Matériaux Acoustiques Innovants pour l'Aéronautique – MACIA

Les nouveaux concepts de moteurs d'avion, développés pour réduire la consommation de carburant, conduisent à une croissance du diamètre de la soufflante et à une diminution de la vitesse de rotation et du nombre de pales. Les nacelles de ces nouveaux systèmes propulsifs sont plus courtes et plus minces. Le bruit de soufflante devient la source acoustique dominante du moteur et les fréquences à atténuer descendent à des valeurs de l'ordre de 500 Hz. Dans ce cas, les traitements acoustiques habituels ne peuvent plus être utilisés, car ils sont inefficaces pour de telles fréquences et ne peuvent pas être adaptés à l'épaisseur réduite de la nacelle.
Des ruptures conceptuelles doivent donc avoir lieu dans le domaine des traitements acoustiques pour l’aéronautique. Ces nouveaux concepts de traitements acoustiques doivent être adaptés aux contraintes spécifiques de l'aviation et être efficaces pour des fréquences jusqu'à 500 Hz, pour de faibles épaisseurs, tout en gardant leurs propriétés d'absorption inchangées pour les fréquences plus élevées.
Pour répondre à ces nouvelles exigences, les sociétés du groupe SAFRAN (Aircelle, Snecma et Turbomeca) ont décidé de financer une chaire de recherche industrielle sur de nouveaux concepts d'absorbeurs acoustiques. Cette chaise sera implantée au LAUM (Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine), où toutes les compétences sont réunies pour réaliser les percées conceptuelles et technologiques nécessaires.
Les matériaux poreux sont particulièrement efficaces à des fréquences élevées, car ils y dissipent l'énergie acoustique par des effets thermiques et visqueux. Une façon d’améliorer leur efficacité à basses fréquences est de les fabriquer avec un ensemble de résonateurs ayant une taille très petite devant la longueur d’onde (de l’ordre de la taille des pores). Pour augmenter l’absorption des matériaux poreux à basse fréquence, l’ajout d’hétérogénéités macroscopiques dans la matrice poreuse a été récemment étudié au LAUM. Ces inclusions permettent de piéger l'énergie à l'intérieur de la structure et d’accroitre l’absorption, en particulier dans les basses fréquences. Pour augmenter l'absorption à des fréquences encore plus basses, ces hétérogénéités doivent résonner pour une longueur d'onde plus grande que leurs dimensions caractéristiques. Un métamatériau est alors obtenu.
Ces deux types de matériaux poreux seront étudiés dans le cadre de cette chaire de recherche industrielle MACIA. La notion d’impédance habituellement utilisée pour caractériser les traitements aéronautiques n’est plus valide lorsque les matériaux poreux ou des métamatériaux sont utilisés. C'est pourquoi un nouveau code de calcul sera développé pour optimiser les caractéristiques des matériaux situés dans des guides contenant un grand nombre de modes propagatifs. Ce code tiendra compte de l’important effet de l’écoulement notamment dans la couche limite juste au-dessus du matériau poreux.
Le dernier concept étudié dans cette chaire sera le concept d'absorbeur constitué de structures avec une membrane (breveté par SNECMA). L'énergie de l'onde acoustique est dissipée soit par des moyens mécaniques et/ou par des systèmes électriques. Deux réalisations seront étudiées : un absorbeur qui utilise les dissipations visqueuse et thermique qui se produisent dans une cavité sous la membrane, un dispositif électrostatique avec une impédance de shunt adaptée avec une dissipation de l'énergie électrique.
Pour tous les concepts ci-dessus, des démonstrateurs sous la forme de grands panneaux plats seront réalisés et testés dans un banc de mesure avec écoulement pour matériaux acoustiques absorbants développés en parallèle à cette chaire.