Propriétés mécaniques, thermiques et acoustiques d'un matériau...

CHAPITRE 4 : Comportement acoustique

CHAPITRE 4

COMPORTEMENT ACOUSTIQUE

Les différents éléments dont nous disposons à ce stade de l’étude montrent que le

béton de chanvre est un matériau doté d’une porosité importante. Partant de ce constat et

compte tenu des similitudes avec le béton de bois, l’étude des propriétés acoustiques a été

orientée vers le comportement en absorption. Ce chapitre présente les résultats de notre

démarche exploratoire dans ce domaine. Celle-ci est basée sur un travail essentiellement

expérimental et n’a pas donné lieu à une modélisation théorique contrairement aux propriétés

mécaniques et thermiques.

La première phase de notre travail s’est attachée à définir les paramètres pertinents du

point de vue acoustique et à les évaluer pour les différents constituants (cf. chapitre 1) et pour

les formulations variables de béton de chanvre. La perméabilité est immédiatement apparue

comme un paramètre clé du comportement acoustique. Son rôle a été effleuré dans le

chapitre 1 et sera plus amplement détaillé dans la première partie de ce chapitre. La nature de

la porosité du matériau a également été considérée compte tenu de ses répercussions sur le

comportement en absorption. A partir de ces deux paramètres caractéristiques, l’évolution du

coefficient d’absorption du béton de chanvre en fonction de la fréquence, de la formulation et

de l’épaisseur des échantillons est analysée.

Cette analyse des résultats expérimentaux a conduit à une réflexion sur le

comportement acoustique du matériau. Pendant des années les acousticiens ont travaillé sur

des matériaux possédant une porosité simple, ce qui signifie que les pores macroscopiques

- 191 -

participant au fonctionnement acoustique possédaient une seule taille caractéristique. Le

poreux est alors assimilable à un fluide équivalent, à partir duquel on modélise les propriétés.

Ce concept sera développé dans la première partie du chapitre. Plus récemment, les

acousticiens se sont intéressés à des matériaux à double porosité [AURIAULT &

BOUTIN, 92], [BOUTIN & al., 96] et [BOUTIN & OLNY, 99]. Ces derniers possèdent deux

échelles distinctes de pores (une de taille microscopique et l'autre de taille mésoscopique). La

pression entre ces deux types de pores n'est pas uniforme et des phénomènes de diffusion

doivent alors être pris en compte. Le comportement du matériau devient beaucoup complexe à

modéliser. Les difficultés liées à ce type de microstructure seront détaillées dans ce dernier

chapitre.

Le chapitre est structuré en deux parties. Dans un premier temps, différents rappels

théoriques sur l'acoustique sont faits et les principaux paramètres sont définis. Dans un second

temps, les résultats expérimentaux sont présentés. Une analyse est effectuée et quelques

hypothèses sont émises quant au comportement en absorption du béton de chanvre.

- 192 -


1. RAPPELS SUR LES ONDES ACOUSTIQUES

1.1. Définitions

L'état de référence en équilibre thermodynamique du milieu atmosphérique se

caractérise par une température T0 de 20°C, une pression P0 ≈ 105 Pa et une masse volumique

ρa ≈ 1,28 kg.m-3. Toute vibration d’un corps dans ce milieu entraîne des variations locales de

pression qui se propagent dans l’air. Ces perturbations captées par l’oreille, donnent la

sensation de bruit. Un son pur correspond à une variation sinusoïdale de la pression

acoustique autour d’une position d’équilibre. Le champ de pression présente une dépendance

spatiale et temporelle.

p(t, x) = Pmax.sin(ωft - kx) (IV.1)

avec Pmax : amplitude maximale de l'onde

ωf: pulsation de l'onde

k: nombre d'onde

La distance entre deux extrema consécutifs correspond à la longueur d’onde λf (en m).

La fréquence du signal f et sa longueur d’onde λf sont reliées entre elles par la constante c0

(≈ 342 m.s-1), qui représente la célérité de l’onde dans l’air :

f

fc

fc

ωπλ 00 2== (IV.2)

L’oreille humaine est sensible aux ondes dont la fréquence est comprise entre 20 et

16 000 Hz. On définit alors trois domaines de fréquences :

- 20 à 400 Hz : GRAVES ⇒ λ compris entre 0,85 et 17 m

- 400 à 2000 Hz : MOYENNES ⇒ λ compris entre 0,17m et 0,85m

- Au-delà de 2000 Hz : AIGUËS ⇒ λ inférieur à 0,17m

Le son correspond à une superposition de signaux de fréquences différentes. Il faut

donc étudier ses caractéristiques selon f. Cependant, les acousticiens préfèrent travailler sur

des intervalles de fréquences appelés octaves et tiers d’octaves. Ces intervalles sont de largeur

relative constante avec :

= constante (IV.3)

avec fi+1 et fi : limites de la bande de fréquences i

iif

ff −+1

On a fi+1 = 2 fi dans le cas des octaves et fi+1 = 2½ fi pour les tiers d’octave, ce qui

permet alors de définir de manière normalisée ces intervalles. Le travail par bandes de

- 193 -

fréquences permet de faciliter la représentation du son et la comparaison des performances

acoustiques des matériaux. Dans le domaine du bâtiment, on utilise la plage de fréquences

allant de 100 à 4 000 Hz. Le tableau suivant donne la correspondance entre octaves et tiers

d’octave dans cette gamme.

Fréquences (Hz)

1/3 d’octave 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000

octave 125 250 500 1000 2000 4000

Tab.IV. 1: Définition normalisée des octaves et tiers d’octaves

1.2. Isolation et correction acoustique

La propagation du son est perturbée lorsque des obstacles se dressent sur son passage.

L'onde incidente génère une onde réfléchie sur la surface du matériau et une onde transmise

au travers de celui-ci.

onde transmise (Et)

onde réfléchie (Er)

onde incidente (Ei)

Fig.IV. 1 : Comportement d’une onde en incidence oblique à la surface d’un matériau

Le bilan énergétique correspondant à cette situation est:

Ei = Er + Et (IV.4)

Or, certains matériaux possèdent la faculté de dissiper une partie de l'énergie de l'onde

incidente. On parle alors d'absorption acoustique. Le bilan énergétique est alors modifié de la

manière suivante:

Ei = Er + Et + Ea (IV.5)

- 194 -


On parle d'isolation acoustique lorsque l'énergie transmise (Et) devient négligeable

devant les autres composantes. Ceci se produit lorsqu'on désire limiter la propagation du son

de part et d'autre d'un obstacle (cas du mur entre deux pièces). Pour ce faire, on utilise des

matériaux de forte inertie, que l'onde incidente ne peut pas mettre en mouvement. Il n'y a

donc pas d'onde transmise par effets vibratoires. C'est l'effet de masse.

