MATERIAU ABSORBANT ACOUSTIQUE
L'invention concerne un matériau absorbant acoustique se présentant notamment sous forme de plaque ou dalle. Lorsqu'une onde sonore rencontre une paroi séparant deux locaux, une partie de cette onde est transmise dans le local contigu, une deuxième partie peut être absorbée par la paroi ou son revêtement, et enfin une troisième partie est réfléchie par la paroi dans le local d'émission.
On entend par "matériau absorbant acoustique", tout matériau permettant, notamment lorsqu'il est placé sur un mur, d'augmenter la partie de l'onde sonore qui est absorbée en réduisant la partie réfléchie.
Un tel matériau n'a pratiquement aucune influence sur la partie transmise.
Ainsi, la mise en place de matériaux absorbants permet de rendre plus "sourd" un local qui était "sonore" (trop réverbérant); on réduit la durée de réverbération du local; c'est faire de la correction acoustique.
L'absorption acoustique ne permet pas l'isolation acoustique, cette dernière notion correspondant à la réduction de niveau sonore, non pas dans le local où il est émis, mais dans le local contigu. On recherche dans ce dernier cas, à réduire la partie de l'onde sonore qui est transmise à travers les parois. Or on vient de voir qu'un matériau absorbant ne réduit pas cette transmission.
Dans le domaine de la correction acoustique murale intérieure ou extérieure (comme les revêtements ou les écrans absorbants acoustiques), les produits absorbants les ondes sonores (ou produits absorbants acoustiques), notamment sous forme de dalles, ou plaques de bardage, connus à ce jour sont constitués soit de granulats agglomérés, soit de copeaux de bois agglomérés, soit de fibres minérales ou synthétiques ou de mousses revêtues d'un tissu décoratif ou de peinture, soit de caissons métalliques perforés remplis de fibres minérales.
La technique bien connue de bardage consiste à venir fixer devant une paroi existante à traiter, des plaques de bardage sur une ossature (profilé métallique par exemple). Le plénum ainsi ménagé entre la paroi et la plaque de bardage est généralement rempli de laine minérale.
Ces matériaux absorbants susmentionnés réunissent toutefois rarement les qualités d'usage requises par les absorbants acoustiques muraux à savoir l'absorption acoustique, la transparence acoustique, la résistance mécanique et l'esthétique. Ils sont en effet soit peu performants en absorption ou transparence acoustique, soit fragiles et peu esthétiques.
Ainsi, le produit connu sous la dénomination "COUSTONE" constitué d'un mortier homogène est fragile et friable, ou encore le produit connu sous la
dénomination SOVETAC constitué de granulats agglomérés sur une plaque de fibres minérales densifiées est fragile et peu transparent acoustique.
Le but de la présente invention est précisément de fournir des matériaux absorbants acoustiques, permettant une absorption acoustique équivalente voire supérieure à celle des matériaux actuellement connus dans ce domaine, tout en conservant les propriétés d'être transparents acoustiques, mécaniquement résistants et esthétiques.
La présente invention a pour objet un matériau absorbant acoustique comportant des particules d'origine minérale reliées entre elles par un liant au niveau de leurs seuls points de contact entre elles, de sorte que les surfaces
(n'étant pas en contact entre elles) des particules délimitent des espaces permettant la circulation de l'air à travers le matériau (encore désignés par l'expression "vides d'air"), rendant le susdit matériau poreux, lesdites particules, liant et vides d'air étant répartis de façon homogène dans l'ensemble dudit matériau, c'est-à-dire que la répartition des particules des vides d'air et du liant, est sensiblement identique pour chaque volume d'un cm3 de matériau.
