L'Empa développe et teste de nouveaux absorbeurs de bruit minéraux

Des chercheurs de l’Empa ont mis au point des mousses minérales ultraminces capables d’absorber efficacement le bruit urbain, tout en étant modulables selon les fréquences ciblées. Les matériaux ont été testés pour la première fois à l'entrée d'une cour de la ville de Zurich afin d'atténuer le bruit de la rue dans la cour intérieure.

Crédit image: Empa

La structure variable des pores des mousses minérales oblige les particules de l’air à suivre un chemin plus long pour entrer et sortir du matériau. Malgré une faible épaisseur, les ondes sonores ont ainsi l'impression d'un absorbeur beaucoup plus épais.

Dans la lutte contre le bruit, chaque centimètre compte dans la construction. Or, les absorbeurs acoustiques classiques sont généralement composés de matériaux volumineux comme la laine de roche ou la mousse de mélamine. Pour atténuer efficacement les basses fréquences sonores, il faut des couches d'isolation épaisses – ce qui prend de la place, limite la conception et n'est souvent pas réalisable à l'extérieur. En collaboration avec l'entreprise de Cavis, les chercheurs de l'Empa ont donc développé des absorbeurs acoustiques ultraminces en mousse minérale de plâtre ou de ciment. Ceux-ci sont aussi efficaces que les absorbeurs traditionnels, mais environ quatre fois plus minces. Elles présentent d'autres avantages: les mousses peuvent être adaptées de manière ciblée à certaines plages de fréquences et sont faciles à découper et à monter. Fabriquées en plâtre ou en ciment, elles peuvent être ignifuges et recyclables, et ne libèrent pas de particules nocives. Les mousses de ciment sont en outre résistantes aux intempéries et conviennent donc également pour l'extérieur.

Labyrinthe pour les ondes sonores
Selon Bart Van Damme, chercheur à l'Empa, l'absorption acoustique élevée malgré la faible épaisseur du matériau repose sur une construction brevetée: «La structure variable des pores des mousses minérales oblige les particules de l’air à suivre un chemin plus long pour entrer et sortir du matériau. Malgré une faible épaisseur, les ondes sonores ont ainsi l'impression d'un absorbeur beaucoup plus épais». Les pores les plus grands possibles avec des parois de pores les plus minces possibles sont décisifs pour cela. Pour ces nouveaux absorbeurs de son, les chercheurs du département Acoustique/réduction du bruit de l'Empa utilisent plusieurs couches poreuses. Ils ne se contentent pas de varier l'épaisseur des différentes couches et la taille des pores, mais les dotent en outre de trous minuscules. Alors que les mousses de plâtre ou de ciment peuvent être fabriquées avec des procédés établis et une proportion de pores de plus de 90 %, la perforation se fait actuellement encore à la main.

Les chercheurs de l'Empa ont mis au point des absorbeurs acoustiques innovants à base de mousses minérales. Non seulement ils sont nettement plus fins que les matériaux conventionnels, mais ils peuvent également être conçus spécifiquement pour différentes fréquences. Source: Youtube.

A l'aide d'un modèle numérique, les chercheurs ont en outre reproduit la manière dont l'air s'écoule à travers les pores des mousses minérales à l'échelle la plus petite. «Il est ainsi possible de simuler le comportement acoustique de l'ensemble du matériau – et de l'influencer de manière ciblée en faisant varier la taille des pores, les perforations et la structure des couches», explique Bart Van Damme.

Essais convaincants
Le bruit de la circulation se situe généralement entre 500 et 1000 hertz. Les calculs de modélisation montrent que pour cette plage de fréquences, quatre couches de mousse minérale à pores fins d'une épaisseur totale d'environ 5,5 cm suffisent comme matériau d'isolation. Un premier prototype d'une surface totale de 12 m² a déjà été testé dans une entrée de cour en collaboration avec la ville de Zurich. Lors de la simulation préalable de l'entrée, les chercheurs ont optimisé la disposition des différents panneaux sur les murs. Des mesures contrôlées sur place ont confirmé les prévisions: le niveau sonore a baissé jusqu'à 4 décibels grâce aux 72 panneaux. L'effet était particulièrement net pour les voitures qui passaient à proximité de l'entrée ou qui s'en éloignaient, car le son est réfléchi plusieurs fois sur les panneaux pendant son trajet vers la cour intérieure.

La comparaison avec la laine de roche traditionnelle a montré que les nouveaux absorbeurs sont plus fiables aux basses fréquences, mais un peu moins efficaces aux fréquences plus élevées – tout en réduisant la transmission du son dans la zone d'absorption de pointe. «Une installation aussi compacte que celle de l'entrée réduit donc déjà considérablement le bruit», conclut Bart Van Damme. 

Endroits stratégiques
Les absorbeurs de bruit minéraux pourraient donc à l'avenir être installés ultérieurement dans les rues bruyantes, dans les entrées, sous les balcons ou sur les façades. Comme pour tous les absorbeurs à pores ouverts, la condition préalable est une protection contre les intempéries et les salissures, par exemple par une couche de finition perforée. «Dans l'idéal, les absorbeurs sont déjà pris en compte dans le projet architectural des nouvelles constructions», explique Bart Van Damme. En outre, les éléments s'intègrent bien dans les cages d'escalier ou les grands espaces intérieurs comme les bureaux, les cantines ou les salles de sport – également du point de vue de la conception, car la mousse minérale poreuse est constituée du même matériau que les surfaces murales.

Crédit image: Empa

Les nouveaux absorbeurs de bruit sont testés dans une entrée du centre-ville de Zurich.

Actuellement, la fabrication est encore coûteuse et se fait en partie à la main. En collaboration avec un partenaire industriel approprié, le matériau doit maintenant être développé et produit à plus grande échelle. Car le potentiel est là – surtout pour les applications spéciales où l'espace limité, la protection contre l'incendie et les exigences en matière de design doivent être pris en compte simultanément.