On parle de correction acoustique lorsqu'on cherche à réduire les nuisances du bruit

émis dans le local que l'on cherche à traiter. Le but est de limiter la création d'ondes réfléchies

sur les parois de la pièce car elles interfèrent avec les ondes incidentes et gênent

l'intelligibilité du discours (problème de l'écho). Des matériaux poreux sont alors employés

(laines…) car ils ont la faculté de dissiper une partie de l’énergie de l’onde incidente

(phénomène d’absorption). Toutefois, il faut noter que ce type de matériaux permettent

d'augmenter Ea et de diminuer Er mais qu'ils n'ont quasiment pas d'incidence sur Et qui reste

généralement élevée. En effet, les matériaux absorbants se caractérisent par une forte porosité

et une perméabilité élevée. Ils ont donc tendance à laisser passer une partie des ondes

incidentes. De plus, ces matériaux légers vibrent facilement.

Dans le cas particulier où l'énergie de l'onde transmise Et est négligeable, (IV.5) se

réécrit de la manière suivante:

Ei = Er + Ea (IV.6)

soit i

a

i

r

EE

EE +=1

(IV.7)

On définit alors le coefficient de réflexion R et le coefficient d'absorption α:

i

r

EER =

(IV.8)

i

a

EE

=α (IV.9)

Par définition, α est un coefficient adimensionnel, variant entre 0 et 1. La valeur 0

correspond à un matériau totalement réfléchissant et la valeur 1 correspond à un matériau

totalement absorbant. L’absorption dépend de la fréquence principalement. Ceci signifie

qu’un même échantillon peut être par exemple faiblement absorbant aux basses fréquences et

fortement aux hautes fréquences. Ceci explique pourquoi la valeur de α doit toujours

s’accompagner de la fréquence à laquelle la mesure est réalisée. L’absorption acoustique α se

mesure de manière continue sur toute la gamme de fréquences comprises entre 100 et

- 195 -

2000 Hz à l’aide d’un appareil nommé tube à impédance ou tube de Kundt. Ce dispositif

possède la particularité de limiter la transmission des ondes (Et ≈ 0) et de se placer en

incidence normale (ondes incidente et réfléchie ont même direction de propagation). On

calcule alors la valeur de α par octave afin de comparer les matériaux entre eux.

La masse volumique du béton de chanvre, après prise, est inférieure à 800 kg/m3.

Cette valeur est trop faible pour que le matériau puisse réaliser de l’isolation acoustique par

effet de masse. Un panneau de béton de chanvre aura tendance à transmettre les ondes par

phénomène vibratoire. Cependant, ce matériau possède une forte porosité ouverte, l’onde

incidente pénètre dans le matériau et s’amortit le long des capillaires par effets visqueux. Ceci

explique que cette étude se focalise sur le caractère absorbant du matériau.

1.3. Lien entre porosité, perméabilité et comportement acoustique

Un matériau peut être qualifié de milieu poreux s’il est constitué à la fois d’une phase

solide et de vides appelés pores. Ces pores sont saturés par de l'air. Il existe deux familles de

pores dans un matériau, influant de manière différenciée sur le comportement acoustique :

- Pores connectés

- Pores occlus

Tout d'abord, un matériau possédant une forte porosité est léger. Il aura donc tendance

à vibrer sous l'effet des ondes incidentes. Ce type de matériau ne peut donc pas être employé

tel quel pour de l'isolation acoustique.

Ensuite, l'absorption acoustique est due aux frottements visqueux existant entre le

fluide et le squelette solide, car ils ont des vitesses de déplacement différentes. Cet

amortissement n'existe donc que si l'onde acoustique peut pénétrer dans le réseau poreux et il

est d'autant plus fort que la surface de contact entre le fluide et le solide est grande.

L'absorption acoustique est donc favorisée lorsque le matériau possède une porosité ouverte

φouverte élevée et une perméabilité Π suffisante. Ainsi, l'onde pénètre facilement dans le

matériau et dispose d'un large espace pour s'amortir. C’est pourquoi les matériaux absorbants

sont employés pour régler les problèmes d'écoute à l'intérieur d'un local en limitant la

réverbération des sons (réflexion négligeable). Ils dissipent une partie de l'énergie acoustique

incidente et transmettent l'autre partie de par leur perméabilité.

Cependant, un phénomène de diffraction peut se produire si la longueur d'onde λf est

du même ordre de grandeur que la taille des pores en surface. Dans le cadre de cette étude, la

fréquence de l'onde excitatrice varie entre 100 et 2000 Hz, ce qui correspond à des longueurs

- 196 -


d'ondes comprises entre 0,17 et 3,42 mètres. La taille des pores est au maximum de quelques

millimètres. Les conditions sont donc remplies pour éviter le phénomène de diffraction.

Le dernier élément à considérer concerne la taille caractéristique des pores. Si le

matériau possède une seule taille caractéristique de pores, le milieu est dit à simple porosité.

L'écoulement du fluide peut se caractériser par l'équation de Navier-Stokes et on peut calculer

en tout point du réseau la pression du fluide. En revanche, l'existence de deux tailles

caractéristiques de pores modifie le comportement acoustique global du matériau. On

distingue alors les macropores et les micropores. Or, la pression dans les deux types pores est

différente. Des phénomènes de diffusion de pression entre les deux réseaux se superposent

donc aux phénomènes de propagation d'ondes. Ceci influe en particulier sur l'absorption

acoustique. Dans le cas d’un simple poreux, α augmente avec la fréquence d’une manière

régulière. Dans le cas d’un double poreux, des pics d’absorption sont observables.

Le comportement acoustique étant relativement complexe, le cas d'un écoulement

dans un tube cylindrique va être traité afin d'exposer les phénomènes se produisant lors de la

propagation du son. Ceci permettra de comprendre les mécanismes physiques mis en jeu et de

définir les paramètres qui sont utilisés dans la caractérisation des propriétés acoustiques.