La description des matériaux selon l'invention est illustrée à l'aide des figures suivantes:
- la figure 1 représente une vue en élévation d'une dalle acoustique 1 réalisée à partir d'un matériau renforcé selon l'invention, et dont un coin est éclaté;
- la figure 2 représente une coupe par 11-11 de la figure 1 de la dalle 1 de l'invention; le mortier 2 absorbant entoure le renfort 3 formant armature du mortier 2; - la figure 3 représente une vue en élévation d'une dalle acoustique Ibis réalisée à partir d'un matériau composé selon l'invention comportant une âme absorbante 4;
- la figure 4 représente une coupe par II-II de la figure 3 de la dalle Ibis selon l'invention; le mortier 2 absorbant entoure l'âme absorbante 4 posée sur l'élément de renfort 3 formant armature stratifiée dans le mortier 2.
Les particules d'origine minérale contenues dans le matériau selon l'invention, sont avantageusement des graviers, notamment des graviers de quartz roulés ou concassés ou des granulats de silice, ou de calcaire (notamment de marbre), ou des billes ou éclats de verre, ou des billes d'argile broyées ou non, et dont la granulometrie est de préférence d'environ 0,1 mm à environ 10 mm, notamment d'environ 0,1 mm à environ 5 mm, ou encore d'environ 0,3 mm à environ 3 mm, notamment d'environ 0,5 mm à environ 2,5 mm,
avantageusement d'environ 0,5 mm à environ 1,25 mm, ou d'environ 0,5 mm à environ 1 mm, ou de préférence également d'environ 1 mm à environ 2 mm.
Avantageusement, les particules susmentionnées ont sensiblement la même granulometrie. Le liant est une résine naturelle ou synthétique, notamment choisie parmi les résines méthacrylates, époxy, acrylique, polyester ou polyuréthannes.
La répartition des particules, du liant et des vides d'air pour chaque volume d'un cm3 du matériau selon l'invention, est avantageusement la suivante: - particules (% en volume): environ 50% à environ 80%, de préférence environ 55% à environ 70% ,
- liant (% en poids par rapport au poids des particules): environ 1 % à environ 35%, notamment environ 2% à environ 10%, de préférence environ 4% à environ 8%, - vides d'air (% en volume): environ 20% à environ 50%, notamment
28% à 37%, de préférence environ 30% à environ 45%, notamment environ 40% à environ 45% .
Avantageusement, le matériau selon l'invention présente une masse volumique apparente d'environ 100 à environ 2000 kg/m3, ou encore d'environ 1000 à environ 1700 kg/m3, notamment d'environ 1400 kg/m3 à environ
1600 kg/m3.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le matériau susmentionné se présente sous forme de plaques ou dalles d'une épaisseur d'environ 8 mm à environ 50 mm, avantageusement d'environ 16 mm à environ 30 mm.
Les dalles selon l'invention peuvent se présenter sous forme plane et lisse, ou peuvent être planes et sculptées, notamment par des creux, nervures, bosses etc. La présence de sculptures sur les dalles de l'invention, est susceptible d'augmenter leur surface et donc leur capacité d'absorption acoustique. L'invention concerne plus particulièrement tout matériau tel que décrit ci- dessus, et présentant:
- une résistance à l'abrasion telle que l'on mesure une perte de volume d'environ 0,01 cm3 à environ 5 cm3, notamment d'environ 0,01 cm3 à environ 1 cm3, avantageusement d'environ 0,01 cm3 à environ 0,5 cm3, ou encore d'environ 0,01 cm3 à environ 0,1 cm3, notamment de 0,045 à 0,06 cm3, selon la méthode D-I-l décrite dans les "Directives d'Agrément UEAtc" (cahier n° 2182 du CSTB, septembre 1987),
- une résistance aux chocs telle:
. qu'il n'y a rien à signaler en tout point du matériau, pour des chocs dont l'énergie varie entre 0,5 joule à 2,5 joule, dans le cadre du test de la résistance aux chocs d'occupation usuels décrit dans "Directives d'Agrément UEAtc" susmentionnées,
. qu'il n'y a pas de perforation totale du matériau dans le cadre du test de résistance aux chocs perforants décrit dans "Directives d'Agrément UEAtc" susmentionnées, en utilisant des poinçons de 6, 8 et 10 mm,
- aucun arrachement de granulat ou d'éclat dans le cadre du test de déplacement simulé du pied de meuble réalisé selon la méthode F.l décrite dans les "Directives d'Agrément UEAtc" susmentionnées.
