Développement d’un concept d’isolant éco-acoustique

Abstract

Résumé : Le but de cette étude est de développer un concept d’isolant acoustique à base de matières recyclées. Ce projet, initié par le Ministère des Transports du Québec (MTQ), s’inscrit dans la conception d’écrans antibruit répondant aux exigences actuelles du développement durable et de la loi sur l’environnement. L’isolant acoustique devra donc être également recyclable. Un matériau de type coupe-son est caractérisé par son indice d’affaiblissement sonore. Plus un matériau est lourd, plus il est isolant. Cependant, un phénomène physique provoque une importante chute de son efficacité à une fréquence précise dépendant de la rigidité spécifique du matériau (i.e. rapport du module d’Young sur la masse volumique). Il devra donc avoir une masse importante tout en ayant un module d’Young adéquat pour éviter ce phénomène. Le polyéthylène basse densité linéaire (LLDPE), thermoplastique recyclable de grande consommation, est alors alourdi avec des billes d’acier de grande taille (3.175 mm) afin d’augmenter la rigidité spécifique du composite résultant. Le composite ainsi formé montre néanmoins une augmentation du module d’Young qui compense l’ajout de masse. Cette augmentation est causée par la liaison interfaciale entre le LLDPE et les billes de fer. Pour limiter cette cohésion, un effort de traction a été effectué sur les échantillons. Ceci a eu pour effet de briser le lien mécanique à l’interface des billes et du LLDPE. En conséquence, le module a suffisamment chuté pour atteindre des valeurs inférieures au matériau brut. De plus, l’augmentation de la fraction volumique va de pair avec la réduction du module d’Young. Un modèle analytique de prédiction du module d’Young en fonction de la fraction volumique de billes d’acier a été également établi. Il a été comparé aux modèles existants et a montré de bons résultats avec les mesures. Des simulations acoustiques de la perte par transmission ont par la suite été effectuées sur les composites obtenus afin d’évaluer leurs performances par rapport aux matériaux usuels (e.g. béton, gypse, verre,…) et par rapport à des écrans antibruit existants. Les résultats ont démontrés que les composites peuvent parfaitement se substituer aux matériaux utilisés et présentent dans certains cas de meilleurs résultats. || Abstract : The aim of this study is to develop a concept of an acoustic reflective material using recycled materials. This project, initiated by the Ministre des Transports du Quebec (MTQ), fits with the current requirements of sustainable development and environmental law. So the acoustic material should be also recyclable. An acoustic reflective material is characterized by its sound transmission loss. The heavier the material is, the better is its sound transmission loss. However, a physical phenomenon causes a significant drop in efficiency at a specific frequency depending on the specific stiffness of the material (i.e., the ratio of Young’s modulus and density) So the material must be heavy and should have a Young modulus adapted to avoid this phenomenon. Linear low density polyethylene (LLDPE), a largely available recyclable thermoplastic material, is then weighed down with large steel balls (3.175 mm diameter) to increase the specific stiffness of the resulting composite. However, the composite thus formed shows an increase of its Young's modulus that compensates for the added mass. This increase is caused by the interfacial bonding between the LLDPE and steel balls. To limit this bonding, a tensile stress was applied on the samples. This had the effect of breaking the mechanical link at the interface. As a result, the modulus has dropped to a value below that of the raw material. In addition, the increase in volume fraction of steel balls goes hand in hand with the reduction of the Young's modulus. An analytical model for predicting Young's modulus as a function of volume fraction of steel balls was also established. It was compared to existing models and shown good agreement with measurements. Simulations of the acoustic transmission loss are subsequently carried out on the obtained composites to evaluate their acoustical performance compared to conventional materials (e.g. , concrete, gypsum, glass, ...) and to existing noise barriers. The results show that the developed composites can fully replace conventional materials and show better results in some cases.