1.4. Le comportement acoustique des matériaux à simple porosité

1.4.1. Hypothèse de squelette rigide

Les matériaux poreux sont constitués d’une phase fluide et d’une phase solide. Dans le

cas général, on considère que le squelette est un solide élastique donc déformable et pouvant

être mis en mouvement. [BIOT, 56] a alors démontré que trois ondes se propagent dans le

milieu poreux, deux ondes de compression et une onde de cisaillement générées par les

déplacements du solide et du fluide. Cependant, les mouvements du squelette peuvent parfois

être négligeables. Dans ces conditions, seule une onde de compression se propage dans le

fluide dont les mouvements sont découplés du solide considéré comme rigide. Il existe une

fréquence fd dite de découplage, définie par Zwikker et Kosten en 1949, au-delà de laquelle

cette hypothèse est vérifiée :

2

2

πρσφ=df

(IV.10)

avec σ : résistance au passage de l’air (N.s.m-4)

- 197 -

φ : porosité totale du matériau

ρ : masse volumique du matériau poreux (kg.m-3)

Des mesures expérimentales ont été réalisées sur différentes formulations de béton de

chanvre. Les résultats des mesures de σ et Φ seront détaillés ultérieurement. Cependant, un

calcul de fd est réalisé pour trois formulations afin d’obtenir un ordre de grandeur de fd :

Nom fd (Hz)A3-0,75 1,66

Dalle 0,60Enduit 0,78

Tab.III. 1: Fréquence de découplage de quelques formulations de béton de chanvre

Dans le cas du béton de chanvre, la fréquence fd vaut quelques hertz. On considère

donc que l’hypothèse de squelette rigide est vérifiée pour ce matériau.

1.4.2. Effets visco-inertiels pour un fluide guidé dans un cylindre

L’air est un fluide Newtonien compressible de viscosité η. Ce fluide est mis en

mouvement dans le réseau poreux. Le squelette solide reste immobile. Il existe donc des

différences de vitesses entre ces deux phases qui provoquent un amortissement par contraintes

visqueuses. Soit un cylindre de rayon r, de longueur L et d’axe (oz). Les parois du cylindre

sont rigides. Les mouvements du fluide visqueux newtonien (i.e. l’air) sont régis par

l’équation de Navier-Stokes linéarisée pour les petites perturbations :

j ) ()( 0 vpvv ωρςηη =∇−⋅∇∇++∆ (III.11)

avec η : viscosité dynamique de l’air

ζ : coefficient de viscosité de volume

p et v : pressions et vitesses acoustiques

L’air contenu dans le cylindre est soumis à une excitation macroscopique (gradient de

pression) de taille caractéristique (longueur d’onde λf) grande devant r. En effet, la taille

minimale caractéristique de l'onde est λf ≈ 0,17 m et la taille maximale des pores est de

quelques millimètres. On a donc λf / r > 100. L’équation de propagation en coordonnées

cylindrique introduit l'épaisseur de couche visqueuse δv. Cette dernière caractérise l’épaisseur

- 198 -


de fluide à partir de la paroi sur laquelle l’écoulement est perturbé par des effets visqueux. δv

est fonction de la fréquence. On a :

0

ωρηδ =v

(IV.12)

En comparant δv à r, on en déduit le profil du champ des vitesses dans le tube.

Lorsque δv << r (cas des hautes fréquences), l’écoulement n’est perturbé qu’au

voisinage très proche de la paroi. La vitesse est uniforme dans toute la section du tube. C’est

un régime d’écoulement inertiel.

Lorsque δv >> r (cas des basses fréquences), l’écoulement est perturbé sur l’ensemble

de la section du tube. Les effets visqueux sont prépondérants et le profil de vitesse est

parabolique (Fig.IV.2).

Fig.IV. 2: Profil du champ des vitesses dans un tube cylindrique selon la fréquence

Hautes Fréquences

Basses FréquencesRc

(OZ)

L’épaisseur de couche visqueuse a été calculée pour des fréquences variant entre 100

et 2000 Hz :

f (Hz) ω (rad.s-1) δv (µm)100 628 154

2000 12566 354000 25133 24

Tab.IV. 2: Épaisseur de couche visqueuse

Le diamètre des capillaires de la particule varie entre 10 et 40 µm

[GARCIA JALDON, 95]. L’épaisseur de couche visqueuse est donc équivalente sur la

gamme de fréquences testées (100 à 2000 Hz). On peut donc considérer que l’écoulement est

perturbé dans l'ensemble des capillaires de la particule et les effets visqueux sont

prépondérants.

Le liant présente des pores de rayon inférieur au dixième de millimètre (air intra-

liant). On peut donc considérer que les effets visqueux sont prépondérants aux basses

fréquences. En hautes fréquences, le régime d’écoulement est intermédiaire.

- 199 -

Le béton de chanvre présente des pores de taille caractéristique de l’ordre du

millimètre (air macroscopique), ce qui est 10 à 100 fois supérieure à δv. Le régime

d’écoulement est alors majoritairement inertiel.

1.4.3. Effets thermiques pour un fluide guidé dans un cylindre

En plus des effets visco-inertiels, des phénomènes thermiques entrent en jeu lors de la

sollicitation du fluide. En effet, le squelette solide et le fluide avant sollicitation sont

maintenus à une température d’équilibre T0. Lors de la propagation de l’onde acoustique, l’air

présent dans les pores subit des cycles de compression / détente donc des variations de

température, tandis que le solide reste à température T constante. Ceci entraîne un

déséquilibre thermique entre les deux phases et des modifications de la température

acoustique du fluide τ dans les pores. Lorsque le fluide est au repos, τ = 0. Les perturbations

thermiques subies par l’air sont régies par l’équation de la chaleur linéarisée :

p-Cj p ωτωρτλ j 0 =−∆

(IV.13)

avec τ : température acoustique de l’air (K)

λ : coefficient conductivité thermique de l’air

Cp : chaleur spécifique de l’air à pression p constante

Par un raisonnement similaire à celui effectué pour les effets visco-inertiels, on définit

l'épaisseur de couche thermique δt. Elle caractérise l’épaisseur de fluide à partir de la paroi

sur laquelle le champ des températures est perturbé. δt varie en fonction de la fréquence. On

a :

ωω

δρλ a

ca

at

0== (IV.14)

avec a : diffusivité thermique de l’air.

La diffusivité thermique caractérise la propension d’un matériau à répondre d’une

manière rapide ou non à une sollicitation thermodynamique. Les matériaux comme le béton

pour lesquels les échanges sont lents ont des valeurs de diffusivité autour de 7.10-7 m2.s-1

(Tab.I.8). Les matériaux pour lesquels les échanges sont rapides (i.e. le cuivre) ont des

diffusivité de l’ordre de 1,2.10-4 m2.s-1.

Lorsque δt << r (cas des hautes fréquences), le cycle de sollicitation est suffisamment

rapide pour que la transformation soit considérée comme adiabatique.