L'invention concerne également un matériau renforcé comportant un matériau tel que décrit ci-dessus, selon l'invention, et un ou plusieurs élément(s) de renfort, en matière tissée ou non tissée, noyé(s) dans le mortier du matériau formé par l'agglomération des particules avec le liant, cet élément de renfort étant notamment choisi parmi les fibres de verre, les fibres synthétiques, les toiles métalliques ou en acier inoxydable ou galvanisé, ledit élément de renfort étant avantageusement une grille de verre avec des mailles de l'ordre d'environ 4 à environ 10 mm. La présence de cette armature, qui avantageusement a la même surface que la dalle selon l'invention, et qui est liée par la résine d'enrobage des graviers avec laquelle ils forment un stratifié, contribue à assurer la résistance aux chocs et la résistance mécanique des matériaux absorbants selon l'invention. Afin d'être intimement lié par la résine d'enrobage, cet élément de renfort (notamment tissé ou grille) peut être prévu avec des mailles d'une taille compatible avec la granulometrie des graviers du mortier. Dans le cas des graviers décrits ci-dessus, on peut prévoir des mailles de l'ordre de 4 à 10 mm.
Pour un tissé de fibres de verre avec des mailles de cette taille, le poids est de l'ordre de 160 à 250 g au m2. L'adéquation de la granulometrie des graviers du mortier avec la maille de renfort confère à la plaque de bardage selon l'invention, la propriété de pouvoir être coulée ou vissée sur l'ossature du bardage sans avant-trou.
L'invention a également pour objet tout matériau composé comprenant une ou plusieurs âme(s) absorbante(s) acoustique(s) dans des cavités aménagées à cet effet à l'intérieur d'un matériau, notamment renforcé, tel que décrit ci-dessus selon l'invention, cette âme absorbante étant notamment choisie parmi les matières fibreuses telles que les fibres de verre ou de roche, la laine de verre ou de roche, ou les fibres de cellulose, ou les fibres d'origine animale, ou les
mousses absorbantes acoustiques telles que les polyuréthannes de mélamine ou de polyéthylène à cellules ouvertes etc., de façon générale, toute matière absorbante acoustique.
Avantageusement, le matériau composé selon l'invention (ou encore dalle acoustique composite) comprend:
1°) une âme absorbante acoustique;
2°) du mortier absorbant acoustique, tel que décrit ci-dessus, formant enveloppe au tour de l'âme;
3°) une armature de renfort noyée dans le mortier. De préférence, l'âme est constituée en fibres ou laine de verre ou de roche. Par exemple elle peut être sous forme d'une plaque de 5 à 20 mm d'épaisseur. Il peut s'agir en particulier du produit connu sous la dénomination "Stratiglass" commercialisé par la société ISOVER SAINT GOBAIN. Par exemple, la densité de cette âme isolante peut être de 150 kg au m3. Il peut s'agir de laine de verre ou de laine de roche. L'âme absorbante acoustique, en raison de sa composition en fibres ou en mousse, confère à la dalle acoustique un pouvoir complémentaire d'isolation thermique non négligeable.
Avantageusement, le matériau composé selon l'invention se présente sous forme de plaques ou dalles d'une épaisseur d'environ 4 mm à environ 40 mm, avantageusement d'environ 10 mm à environ 30 mm, notamment 13 mm à 28 mm, et une masse volumique apparente avantageusement comprise entre 800 kg/m3 et 1500 kg/m3, notamment de 1100 kg/m3 à 1 200 kg/m3.
De préférence, l'épaisseur de l'âme absorbante au sein du matériau est d'environ 5 à environ 16 mm. Avantageusement, le volume de l'âme absorbante représente environ 20 à environ 30% du volume du matériau, notamment lorsque ce dernier se présente sous forme de dalle.
