Acoustic propagation in liquid foams and solid foams with membranes
Propagation acoustique dans les mousses liquides et les mousses solides membranaires
Résumé
This PhD thesis is dedicated to the acoustic propagation in different types of foams, and more precisely to the sound attenuation inside the foams. Liquid foams can be encountered while drinking a cappuccino, shaving or even in some fire extinguishers. Surprisingly, they also have shown their potential to reduce sound. Ultrasound measurements have evidenced this ability, which is linked to a resonance phenomenon in the foam and to a negative effective density. During this PhD, we thus explore the origin of acoustic attenuation in liquid foams in the audible range. The promising properties of these foams to fight against noise are nevertheless limited by the ephemeral nature of these materials, made by gas bubbles and a liquid skeleton. We then search to combine the properties of liquid foams, in which membranes (soap films) play a key role, to the stability of solid foams. Solid foams whose pores are closed by membranes match this description. We thus compare acoustic performances both in absorption and in transmission for polyurethane foams with and without membranes, as well as their effective properties, density and compressibility. We find that our foam samples with membranes are always more efficient to reduce noise that the samples of foams without membranes, even though no resonance phenomenon occurs like the one in liquid foams. This resonance, caracterized by a negative effective density of the foam, is found again for an intermediate case of material: a solid foam with liquid membranes. Either liquid or solid, membranes thus appear to be essential elements for the acoustic properties of the different studied foams, so we also perform a study focused on a single membrane. This study is also the inspiration for an Arts and Sciences experiment, the "dancing soap film". Finally, we try to establish links between dissipation and acoustic behaviors observed at local and macroscopic scales, for the different systems we study.
La thèse se concentre sur la propagation acoustique au sein de différents types de mousse, et tout particulièrement sur l'atténuation du son par ces mousses. Les mousses liquides peuvent se rencontrer en dégustant un cappuccino, en se rasant ou encore dans certains extincteurs. De manière surprenante, elles ont aussi montré leur potentiel d'atténuation du son. Des mesures dans la gamme de l'ultrasonore ont mis en évidence cette capacité, qui s'avère être associée à un phénomène de résonance dans la mousse et qui s'accompagne aussi d'une densité effective négative. Dans la thèse, nous explorons ainsi l'origine de l'atténuation acoustique par ces milieux dans la gamme de l'audible. Les propriétés prometteuses des mousses liquides pour lutter contre le bruit sont néanmoins limitées par le caractère éphémère de ces matériaux, composés de bulles de gaz et d'un squelette liquide. On cherche donc à combiner les propriétés des mousses liquides, dans lesquelles les membranes (les films de savon) jouent un rôle important, à la stabilité des mousses solides. Des mousses solides dont les pores sont fermés par des membranes correspondent à cette description. Nous comparons ainsi les performances acoustiques en absorption et en transmission de mousses de polyuréthane avec et sans membranes, de même que leurs propriétés effectives, densité et compressibilité. On trouve que nos échantillons de mousse avec membranes sont systématiquement plus efficaces pour réduire le bruit que ceux des mousses sans membranes, et ce même si nous n'obtenons pas de phénomène de résonance similaire à celui qui survient dans les mousses liquides. Cette résonance, caractérisée par une densité effective négative de la mousse, se retrouve pour un cas intermédiaire de matériau : celui d'une mousse solide ayant des membranes liquides. Qu'elles soient liquides ou solides, les membranes apparaissent ainsi comme des éléments essentiels pour les propriétés acoustiques des différentes mousses étudiées, aussi une étude focalisée sur une membrane unique est-elle également réalisée. Cette étude sert aussi d'inspiration pour une expérience Arts et Sciences, le "film de savon dansant". Finalement, on cherche à établir des liens entre les dissipations et comportements acoustiques observés à l'échelle locale et à l'échelle macroscopique, pour les différents systèmes étudiés.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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