- 200 -


Lorsque δt >> r (cas des basses fréquences), le cycle de sollicitation est suffisamment

lent pour que la transformation soit isotherme.

L’épaisseur de couche thermique dans l'air est déterminée pour des fréquences variant

entre 100 et 4000 Hz :

f (Hz) ω (rad.s-1) δt (µm)100 628 183

2000 12566 414000 25133 29

Tab.IV. 3 : Épaisseur de couche thermique

En comparant l’épaisseur de couche thermique aux différentes tailles de pores

rencontrées dans le béton de chanvre, on parvient aux conclusions suivantes. Dans les

capillaires de la particule végétale, la transformation est isotherme (δt < 40 µm). Dans les

pores du liant de taille inférieure au dixième de millimètre, la nature de la transformation est

dépendante de la fréquence d’excitation. Dans les pores de taille supérieure au millimètre, la

transformation est adiabatique.

2. ELEMENTS DE METROLOGIE

La caractérisation des propriétés acoustiques du béton de chanvre est basée sur une

approche expérimentale. Des paramètres représentatifs tels que la perméabilité, la porosité et

le coefficient d’absorption sont mesurés. Les différents dispositifs employés au cours de

l’étude sont donc décrits dans cette partie, ainsi que les principes de mesure.

2.1. Dispositifs expérimentaux

2.1.1. Le tube de Kundt

Ce dispositif est un des moyens de référence de mesure en incidence normale des

propriétés acoustiques d’un matériau. Il permet d’évaluer le coefficient d’absorption α d’un

matériau sur toute la gamme de fréquences testées. La méthode de mesure repose sur le fait

qu’en deçà d’une fréquence particulière appelée fréquence de coupure propre à chaque type

de tube en fonction de sa géométrie et indépendamment du matériau testé, l'onde propagée est

une onde plane. Le fait de travailler en incidence normale avec des parois rigides permet de se

situer dans un cadre connu, pour lequel on sait traduire le phénomène de propagation de

manière théorique. La direction de propagation des ondes incidente et réfléchie est la même.

- 201 -

De plus, l’échantillon est placé sur un support rigide imperméable, ce qui supprime les ondes

transmises.

onde réfléchie (Er)

onde incidente (Ei)

onde transmise (Et)

Fig.IV. 3 : Comportement d’une onde en incidence normale à la surface d’un matériau

L’appareil est constitué d’un tube rigide fermé de section carrée de 85 mm de côté et

1,20 m de long (Fig.IV.4). Les parois sont les plus réfléchissantes possibles. La fréquence de

coupure correspond à cette taille de tube est de 2020 Hz. Le signal utilisé a une fréquence

allant de 100 à 2000 Hz, ce qui est inférieur à la fréquence de coupure. On mesure en deux

points le champ de pression acoustique dans le tube aux abords de l’échantillon sous l’effet

d’ondes stationnaires. On connaît alors les fonctions de transfert des signaux émis et réfléchi

donc le coefficient d’absorption α du matériau.

Terminaison rigide

Echantillon

Trois positions de microphone

12

3

Haut-parleur

Analyseur

Générateur

x

0

sl

Fig.IV. 4: Tube de Kundt (photo et schéma de principe) et système d’acquisition et de mesures de l’absorption

- 202 -


L’échantillon à tester est placé à une des extrémités du tube. A l’autre extrémité du

conduit est placée la source (haut-parleur à membrane carrée et plate) créant le champ plan de

pression acoustique. On mesure la pression acoustique à l’aide d’un microphone dont on fait

varier manuellement la position. Le microphone est fixé sur le tube par un système de vis

creuses permettant un démontage facile et de sorte que la membrane affleure à l’intérieur du

tube. La mesure est réalisée en deux fois au lieu d’une mesure en deux points simultanément

car l’utilisation d’un seul microphone que l’on déplace permet d’éviter les problèmes de

calibration entre les capteurs [OLNY, 99].

Chaque échantillon est placé dans un moule étanche. Les parois du moule sont collées

les unes avec les autres par des joints en silicone. De plus, il est souhaitable que l’échantillon

adhère le plus possible aux parois afin d’éviter les parasites crées par l’action des ondes sur

d’éventuelles poches d’air qui seraient présentes le long des faces du moule. Les échantillons

sont donc conservés dans leur moule d’origine pendant la prise et de séchage. Enfin,

l’étanchéité entre les pièces du système (moule, tube, haut-parleur) est assurée par des joints

élastiques de robinetterie. On évite ainsi les fuites d’air, qui auraient tendance à augmenter le

coefficient d’absorption mesuré par le dispositif.

Chaque éprouvette de matériau est testée avec deux gammes d'échantillonnages de

fréquences successifs. Une première série de mesures est faite à l’aide d’un signal hautes

fréquences. Une deuxième mesure est réalisée en utilisant un signal en basses fréquences. Ce

double échantillonnage permet d’augmenter la précision des résultats.

2.1.2. Le porosimètre

Ce dispositif permet d’évaluer la porosité ouverte φouverte d’un matériau. La mesure est

effectuée en déterminant le volume d’air contenu dans une enceinte, avec et sans

l’échantillon. Cette enceinte est conçue pour être adiabatique. Elle est munie d’un piston

permettant de faire varier son volume intérieur. En déplacant ce piston et en mesurant

l’augmentation de pression qui en résulte, on accède au volume d’air dans la cavité.

On suppose pour cela que la transformation est isotherme, et que l’air suit la loi de

Boyle-Mariotte. Dans ces conditions, on a :

(IV.15) 0 0 0 0( )(PV P P V V= + ∆ + ∆ )

d’où l’on peut déduire V0 .

En mesurant successivement le volume d’air de l’enceinte avec et sans échantillon, on

détermine le volume Vs occupé par le squelette du matériau, et on en déduit la porosité

correspondant à l’air non occlus (air dans les pores connectés) :

- 203 -

- V

VVt

stouverte =φ (IV.16)

où Vt est le volume total de l’échantillon.