Les matériaux composés selon l'invention présentent avantageusement une résistance à l'abrasion et aux chocs telle que décrite ci-dessus dans le cas des matériaux absorbants acoustiques susmentionnés. L'invention a également pour objet l'utilisation de tous matériaux tels que décrits ci-dessus, en tant qu'absorbants acoustiques, notamment lorsqu'ils sont placés sur des murs, plafonds ou sols de tout locaux, ou encore sur les murs extérieurs de bâtiments ou autres constructions.
La préparation d'un matériau absorbant acoustique selon l'invention est réalisée en introduisant dans un moule de même taille que celle de la dalle ou plaque que l'on cherche à obtenir, une couche de mortier constituée de gravier, pigmenté ou non, additionné de résine. On laisse alors reticuler. Le temps de
réticulation dépend, notamment de la température de réticulation pour la résine employée.
Pour préparer un matériau renforcé, et le cas échéant composé selon l'invention, une première couche de mortier constituée de gravier, pigmenté ou non, additionné de résine est introduite dans le moule de même taille que la dalle prévue, on pose alors la grille 3 sur une première couche et, le cas échéant, au milieu de cette grille 3, on pose l'âme absorbante 4, de dimensions légèrement inférieures aux dimensions totales de la dalle, et on recouvre le tout d'une seconde couche du même mortier 2 ou d'un mortier de composition différente en remplissant également les interstices laissés libres tout autour de l'âme absorbante 4.
Avantageusement, dans le cas de la préparation d'un matériau composé selon l'invention, des trous d'un diamètre d'environ 2,5 cm à environ 5 cm sont aménagés dans Tâme absorbante de manière à ce que les deux parois de mortier entourant Tâme absorbante soient reliées par des "ponts" de mortier lors de l'étape susmentionnée de recouvrement par la seconde couche de mortier.
Les graviers sont, selon l'invention, enveloppés de résine, incolore ou colorée, afin d'être agglomérés et de former un mortier.
De tels mortiers sont décrits au brevet FR 2 622 223 et connus sous la dénomination "CHROMOROC" . Les graviers utilisés peuvent être de plus calcinés ce qui leur permet d'être d'une blancheur excellente. Par ailleurs, le mortier peut être préparé à partir de graviers provenant d'un mélange de graviers, naturels ou pigmentés par enrobage de résine colorée.
Comme résine ou liant, on peut utiliser toute résine capable d'agglomérer et durcir le mortier, par exemple des résines méthacrylates, époxy, acrylique, polyester ou polyuréthannes susmentionnées. De préférence, on utilise des résines polyuréthannes.
Le liant et notamment lorsqu'il s'agit de polyuréthanne est présent dans le mortier à des concentrations de Tordre de 3 à 15% en poids, et de préférence de 5,5 à 8,5%, notamment de 7,5 à 8,5% en poids par rapport au poids total du mortier.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux du procédé de préparation des matériaux de l'invention, une première couche de mortier tel que décrit ci-dessus, est additionné d'une résine, notamment une résine polyuréthanne, susceptible de durcir faiblement lors de l'étape de réticulation, puis on pose le cas échéant la grille 3 et/ou Tâme absorbante sur cette première couche, et on recouvre le tout d'une seconde couche de mortier additionné d'une
résine, notamment une résine époxy, susceptible de durcir fortement lors de l'étape de réticulation.
Les matériaux absorbants ainsi obtenus présentent donc, sur Tune de leurs faces, une couche dure de mortier particulièrement résistante aux chocs, tandis que la face opposée est constituée d'une couche de mortier plus souple que la couche précédente, cette dernière couche étant susceptible d'améliorer encore le pouvoir absorbant du matériau, ainsi que sa résistance aux intempéries dans le temps, et aux rayons ultraviolets (et donc son esthétique).
Avantageusement, les matériaux susmentionnés sont tels que la couche "dure" représente environ les deux tiers de l'épaisseur des matériaux, tandis que la couche "souple" représente environ un tiers de cette épaisseur.
