttes avant la réticulation de la seconde phase organique. Il permet au résonateur de comporter des réseaux de pores, interconnectés entre eux et avec l'extérieur du résonateur après cette réticulation. Cette méthode de fabrication permet d'éviter l'introduction d'une proportion élevée 20 de première phase aqueuse (typiquement supérieure ou égale à 70 %) dans la deuxième phase organique (dont le but est de comprimer les gouttes aqueuses les unes contre les autres afin de favoriser l'interconnexion des pores lors de la réticulation de la phase organique). On optimise dans cette réalisation à la fois la densité du résonateur et sa compressibilité.

25 Dans des réalisations différentes de l'invention, les polymères utilisés pour fabriquer un résonateur peuvent être choisis parmi le PDMS (polydiméthylsiloxane), un mélange de polyacrylate et de polystyrène, un gel d'agarose et un gel d'acrylamide. D'une manière plus générale, on peut 30 utiliser des polymères à faible module de cisaillement. La figure 7 est une caractérisation mécanique d'une pluralité de résonateurs en bille différents de l'invention. Un résonateur en bille est placé sur une plaque en acier. Le résonateur possède un diamètre D, un coefficient 35 de Poisson y et un module de cisaillement G. H est la distance qui sépare la 3035737 14 plaque d'acier à un poinçon, situé au dessus de la bille. Une force normale F est appliquée à la bille par le poinçon. On définit Ô par : ô =D -H (2) et le module d'Young E par : E = 2G(1 + v) (3) Dans le cadre du modèle de Hertz, la force F normale appliquée à la bille est reliée à Ô par : 3F G (D-11312 G ( e"2 = = 2D2 1-1 / D ) 1-v 1_)) où le cisaillement effectif G* et le module d'Young effectif E* sont reliés par : G E* (5) G* = = 1-v 2 Dans un régime de faibles déformations, F varie linéairement avec le rapport (8/D)3/2.

25 La figure 7 illustre la variation de la force normale appliquée, normalisée par (3/2).D2 en fonction du rapport de (8/D)3/2 pour différents résonateurs semblables aux résonateurs réalisés dans la figure 3 (dont la porosité est sensiblement nulle). Chaque courbe correspond à la 30 caractérisation d'un résonateur. Selon le modèle décrit précédemment, plus la pente d'une courbe est élevée, plus le résonateur est rigide. On peut déduire de la pente le module d'Young effectif E* dans le cadre d'une approximation de faibles déformations. 5 10 15 20 (4) 3035737 15 La droite (a) correspond à une simulation numérique d'un résonateur dont le module de cisaillement effectif est de 1,2 MPa. La droite (b) correspond à une simulation numérique d'un résonateur dont le module de cisaillement effectif est de 2,8 MPa. Ces deux droites peuvent servir de 5 point de comparaison entre les différentes figures. La figure 8 est une caractérisation mécanique d'une pluralité de résonateurs en bille différents de l'invention. Elle illustre la variation de la force normale appliquée normalisée par (3/2).D2 en fonction du rapport de 10 (â/D)3/2 pour différents résonateurs semblables aux résonateurs réalisés dans la figure 4 (dont la porosité est de 70 % avant séchage), différents de l'invention. Chaque courbe correspond à la caractérisation d'un résonateur. La droite (a) correspond à une simulation numérique d'un résonateur dont le module de cisaillement effectif est de 1,2 MPa. La droite (b) correspond à 15 une simulation numérique d'un résonateur dont le module de cisaillement effectif est de 2,8 MPa. La figure 9 est une caractérisation mécanique d'une pluralité de résonateurs en bille selon une réalisation de l'invention. Elle illustre la 20 variation de la force normale appliquée normalisée par (3/2).D2 en fonction du rapport de (8/D)3/2 pour différents résonateurs semblables aux résonateurs réalisés dans la figure 6 selon une réalisation de l'invention (dont la porosité est de 40 %). Chaque courbe correspond à la caractérisation d'un résonateur. La droite (a) correspond à une simulation numérique d'un 25 résonateur dont le module de cisaillement effectif est de 1,2 MPa. La droite (b) correspond à une simulation numérique d'un résonateur dont le module de cisaillement effectif est de 2,8 MPa. La figure 10 est un histogramme du nombre de résonateurs 30 caractérisés en fonction d'un intervalle de module d'Young effectif donné. Cet histogramme illustre la répartition du module d'Young des trois populations de billes décrites. La population (a) (barres hachurées bas gauche - haut droit) correspond aux résonateurs selon une réalisation de l'invention décrite en figure 6. La population (b) (barres grisées) correspond 35 aux résonateurs selon une réalisation différente de l'invention correspondant 3035737 16 à la figure 4. La population (c) (barres hachurées bas droit -haut gauche) correspond aux résonateurs selon une réalisation différente de l'invention correspondant à la figure 3.