Fig.IV. 5: Banc de mesure de la résistance au passage de l’air σ et de la porosité

1PD

Echantillon

Capteurs différentiels de pression

Réservoir d’air

Vis micrométriqueet piston

Fig.IV. 6: schéma de principe du porosimètre

- 204 -


2.1.3. Le perméamètre

Cet appareil permet de mesurer la résistivité au passage de l’air σ d’un matériau en

imposant un débit massique au travers de l’échantillon. Des capteurs mesurent la chute de

pression aux bornes de cet échantillon pour un écoulement de type laminaire (débit limité à

1,8 cm3/s) et l’utilisation de (I.10) permet de déduire σ (résistance au passage de l’air).

air comprimé

Débitmètre massiqueDébitmètre laminaire

Capteurs différentiels de pression

Echantillon

1PD 2PD

Q Rc Rx

Fig.IV. 7: Principe de mesure de la résistance au passage de l’air σ

L’hypothèse de l’écoulement laminaire est vérifiée en évaluant la valeur du nombre de

Reynolds. Ce coefficient adimensionnel est défini de la manière suivante, pour un tube de

diamètre d :

d D 4 ηπ

ρ=Re (IV.17)

avec ρ : densité de l’air

D : débit de l’écoulement

η : viscosité dynamique de l’air

On obtient donc Re = 0,15 / d pour un débit D de 1,8 cm3/s. Or, un écoulement laminaire se

caractérise par Re >> 1 c’est-à-dire d << 0,15 m, ce qui correspond à nos conditions d’essais.

2.2. Échantillons testés

Des prismes de surface carrée de 8,5 cm de côté et de hauteur L valant 10, 20 et 30 cm

ont été fabriqués pour le tube de Kundt. Le matériau frais est compacté de la même manière

que pour les essais mécaniques, c’est-à-dire à l’aide d’une presse développant une contrainte

de 0,05 MPa (soit 5t/m²). Les échantillons ainsi obtenus sont constitués des couches de

matériau de 5 à 6 cm d’épaisseur, testés sous incidence normale (Fig.IV. 8). Des cylindres de

- 205 -

4,6 cm de diamètre et 20 cm de haut sont fabriqués pour les mesures de perméabilité et de

porosité.

Couche de compactage

Support rigide

DIRECTION DE PROPAGATION DE L'ONDE

Fig.IV. 8: Sens des tests au tube de Kundt

Compte tenu de la durée du plan expérimental lié aux conditions de fabrication des

échantillons, les propriétés acoustiques vont être évaluées sur quelques formulations

judicieusement choisies. Les échantillons de matériau sont conservés dans leur moule pour

des problèmes d’étanchéité, ce qui ralentit le séchage (faible surface d’évaporation). Cinq

formulations de béton de chanvre, de concentration volumique en liant Cliant variable, sont

étudiées :

- Toit (Cliant = 9 %)

- A3-0,75 / Mur / Dalle (Cliant = 20, 21 et 26 %)

- A3-2 (Cliant = 40 %)

A ces formulations de béton de chanvre sont ajoutés des échantillons Enduit, utilisés

en tant que revêtement de surface (Cliant = 51 %). Il aura donc un rôle important à jouer dans

le comportement acoustique du béton de chanvre in-situ, étant donné le lien existant entre les

propriétés acoustiques et l’état de perméabilité de la surface.

Certains problèmes expérimentaux exposés plus loin, n’ont pas permis de tester tous

les échantillons sur tous les appareils. Les tableaux suivants font la synthèse des essais

réalisés :

- 206 -


Nom 10 cm 20 cm 30 cmToit x x x

A3-0,75 x x xMur x x xDalle x xA3-2 x x

Enduit x x

Tab.III. 2: Nature des échantillons testés en absorption au tube de Kundt

Nom Porosité PerméabilitéToit x

A3-0,75 x xMur xDalle x xA3-2

Enduit x x

Tab.III. 3 : Nature des échantillons testés en porosité et perméabilité

L’homogénéité des échantillons a été vérifiée en comparant les masses volumiques

initiales ρ0 et lors des essais ρ1 (après prise du liant). Ceci permet de conclure à une bonne

reproductibilité de la fabrication des échantillons acoustiques, tout comme c’était le cas en

mécanique.

3. RESULTATS EXPERIMENTAUX

3.1. Paramètres géométriques du matériau poreux

3.1.1. Porosité ouverte du béton de chanvre

Les valeurs expérimentales de la porosité ouverte Φouverte sont comparées à la valeur

de la porosité estimée des échantillons Φestimée, obtenue en considérant le volume total d'air

disponible dans le matériau, c'est-à-dire l'air intra-particule, l'air intra-liant et l'air

macroscopique, et en le divisant par le volume total des échantillons. Le calcul repose sur

l'hypothèse que les particules ne subissent pas de variation de volume sous l’effet du

compactage lors de la mise en œuvre. Les résultats comparatifs sont fournis ci-dessous :

- 207 -

Toit 0,80 0,85 5,9%A3-0,75 0,79 0,82 3,7%Mur 0,77 0,79 2,5%Dalle 0,77 0,79 2,5%A3-2 - 0,67 -Enduit - 0,59 -

Mesures expérimentales

Calcul théorique Ecart (%)

Tab.III. 4 : Comparaison entre les valeurs expérimentales de φouverte et les valeurs calculées de manière théorique φestimée

En premier lieu, ces mesures confirment l'ordre de grandeur de la porosité du béton de

chanvre, qui s'échelonne suivant les formulations de 67 à 80 %.

En second lieu, ces résultats expérimentaux permettent de faire une hypothèse quant à

la nature du réseau de pores. En effet, le porosimètre mesure le volume d'air non occlus. Or,

ce volume d'air non occlus est du même ordre de grandeur que la porosité estimée Φestimée.

Ceci signifie donc que les pores contenus dans les particules, ceux contenus dans le liant et

les pores macroscopiques sont connectés. On peut donc en déduire que les particules

végétales ne sont pas rendues étanches par le liant. Les capillaires de la particule peuvent

participer au même titre que les autres pores au comportement acoustique global du matériau.

Or, le chapitre 1 a mis en lumière l’existence de plusieurs tailles de pores dans le matériau

selon que l’on considère l’air intra-particule, l’air intra-liant ou l’air macroscopique. Le béton

de chanvre possède donc des tailles caractéristiques des pores distinctes, ce qui pourrait

induire un comportement de type double-poreux.

Enfin, les valeurs expérimentales sont inférieures aux valeurs estimées avec un écart

compris entre 2 et 6 %. Celui-ci peut être consécutif à une légère compression des particules

lors de la mise en œuvre ou à un enrobage partiel des particules par le liant, qui boucherait

l’extrémité de certains capillaires.