Il est bien entendu que la surface du matériau selon l'invention qui se trouve être constituée d'une couche souple de mortier telle que décrite ci-dessus, sera celle tournée vers le milieu ambiant, tandis que la face opposée constituée d'une couche de mortier dure telle que décrite ci-dessus, sera celle tournée vers le mur sur lequel ledit matériau est destiné à être fixé.
On peut utiliser, selon la nature de la résine, un catalyseur de réticulation, tel que des dérivés organométalliques dans le cas de résine polyuréthanne. Par ailleurs, on peut incorporer divers additifs pouvant conférer au mortier des propriétés liées à l'esthétique, à la couleur finale aux propriétés de résistance à la chaleur ou au feu.
Les dalles en matériau composite selon l'invention se présentent sous des dimensions adaptées à leur utilisation et, à simple titre d'exemple, des dalles de
Tordre de 60 cm de côté, de Tordre de 5 cm d'épaisseur, chacune des couches du stratifié différent du "Stratiglass" ayant une épaisseur de Tordre de 0,5 à
3 cm.
La mise en oeuvre des dalles de l'invention est d'une extrême facilité, dans la mesure où leur résistance mécanique est grande et leur poids léger, notamment pour des dalles réalisées à partir de matériaux composés selon l'invention. Elles peuvent être posées de façon classique et notamment par collage direct et par fixation mécanique et en particulier par pose sur ossature en bois ou en métal, soit par clouage ou vissage avec ou sans avant-trou, soit par insertion dans un réseau de profilés.
Les dalles selon l'invention présentent l'avantage d'être d'une grande résistance mécanique, cette dernière étant conférée notamment par la présence d'une armature et par la structure stratifiée tricouche symétrique, pour celles en matériau composé selon l'invention.
L' aspect est modulable, en couleur et en granulometrie, par le choix du matériau, coloré, neutre, en mélange.
L'invention vise également les matériaux absorbants acoustiques susmentionnés, le cas échéant renforcés et/ou composés, présentant la propriété d'être ininflammables (matériaux classés Ml)
Les matériaux ininflammables susmentionnés sont plus particulièrement caractérisés en ce qu'ils sont obtenus à partir de liants, notamment des résines susmentionnées, comportant de l'alumine AI2O3, 3H2O.
Le mélange résine-alumine utilisé pour obtenir des matériaux Ml selon l'invention, est avantageusement tel que la quantité d'alumine présente dans ledit mélange, représente environ une à environ deux fois le poids de la résine dans ledit mélange.
L'invention concerne également les matériaux absorbants acoustiques tels que décrits ci-dessus, présentant la propriété d'être incombustibles (matériaux classés MO).
Le mélange résine-alumine utilisé pour obtenir des matériaux MO selon l'invention, est avantageusement tel que la quantité d'alumine présente dans ledit mélange, représente environ deux à environ trois fois le poids de la résine dans ledit mélange. Ainsi, la présente invention concerne également les compositions comprenant de l'alumine en mélange avec une ou plusieurs résine(s) dans les proportions susmentionnées.
Avantageusement, l'alumine comprise dans les compositions susmentionnées, comporte un mélange des particules de taille différente, allant d'environ 500μ pour les plus grandes, jusqu'à environ lμ pour les plus petites.
De préférence, le mélange susmentionné des particules d'alumine est tel qu'il comprend environ deux parties de particules de grande taille (environ 500μ), pour une partie de particules de taille moyenne (environ 80μ à environ lOOμ), et pour une partie de particules de petite taille (environ lμ à environ 5μ). S'agissant des classements de réaction au feu d'un matériau (tels que les classements Ml et MO susmentionnés), ces derniers sont définis dans l'article 88 de l'Arrêté du Ministère de l'Intérieur du 30 juin 1983, modifié par l'Arrêté du 28 Août 1991.