5 Les résonateurs non poreux (c) ont un module d'Young effectif sensiblement égal à 6 MPa tandis que les résonateurs poreux selon une réalisation de l'invention (a) ont un module effectif sensiblement égal à 2 MPa. Ces derniers sont beaucoup plus mous. Les mesures effectuées sur les résonateurs (c) montrent l'importance de la structure poreuse initiale sur io le séchage et, en conséquence, la structure poreuse du matériau final : quand les résonateurs sont préparés selon la réalisation des billes (c), avec des gouttes d'émulsions non adhésives entre elles, les pores du matériau polymérisé sont non connectés. Lorsque l'eau s'échappe des pores, on constate que les pores se referment lors du séchage et que les billes, 15 initialement poreuses à 30%, sont, en fin de séchage, beaucoup plus denses et moins compressibles. Cet effet est illustré dans les figures 7 et 9 : la pente correspondant aux mesures effectuées pour les résonateurs (c) est plus élevée en moyenne que pour les mesures correspondant aux résonateurs (a).

20 La figure 11 présente des photographies en microscopie électronique à balayage d'un dispositif acoustique 3 selon une réalisation de l'invention.

25 Le panneau A de la figure 11 est une photographie d'une coupe d'un dispositif acoustique 3. Une pluralité de résonateurs 1, préparés selon une réalisation de l'invention dans la figure 6 est entourée par une matrice 4. Dans cette réalisation de l'invention, la vitesse de propagation du son dans la matrice 4 est élevée. Avantageusement, la vitesse de propagation du son 30 dans la matrice est supérieure à 500 m.s-1. Avantageusement, la vitesse de propagation du son dans la matrice est sensiblement égale à 1000 m.s-1. Dans cette réalisation particulière de l'invention, la matrice est réalisée en PDMS réticulé. La barre d'échelle correspond à 300 pm.

3035737 17 La vitesse de propagation du son dans le PDMS de la matrice est sensiblement égale à 1000 m.s-1. De plus, la vitesse de propagation du son dans le PDMS poreux utilisé pour la réalisation des résonateurs de la figure 6 est sensiblement égale à 80 m.s-1. Avantageusement, le rapport entre la 5 vitesse du son dans la matrice et la vitesse du son dans les résonateurs est supérieur à 5 et plus avantageusement à 10. Le panneau B de la figure 11 est une photographie d'un détail du panneau A de la figure 11, correspondant au cadre noir du panneau A. La io barre d'échelle correspond à 100 pm. Le panneau C de la figure 11 est une photographie d'un détail du panneau B de la figure 11, correspondant au cadre noir du panneau B. La barre d'échelle correspond à 20 pm.