Ces mesures de porosité permettent de conclure sur deux éléments importants

concernant le béton de chanvre. Tout d’abord, les pores contenus dans le matériau sont

connectés, ce qui donne des valeurs de porosité ouverte très élevées. Ensuite, le béton de

chanvre possède deux échelles caractéristiques de pores, l’une microscopique (de l'ordre de la

dizaine de micromètre) et l’autre mésoscopique (de l'ordre du millimètre). La question est de

savoir si le réseau microscopique participe effectivement au phénomène d’absorption

acoustique et donc si le béton de chanvre est un matériau à double porosité.

- 208 -


3.1.2. Perméabilité du béton de chanvre

La perméabilité à l’air Π est déterminée par mesure de la résistance au passage de l'air

σ, qui dépend à la fois de la microstructure et des caractéristiques de surface. Les mesures

expérimentales se sont révélées délicates compte tenu du mode de fabrication des

échantillons. Ceux-ci sont compactés par couche, chaque couche possédant une zone de plus

faible perméabilité en surface. Les échantillons de béton de chanvre sont ensuite disposés

dans le perméamètre de façon à ce que la direction d’écoulement de l’air soit perpendiculaire

au sens des couches de matériau. Ce mode d’essais a eu des répercussions sur les valeurs

expérimentales obtenues, à cause de problèmes d’interfaces entre les couches. En mesurant

les perméabilités dans un sens puis dans l’autre, les valeurs différaient. En fait, la précision du

dispositif de mesures est suffisante pour détecter de légères variations de perméabilité au

passage d’une couche à l’autre. Le résultat devenait donc dépendant du nombre de couches de

l'échantillon et de la qualité de l’interface entre ces couches. Pour limiter ces effets, les

éprouvettes ont été découpées afin de caractériser des échantillons prélevés à l'intérieur d'une

couche. Ceci a imposé l’utilisation d’épaisseurs inférieures à 5 centimètres. Cette valeur pose

le problème du motif générique, car les particules ont une taille caractéristique de l'ordre du

centimètre. On a donc testé deux échantillons par éprouvette, issus de deux couches

différentes afin de vérifier la cohérence des mesures entre elles. Les perméabilités des

couches étaient équivalentes, ce qui a confirmé que les écarts des premières mesures étaient

imputables aux effets d’interface. La valeur moyenne des perméabilités mesurées est fournie

ci-dessous :

A3-0,75 5900 3,1E-09Dalle 2800 6,6E-09Enduit 10800 1,7E-09

σ (N.s.m-4) Π (m2)

Tab.III. 5: Résistance au passage de l’air et perméabilité du béton de chanvre

Les valeurs de Π sont très élevées pour ce type de matériau en comparaison d’autres

matériaux de construction. Le béton cellulaire par exemple est peu perméable avec des

valeurs de l’ordre de 10-14 m2 (Tab.I.9) On obtient les mêmes ordres de grandeurs que ceux de

laines minérales, du type des laines de roche Rockwool, fortement perméables

(≈ 10-9 m2 pour une porosité φ = 90 %).

- 209 -

3.1.3. Tortuosité α∞

La détermination de la tortuosité α∞ du béton de chanvre s'est avérée impossible dans

le cadre de cette étude. En effet, la tortuosité est déterminée par analyse inverse à partir de

mesures d’impédance au tube de Kundt et du modèle phénoménologique de Johnson-Lafarge.

Ce modèle est basé sur l’hypothèse que le milieu poreux peut être assimilé à un fluide

équivalent dissipatif isotrope de densité ρéq(ω) et de compressibilité Kéq(ω). Ce couple de

paramètres (ρéq, Kéq) s'exprime en fonction des grandeurs caractéristiques du milieu poreux

(σ, φ). On obtient ainsi une bonne corrélation entre les résultats du modèle et le

comportement réel à hautes et basses fréquences. Pour les fréquences intermédiaires, la

modélisation devient très difficile à réaliser car il n'y a pas de comportement prépondérant. Il

faut donc tenir compte de tous les effets (visqueux, inertiels, thermiques…), ce qui rend les

calculs extrêmement complexes.

De plus, l’utilisation du modèle de Johnson-Lafarge est subordonnée à l’hypothèse

que le milieu est homogène. Si ceci est vérifié, on exprime la densité de fluide équivalent en

fonction de la fréquence par :

),,(

)( 0 Λ= ∞∞ ω

φω ααρρ Feq

(IV.18)

avec α∞ : tortuosité du milieu

F( ) : fonction de calcul

Λ : longueur caractéristique visqueuse (m)

La longueur caractéristique visqueuse Λ dépend de la géométrie du réseau de pores

uniquement. Elle est définie comme deux fois le rapport entre la vitesse moyenne volumique

de l’air dans un pore et la vitesse moyenne à la surface du pore. Sa valeur est déduite à partir

d’un calage entre les valeurs expérimentales et le modèle théorique dans le cas d'un fluide

parfait. La définition de ce paramètre caractéristique introduit une deuxième difficulté liée à

la typologie du réseau poreux. Pour que Λ existe, il faut que les pores participant au

comportement acoustique possèdent une taille caractéristique unique donc que le milieu soit à

simple porosité. Il faudrait donc que seules les pores mésoscopiques du béton de chanvre

agissent du point de vue acoustique.

Or, les mesures de perméabilité ont montré que le milieu ne se comportait pas comme

un simple poreux. Les courbes d’impédances présentaient des allures plus proches de celles

d’un double poreux que de celles d’un simple poreux. La détermination de la densité de fluide

- 210 -


équivalent ρéq de ce matériau et de la compressibilité Kéq n'a donc pas été possible, empêchant

le calcul par analyse inverse de la tortuosité.

3.2. Le coefficient d'absorption α

Le coefficient d’absorption est influencé par la nature du support sur lequel est posé

l’échantillon. Ce dernier se comporte donc comme un matériau multicouches, constitué d’un

matériau poreux et perméable, et d’un support rigide et imperméable. Les problèmes liés à la

différence d’impédance entre les deux éléments sont donc abordés dans un premier temps. Un

autre élément à considérer pour la validité des mesures est l’état de surface du matériau, qui

modifie son pouvoir absorbant. Son impact sur les signaux est démontré dans (§ 3.2.1).

Ensuite, les courbes continues d'absorption sont présentées afin d'étudier l'influence des

différents paramètres sur le pouvoir absorbant. Enfin, une comparaison des coefficients

d'absorption par octave est effectuée pour évaluer le pouvoir absorbant global du matériau et

le comparer à celui d’autres matériaux du génie civil.