A titre d'illustration, les matériaux subissent des essais par rayonnement consistant à soumettre dans des conditions définies, des éprouvettes (contenant une fraction des matériaux) à l'action d'une source de chaleur rayonnante et à provoquer éventuellement une inflammation des gaz dégagés, et une propagation de la combustion.
L'éprouvette (30 x40 cm) disposée à 45°, est soumise à un rayonnement défini, émis par un radiateur électrique dont la surface est à 3,0 cm au-dessous du plan de Téprouvette. Les gaz dégagés passent au contact d'inflammateurs disposés de part et d'autre de Téprouvette. Chaque épreuve dure 20 minutes. Les matériaux combustibles sont classés Ml, M2, M2 et M4. Seuls les matériaux classés Ml peuvent prétendre au classement MO (Pouvoir Calorifique Supérieur < 2500 kJ/kg, soit 600 kcal/kg).
Les propriétés d'absorption acoustique des matériaux selon l'invention, sont excellentes par rapport à celles des dalles usuelles connues tant pour les sons aigus que pour les médiums et les graves.
Ainsi, pour une dalle en matériau composé selon l'invention (encore désignée CHROMOROC ALPHA; produit classé Ml, d'une épaisseur totale de 24 mm, comportant une âme acoustique "Stratiglass" d'une épaisseur de 10 mm comprise entre deux couches de mortier de 6 mm et 8 mm respectivement) posée sur ossature avec un plénum rempli de laine de verre, on obtient un coefficient Alpha-S (as) supérieur à 0,75 de 125 à 5000 Hz. En pose collée, le coefficient Alpha-S est supérieur à 0,75 de 1000 à 5000 Hz.
Pour une plaque de bardage en simple matériau absorbant selon l'invention (encore désignée CHROMOROC ALPHA ROUTE; produit classé MO) de 16 mm d'épaisseur fixée sur ossature devant un plénum de 120 mm rempli de 100 mm de laine minérale, on obtient un coefficient as de: 0,80 à 125 Hz 1,00 à 250 Hz 0,95 à 500 Hz 0,75 à 1000 Hz
0,70 à 2000 Hz 0,65 à 4000 Hz.
Si Ton compare les coefficients d'absorption en as des produits CHROMOROC ALPHA, CHROMOROC ALPHA ROUTE et COUSTONE susmentionnés, on obtient les résultats suivants:
CHROMOROC ALPHA HROMOROC ALPHA ROUTE COUSTONE
100 Hz 0,7 0,5 inconnu
125 Hz 0,9 0,8 0,35
150 Hz 1,0 1,0 0,51
200 Hz 0,9 1,0 0,65
250 Hz 0,9 1,0 0,80
On note ainsi que les produits CHROMOROC ALPHA et CHROMOROC ALPHA ROUTE ont un coefficient d'absorption acoustique as nettement supérieur à celui du produit COUSTONE dans les basses fréquences.
Si Ton compare les coefficients d'absorption en as des produits CHROMOROC ALPHA, et SOVETAC susmentionnés, on obtient les résultats suivants:
CHROMOROC ALPHA SOVETAC
BASSES FREOUENCES
100 Hz 0,7 0,5
125 Hz 0,9 0,7
150 Hz 1,0 0,65
200 Hz 0,9 0,70
250 Hz 0,9 0,70
H HAAUUTTEESS FFRREEOOUUEENNCCEESS
3000 Hz 0,9 0,75
4000 Hz 0,95 0,7
5000 Hz 1,0 0,5
On note ainsi que le produit CHROMOROC ALPHA a un coefficient d'absorption acoustique as nettement supérieur à celui du produit SOVETAC dans les basses fréquences et les hautes fréquences.
Le coefficient d'absorption as exprime le rapport entre l'énergie sonore qui vient frapper la surface d'un produit et celle qu'il réfléchit. Ce coefficient
est mesuré en laboratoire par fréquence, et caractérise l'absorption acoustique d'un riβ de produit considéré.
as = énergie perdue / énergie émise