15 La matrice 4 permet, entre autres, d'empêcher la sédimentation des résonateurs en billes. Après la préparation des résonateurs, on introduit les résonateurs dans la matrice 4 pour préparer une dispersion de résonateurs. Dans le cas d'une matrice en PDMS, on peut réticuler le PDMS 20 après l'incorporation des résonateurs pour arrêter la sédimentation. Dans une autre réalisation de l'invention, on peut utiliser un fluide dit de Bingham comme matrice. On peut utiliser, dans des réalisations différentes de l'invention, 25 une matrice comportant du carbopol (marque déposée), du latex (comme du polyisoprène d'origine naturelle ou synthétique), un gel de polyacrylamide, un gel d'agarose, un gel à base de guar (polysaccharide) ou des élastomères. De manière générale, le matériau de la matrice possède avantageusement un faible module de cisaillement compris entre 0,1 MPa et 1 GPa et 30 préférentiellement entre 0,1 MPa et 10 MPa. Pour incorporer les résonateurs, selon des réalisations de l'invention, dans la matrice, la matrice doit posséder des propriétés fluides. Or, ces propriétés peuvent être en contradiction avec la nécessité d'utiliser 35 un résonateur compressible : le fluide peut couler dans les pores reliés à 3035737 18 l'extérieur et ainsi réduire la compressibilité d'un résonateur. Les inventeurs ont découvert qu'en utilisant des pores d'un diamètre avantageusement inférieur à 100 pm et préférentiellement inférieur à 20 pm, la pression de Laplace est suffisamment grande pour ralentir la vitesse de pénétration du 5 fluide dans le résonateur ou l'arrêter. Ces conditions dépendent du fluide utilisé pour la réalisation de la matrice. Dans le cas de l'utilisation d'un polymère réticulable comme matrice, on peut ralentir suffisamment la pénétration du fluide seulement pendant le temps séparant la dispersion des résonateurs et la réticulation de la matrice.

10 La figure 12 est une photographie d'une réalisation du dispositif acoustique 3. La barre d'échelle représente 2 cm. Dans cette réalisation de l'invention, les points blancs correspondent aux différents résonateurs dispersés dans une matrice de PDMS.

15 La figure 13 illustre l'affaiblissement acoustique associé au dispositif acoustique. Cet affaiblissement acoustique est réalisé par les dispersions des résonateurs dans une matrice de type fluide à seuil (ici une phase aqueuse à base de carbopol). L'affaiblissement IL du dispositif 20 acoustique, en trait continu, est défini par : IL = -20 log 1 P7' (6) où Pt est l'amplitude de pression transmise et Po est l'amplitude de pression incidente. L'affaiblissement acoustique quantifie ce qui est absorbé, diffusé 25 et réfléchi par le matériau. L'affaiblissement acoustique prend en compte les variations d'impédance acoustique entre le milieu extérieur et le matériau. L'affaiblissement acoustique dépend du milieu extérieur. L'affaiblissement acoustique de différents dispositifs acoustiques commerciaux de l'état de l'art sont illustré en traits discontinus : (a) Alberich Tile (marque déposée), (b) 30 Alberich SF5048 (marque déposée), (c) Albercih F48 (marque déposée), (d) Alberich F28 (marque déposée). La figure 14 illustre le coefficient d'atténuation lié au dispositif acoustique. Dans cette réalisation de l'invention, le dispositif acoustique est 3035737 19 constitué de résonateurs dispersés dans un fluide à seuil (une phase aqueuse à base de carbopol). L'affaiblissement acoustique est illustré en fonction de la fréquence de l'onde incidente. Le coefficient d'atténuation a est définit par : 5 Pt = Po f (Z)e-ax (7) où x est l'épaisseur du dispositif acoustique traversé, f(Z) est une fonction des impédances acoustiques du matériau extérieur Zext et de l'impédance du io dispositif acoustique Zeff avec : J (Z) = 4ZextZeff (8) (Zext+Zef f)2 L'impédance acoustique d'un milieu s'écrit Z = p.cL où p est la 15 masse volumique du milieu considéré et ci_ la vitesse de phase longitudinale au sein du même matériau. . Le coefficient d'atténuation est mesuré sur la figure 14 et représenté en ligne foncée (a) pour une réalisation de l'invention 20 correspondant aux résonateurs décrits en figure 6, et représenté en ligne claire (b) pour une réalisation différente de l'invention correspondant à la figure 4. L'atténuation ne comptabilise que ce qui est absorbé au sein du 25 matériau et pas ce qui vient des variations d'impédance entre le milieu extérieur et le matériau effectif. Ainsi, cette quantité ne dépend pas de la quantité d'énergie dissipée par réflexion aux différentes interfaces entre le dispositif et le milieu extérieur. Il s'agit donc d'une propriété intrinsèque du matériau effectif. 30