3.2.1. Influence de l’état de surface

L'absorption étant liée aux caractéristiques de surface, des essais préalables ont été

effectués sur les échantillons, compte tenu des différences d'aspect observées entre la face

supérieure et la face inférieure des prismes. La face supérieure a été talochée lors de la mise

en oeuvre. Son aspect n'est donc pas parfaitement lisse de par la présence des granulats

végétaux. En revanche, la face inférieure des échantillons présente un aspect lisse car du liant

semble s'être accumulé au fond du moule. Les granulats sont mieux enrobés et sont moins en

contact avec le milieu extérieur. Cette face semble donc moins perméable que la précédente.

Pour vérifier cet écart de perméabilité, des échantillons sont testés successivement dans deux

sens. La direction de propagation de l'onde est perpendiculaire aux faces supérieure et

inférieure. Le sens 1 correspond au cas où la face la plus perméable est traversée par l'onde

incidente (l'autre face est donc en contact avec le support rigide). Le sens 2 correspond au cas

où la face la moins perméable est traversée par l'onde incidente. Une formulation riche en

liant (A3-2) et une intermédiaire (Dalle) sont testées.

- 211 -

Fig.IV. 9: Aspect de la face supérieure (a) et de la face inférieure (b) des échantillons

Des écarts de l'ordre de 15 % sont observables selon la face exposée à l'onde

incidente, pour des fréquences supérieures à 400 Hz. La suite de l'étude a été réalisée en ne

considérant que le sens 1 de propagation, afin de se rapprocher le plus possible des conditions

réelles d'utilisation. En effet, les techniques de briques préfabriquées ou de béton banché

employées à l'heure actuelle n'induisent pas d'accumulation de liant sur la surface du

matériau. Ce problème semble donc uniquement lié aux conditions de fabrication et de

conservation en laboratoire (échantillons non démoulés).

- 212 -


Fig.IV. 10: Coefficient d’absorption selon le sens de propagation de l'onde incidente pour A3-2 (e=10 cm)

Fig.IV. 11: Coefficient d’absorption selon le sens de propagation de l'onde incidente pour Dalle (e = 10 cm)

- 213 -

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

100 1000 10000Fréquence (Hertz)

α

Sens 1Sens 2

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

100 1000 10000Fréquence (Herz)

α Sens 1Sens 2

3.2.2. Courbes continues d’absorption

Les graphiques sont fournis par formulation pour les trois longueurs testées. Les

courbes d'absorption sont obtenues en moyennant les résultats recueillis sur plusieurs

échantillons.

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0


α

Toit-20 cmToit-30 cmToit-10 cm

Fig.IV. 12: Mesures d’absorption acoustique au tube de Kundt pour Toit

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0


α

A3-0,75-30 cm

A3-0,75-20 cm

A3-0,75-10 cm

Fig.IV. 13: Mesures d’absorption acoustique au tube de Kundt pour A3-0,75

- 214 -


0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0


α

Mur-10 cmMur-20 cmMur-30 cm

Fig.IV. 14: Mesures d’absorption acoustique au tube de Kundt pour Mur

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0


α

Dalle-10cm

Dalle-20cm

Fig.IV. 15: Mesures d’absorption acoustique au tube de Kundt pour Dalle

- 215 -

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0


α

A3-2-20cm

A3-2-10 cm

Fig.IV. 16: Mesures d’absorption acoustique au tube de Kundt pour A3-2

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

100 1000 10000HERTZ

α

ENDUIT - 20 cm

ENDUIT - 10cm

Fig.IV. 17: Mesures d’absorption acoustique au tube de Kundt pour Enduit

- 216 -


3.2.3. Caractéristiques des courbes

Le coefficient d'absorption α varie fortement sur la gamme de fréquences utilisées.

L’analyse se fait donc en considérant les courbes continues d’absorption.

2.3.3.1. Influence de la formulation à épaisseur constante

Les courbes d’absorption présentent des pics d’amplitude et de position fréquentielle

variables selon les épaisseurs considérées.

Pour les échantillons de 10 cm d’épaisseur, deux pics d'absorption sont observables, le

premier localisé entre 300 et 500 Hz et le deuxième autour de 1500 Hz. Lorsque la

concentration volumique en liant augmente, les caractéristiques des pics évoluent.

Pour le premier pic, on observe que :

- la position fréquentielle a tendance à se décaler vers les basses fréquences

- la bande de fréquences correspondant au pic devient plus fine.

Pour le deuxième pic, on note :

- une diminution d’amplitude du pic (« effet de tassement »)

- une disparition du second pic pour les forts dosages en liant

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

100 1000 10000HERTZ

α

Toit-10 cmMur-10 cmDalle-10cmA3-0,75-10 cmEnduit -10cmA3-2-10 cm

Fig.IV. 18: Absorption acoustique pour les échantillons de 10 cm d’épaisseur

Les échantillons de 20 centimètres d’épaisseur présentent un premier pic d’absorption

aux basses fréquences (100 – 200 Hz) et un deuxième pic, moins net aux fréquences

- 217 -

moyennes (600 - 900 Hz). Les variations sont quasiment identiques à celles observées sur les

échantillons de 10 centimètres, si ce n’est que les pics sont plus difficiles à distinguer.

On note une diminution de l’amplitude des pics lorsque la concentration volumique en

liant augmente, ainsi qu’un décalage vers les basses fréquences.

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

100 1000 10000HERTZ

α

Toit-20 cmA3-0,75-20 cmMur-20 cmDalle-20cmEnduit - 20 cmA3-2-20cm


0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

100 1000 10000HERTZ

α

Toit-30 cm

A3-0,75-30 cm

Mur-30 cm


Pour les échantillons de 30 centimètres, le niveau d’absorption est relativement stable

au-delà de 400 Hz. Le premier pic est observable pour les faibles dosages en liant et le

- 218 -


deuxième pic est inexistant. L’augmentation de la concentration volumique en liant a

tendance à stabiliser le niveau d’absorption acoustique sur toute la gamme de fréquences.

Les niveaux d’absorption ont tendance à diminuer lorsque la concentration en liant

augmente, et ce pour les trois épaisseurs testées.

2.3.3.2. Analyse dans le cas d’un double poreux

Le béton de chanvre n’a pas le comportement d’un matériau à simple porosité d’après

§ 3.1.3. En couplant ce résultat avec le fait que le matériau possède plusieurs tailles

caractéristiques de pores, on peut supposer que ce matériau est un milieu à double porosité.

En partant de cette hypothèse, il est alors possible d’expliquer certaines observations

expérimentales concernant les pics d’absorption, leur position et leur amplitude.

