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Caractérisation dynamique des matériaux et réduction des nuisances vibroacoustiques : l’apport des vibrations.
lancement et relâchées en orbite. La fréquence de suspension
est calée autour de 20 Hz et le filtrage est voisin de 40 dB par
décade. La plage de température en fonctionnement va de
0°C à 35°C et le taux d’amortissement est égal à 10%.
La
dissipation
contrairement aux autres techniques
passives est large bande. Elle fait appel à des techniques
de revêtement viscoélastique simples ou contraints sur
les structures. Elle est mise en œuvre depuis plus de 40
ans et n’a pas eu l’essor qu’on pouvait lui prévoir dans les
années 70. Des techniques hybrides (passif + actif) ou
purement actives tentent de prendre le relai comme nous
le verrons en synthèse.
Pour augmenter l’amortissement des structures mécani-
ques, deux techniques passives complémentaires sont
disponibles.
Le revêtement simple
Dans cette technique, on vient coller une feuille de maté-
riaux viscoélastiques sur la surface dans les zones où l’éner-
gie de déformation est maximale. Sous une déformation de
flexion de la structure de base, le matériau viscoélastique
est sollicité en traction-compression. Comme nous l’avons
souligné dans le précédent numéro pour obtenir un amor-
tissement composite important, il faut que le contraste
de rigidité à la flexion des deux couches soit le plus faible
possible. Il s’agit donc d’utiliser des matériaux viscoélas-
tiques ayant un module d’Young élevé. Malheureusement
ces matériaux présentent un faible amortissement, ce qui
conduit à des performances d’amortissement composite
modestes, au maximum de l’ordre de 10%. Même en appa-
rence modeste, cette performance est appréciable dans
certaines situations (plaques de faible épaisseur ayant
des amortissements de l’ordre de 1%). De plus, la mise
en œuvre est simple et la masse ajoutée faible.
Le revêtement contraint
Dans ce cas, le matériau viscoélastique est pris en sand-
wich entre la structure de base et une contre-plaque. Dans
ces conditions l’âme viscoélastique du sandwich subit une
déformation de cisaillement spatialement non uniforme.
L’optimisation de cette technique conduit à choisir des
matériaux viscoélastiques de faible module de cisaillement
et de fort amortissement. Cette famille de matériaux est
beaucoup plus riche que la précédente. L’optimum d’amor-
tissement composite est atteint pour des valeurs déter-
minées de la rigidité à la flexion dynamique (rigidité à la
flexion composite comprise entre la rigidité à la flexion
dynamique d’une structure homogène d’épaisseur égale
à l’épaisseur du composite, et la rigidité à la flexion des
deux structures sans couplage mécanique par le maté-
riau viscoélastique). Les performances d’amortissement
composite sont très supérieures à celles du cas précé-
dent, mais présentent l’inconvénient d’une masse ajoutée
plus importante. Pour pallier cet inconvénient, des stra-
tégies de prise en compte de ce traitement dès la phase
de conception permettent d’optimiser la masse ajoutée.
De plus, une cartographie des déformations élastiques de
la structure permet de localiser l’amortissement et parti-
cipe ainsi à la réduction de la masse ajoutée.
Notons que des méthodes de localisation spatiale du trai-
tement ont été développées à l’aide de simulations numé-
riques et que l’on voit apparaître aujourd’hui des dispositifs
hybrides dans lesquels la contre-plaque est active (piézoé-
lectrique) de manière à augmenter le taux de cisaillement du
matériau et ainsi augmenter l’amortissement composite.
Ces techniques présentent toutefois une faiblesse : la
température. En effet, nous savons (A&T 57) que les
matériaux viscoélastiques fortement amortis présentent
des caractéristiques très sensibles à la température. Il en
résulte des plages d’efficacités limitées à quelques dizai-
nes de degrés (<40°C).
Fig. 7b : Modélisation E.F
Fig.7c : Réalisation et tests
Fig. 7d : Qualification sur maquette avec
dispositif 0g simulant l’ambiance spatiale