Développement, optimisation et fabrication par dépôt de matière fondue de structures absorbantes de bruit

Les motoristes d’avions construisent des turboréacteurs de plus en plus efficaces, légers et moins polluants. Cependant, les nouveaux réacteurs produisent des émissions sonores large bande aux basses et moyennes fréquences. Ce type de bruit étant plus difficile à atténuer, des nouveaux traitements acoustiques sont nécessaires. De plus, comme ces nouvelles configurations de moteurs sont de plus en plus optimisées, les traitements doivent être performants malgré l’espace disponible limité. L’objectif général de cette thèse est le développement de matériaux légers, à réaction localisée, présentant une absorption acoustique large bande et sous-longueur d’onde ainsi que des propriétés structurales intéressantes. Les micro-canaux font partie d’une classe de matériaux poreux à microstructure ordonnée et répondant à ces critères. La méthodologie de développement des matériaux est basée sur 3 piliers : 1) modélisation, simulation et optimisation des propriétés acoustiques, 2) fabrication et validation expérimentale et 3) caractérisation des propriétés mécaniques. Dans cette thèse, la corrélation explicite entre la microstructure des matériaux et leur absorption est faite grâce au développement de modèles paramétriques. Une procédure d’optimisation permet de retrouver des géométries favorisant une absorption élevée pour différentes gammes de fréquences. En particulier, les modèles analytiques de Stinson et semi-analytique de Johnson–Champoux–Allard–Lafarge (JCAL) sont utilisés pour prédire les propriétés acoustiques des matériaux. Le coefficient d’absorption acoustique de configurations multicouches est simulé avec la méthode de la matrice de transfert (TMM). La routine d’optimisation de Nelder-Mead est utilisée pour chercher les paramètres géométriques ainsi que le nombre et l’épaisseur des couches capables de maximiser l’absorption des matériaux sur des gammes de fréquences d’intérêt. Nous investiguons l’impact de la taille des canaux et de la largeur des parois sur les propriétés acoustiques de micro-canaux de section circulaire, carré, hexagonale et triangulaire. Nous étudions également l’influence de l’ondulation des parois, typiquement présente dans les pièces obtenues par dépôt de matière fondue. Le développement de nouvelles procédures de fabrication basées sur la fabrication additive rend possible la validation expérimentale. Ces techniques permettent de produire des échantillons de micro-canaux uniformes et multicouches en matière polymère homogène (PLA) ou renforcée de fibres de carbone (PEEK renforcé avec 30 % de fibres de carbone). Des échantillons cylindriques de 30 mm de diamètre et de 30 mm d’épaisseur sont produits. Le coefficient d’absorption acoustique est mesuré en incidence normale dans un tube d’impédance de 30 mm de diamètre selon les normes ASTM E1050 et ISO 10534-2. La caractérisation acoustique est complétée par des essais mécaniques en compression. Les propriétés mécaniques (module de compression E_c et limite d’élasticité σ_y) sont calculées selon la norme ASTM D695.