L’objectif de ce projet est de proposer un ensemble d’outils d’aide à la conception et à la réalisation de composites à inclusions périodiques pour l’absorption des ondes vibratoires et acoustiques. L’originalité du projet réside dans la démarche intégrée qui sera mise en place afin de garantir une applicabilité technique et une fiabilité assurée des dispositifs conçus. Les applications visées sont essentiellement les parois absorbantes, avec un objectif d’atténuation largement supérieur aux dispositifs classiques grâce aux inclusions mises en jeu.
Les structures développées seront basées sur des polymères (PU ou silicone) qui seront utilisés en matrices dans lesquelles des inclusions, potentiellement résonantes, permettront de créer des bandes de fréquences interdites par des effets d’interférences ondulatoires. Les dispositifs vont donc coupler l’effet de bandes interdites aux effets de dissipation intrinsèques aux matériaux utilisés. Les matériaux seront utilisés soit sous forme massive, soit sous forme de matériaux rendus poreux pour les applications où les phénomènes acoustiques sont prépondérants. Pour cette dernière catégorie, on procèdera à un dégazage partiel contrôlé, permettant de conserver des bulles d’air dans le matériau et de générer ainsi des pores ouverts.
Une partie du projet sera consacrée à la maîtrise des procédés d’élaboration et de mise en forme des structures à base polymère, ainsi qu’à la détermination des relations entre les paramètres de fabrication et les caractéristiques mécaniques (notamment en terme de dissipation) du matériau. La conception de ces structures fait appel à des techniques avancées de modélisation par éléments finis, incluant des phénomènes multiphysiques, des effets dissipatifs et la prise en compte de relations de périodicités en espace multidimensionnel. Une partie importante des travaux sera donc dédiée à la maîtrise de ces modèles et à leur optimisation en vue de disposer d’outils de calculs efficaces pour le dimensionnement et l’analyse de fiabilité.
L’optimisation des structures sera réalisée en prenant en compte les contraintes liée à la fabrication et aux performances attendues du système. En particulier, les inclusions pourront être rigides (éléments structuraux métalliques tels que billes ou cylindres), ou résonantes, afin de conférer au système des propriétés classiquement observées dans les métamatériaux. La différence concerne ici le fait que nous travaillons avec des structures macroscopiques, incluant des couplages mécaniques entre matériaux, parfois très amortis, ainsi que des couplages multiphysiques. On parlera à ce titre de métacomposites dans le cadre de ce projet. Afin de conférer une grande généralité aux dispositifs conçus, et de garantir leur adaptabilité aisée, une des tâches du projet visera à développer des techniques permettant de rendre le système accordable ou adaptatif, sur la base de polymères à mémoire de forme et de polymères électroactifs.
Les analyses de sensibilité et de fiabilité des systèmes complexes tels que les métacomposites constituent des étapes essentielles pour leur développement à large échelle. On se propose de réaliser ces analyses afin de garantir, d’une part, la maîtrise des différents paramètres et de leur impact sur les grandeurs d’intérêt (performances vibroacoustiques), et d’autre part, la quantification de la fiabilité associée à des scénarios de défaillance préalablement identifiés.
Ces analyses, comme l’ensemble du projet, seront réalisées dans un souci d’exhaustivité quant aux différents paramètres intervenant dans le développement des dispositifs métacomposites, depuis l’élaboration jusqu’à la validation vibroacoustique in situ, en passant par la conception optimale.