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Résonateur (1) acoustique poreux en bille, caractérisé en ce que : - le module d'Young du matériau dudit résonateur (1) est tnférieur. à 1 GPa ; - la porosité dudit résonateur (1) est comprise entre 20% et 50% ; - là majorité des pores (2) dudit résonateur (1) est remplie d'un gaz et - la majorité des dits pores (2) est interconnectée par l'intermédiaire d'au moins un pore (2) avec l'extérieur dudit résonateur (1).
2. 2. Résonateur (1) selon la revendication précédente dans lequel le diamètre de chaque dit pore (2) connecté avec l'extérieur dudit résonateur (1) est inférieur ou égal à 200 pm, préférentiellement inférieur ou égal à 100 pm et préférentiellement inférieur ou égal à 20 pm.
3. 3. Dispositif acoustique (3) comportant une pluralité de résonateurs (1) selon les revendications précédentes et une matrice (4) entourant lesdits résonateurs (1) en bille et dont la vitesse de propagation du son de ladite matrice (4) est supérieure ou égale à 500 m.s-1.
4. 4. Dispositif (3) selon la revendication précédente dont ladite matrice (4) est adaptée à empêcher la sédimentation desdits résonateurs (1) en bille. 30
5. 5. Dispositif (3) selon la revendication précédente dont le matériau de ladite matrice (4) est un fluide de Bingham.
6. 6. Procédé de fabrication d'un résonateur (1) acoustique selon l'une des revendications 1 à 2 incluant au moins les étapes de : 20 25 35 3035737 a) préparer une émulsion primaire (5) entre, d'une part, une première phase aqueuse (6) et d'autre part, une seconde phase comportant au moins un type de monomère et un agent de surface ; b) préparer une émulsion secondaire (8) entre, d'une part ladite émulsion primaire (5) et d'autre part, une troisième phase aqueuse (9) ; c) réticuler desdits monomères ; d) sécher.
7. 7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel la réticulation de l'étape c) est faite par chauffage (10).
8. 8. Procédé selon la revendication 6 dans lequel la réticulation de l'étape c) est faite par exposition à un rayonnement ultraviolet (11).
9. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8 dans lequel on attend 20 entre l'étape b) et l'étape c) le regroupement des gouttes de ladite première phase (6).
10. 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9 dans laquelle ladite émulsion primaire (5) est préparée au moins à l'aide d'une méthode 25 choisie parmi le goutte à goutte, le cisaillement par instrument à pales, l'émission d'ultrasons, l'écoulement focalisé, l'écoulement parallèle (12), l'écoulement croisé et le franchissement de marche microfluidique. 30
11. 11. Procédé selon l'une des revendications 6 à 10 dans laquelle ladite émulsion secondaire (8) est préparée au moins à l'aide d'une méthode choisie parmi le goutte à goutte, le cisaillement par instruments à pales, l'application d'ulfrasons, l'écoufement focalisé, l'écoulement parallèle (12), l'écoulement croisé et le franchissement de marche 35 microfluidique. 10 3035737
12. 12.Procédé selon rune des revendications 7 à 11 dans lequel la réticulation du monomère de ladite seconde phase est faite goutte par goutte de dite émulsion primaire (5) dans un système fluidique.