Les modifications de l’amplitude, de la position et de la largeur de bandes

fréquentielles des pics sont liées au matériau et à la géométrie de l'échantillon. Trois

paramètres interviennent :

- la mésoporosité φméso

- la taille des pores

- la résistivité des matériaux

L’augmentation de la concentration volumique en liant se traduit par :

- une diminution de la porosité ouverte du matériau donc de φméso (car le

volume des capillaires reste constant)

- une diminution de la perméabilité (i.e. une augmentation de σ).

La diminution de φméso intervient à deux niveaux sur les courbes d’absorption :

- glissement du premier pic vers les basses fréquences

- disparition du deuxième pic quand φméso devient trop faible (A3-2). On peut

donc considérer que φméso < 30 %, est une limite d’existence du second pic

De plus, l’amplitude des pics et leur largeur de bandes diminuent avec l’ajout de liant.

Ceci se produit généralement lorsque la taille des pores diminue. On peut penser que

l’entraîneur d’air contenu dans le liant crée des microbulles d’air qui diminuent la taille

moyenne des pores. On remplace le volume d’air occupé par l’air mésoscopique par du liant et

des bulles de taille plus réduite. La longueur caractéristique Λ dépendant uniquement de la

géométrie des pores va donc décroître. Or, cette longueur Λ influe sur la fréquence de diffusion

d'un milieu à double porosité, qui vaut :

- 219 -

Λ

= M

16 0f σ

πφméso

diffusionP (IV.19)

avec P0 : pression de l’air à T = 20°C

M : facteur de forme dépendant de la géométrie

Cette fréquence de diffusion détermine la limite à partir de laquelle les phénomènes de

diffusion de pression entre les mésopores et les micropores se produisent. Lorsque la taille

des pores augmente, Λ augmente donc fdiffusion diminue. Le pic d’absorption en basses

fréquences se décale alors vers les hautes fréquences et la largeur de bande de fréquences du

pic augmente.

2.3.3.3. Influence de l’épaisseur à formulation fixée

L’augmentation de l’épaisseur des échantillons se traduit par un tassement des pics

d’absorption pour les fréquences supérieures à 500 Hz et un décalage de la position

fréquentielle des pics vers les basses fréquences. Cependant, les effets ne sont pas aussi

marqués selon la quantité de liant.

Les formulations Toit et A3-75 présentent un décalage net des pics d’absorption vers

les basses fréquences et une stabilisation du niveau de α lorsque l’épaisseur augmente. Les

formulations Mur et Dalle présentent un décalage fréquentiel du premier pic d’absorption et

un tassement du second pic, jusqu’à atteindre un niveau d’absorption constant entre 500 et

2000 Hz (e = 30 cm). Les formulations A3-2 et Enduit présentent une diminution régulière de

l’absorption lorsque la fréquence augmente. L’augmentation de l’épaisseur décale le niveau

des courbes, tout en conservant la même pente.

Le décalage des pics vers les basses fréquences est un des effets de l’augmentation

d’épaisseur des échantillons.

La stabilisation du niveau d’absorption vient du fait qu’il existe une épaisseur limite

au-delà de laquelle les ondes ne pénètrent plus dans le matériau et ne peuvent donc plus être

amorties. Le niveau d’absorption devient constant. Il faut noter que cette valeur d’épaisseur

limite de 30 cm correspond à une configuration particulière d’un matériau poreux sur un

support rigide et imperméable, pour laquelle il n’y a pas d’ondes transmises.

- 220 -


3.3. Comparaison avec d’autres matériaux de construction

La représentation du coefficient d’absorption par octave permet de masquer les

variations locales d’absorption et de travailler sur les niveaux moyens de performances.

Les valeurs d’absorption sont supérieures à 0,50 pour des concentrations volumiques

en liant inférieures à 39 % (Tab.III. 6). Ces valeurs sont élevées en comparaison d’autres

matériaux de construction et s’expliquent par la forte perméabilité et la forte porosité ouverte

du matériau (Fig.IV. 24).

Les propriétés absorbantes de produits comme les briques, le contre-plaqué et le plâtre

sont quasi-inexistantes (α < 0,1) car ils sont peu perméables et ne laissent donc pas pénétrer

l’onde acoustique. Le béton cellulaire bien que très poreux (de l’ordre de 80% de vides)

présente une absorption limitée à 0,40. Ce résultat s’explique par le mode de fabrication de ce

matériau qui conduit à des pores non connectés entre eux. Le phénomène d’absorption par

frottements visqueux ne peut donc se produire car la perméabilité est trop faible (de l’ordre de

10-14 m2 contre 10-9 m2 pour du béton de chanvre). En revanche, le béton de bois présente des

coefficients d’absorption très élevés sur toute la gamme de fréquences justifiant ainsi son

emploi en tant que panneau isolant acoustique.

ρsec (kg/m3)Concentration volumique en

liantporosité totale φ

perméabilité (m2)

α

faibles dosages 250 9% 0,80 - >0,60

dosages intermédiaires 350 – 500 19% - 29% 0,70 - 0,79 3.10-9 à 6.10-9 0,50 - 0,90

forts dosages 600 - 660 40% 0,67 - 0,30 - 0,55Enduit 700 51% 0,59 2.10-9 0,35 - 0,55

Tab.III. 6: Bilan des caractéristiques acoustiques des bétons de chanvre

- 221 -

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

100 600 1100 1600Hertz

α

TOIT (10%)MUR (28%)DALLE (29%)A3-0,75 (22%)A3-2 (39%)ENDUIT

Fig.IV. 21 : Coefficient d’absorption par octave pour 10 cm d’épaisseur

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

100 600 1100 1600Fréquence (Hertz)

α TOIT (10%)A3-0,75 (22%)MUR (28%)DALLE (29%)A3-2 (39%)ENDUIT


- 222 -


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9


α TOIT (10%)A3-0,75 (22%)MUR (28%)


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1


α

Panneaux Béton Bois Système - Mur double face STRUCTA - e=13cmTOIT (25%)A3-0,75 (30%)MUR (33%)DALLE (34%)ENDUITA3-2(47%)Béton Cellulaire Siporex (e=5cm)

Fig.IV. 24 : Comparaison des coefficients d’absorption par octave de différents matériaux du génie civil

- 223 -

4. CONCLUSION

Les propriétés acoustiques du béton de chanvre ont été abordées du point de vue

expérimental au cours de cette thèse. Le but était de déterminer si ce matériau présentait un

intérêt quelconque en tant qu'isolant acoustique et le cas échéant dans quelle mesure. Compte

tenu de la grande porosité du béton de chanvre, l'étude du comportement en absorption a été

privilégiée. Ainsi, les valeurs des porosités, des perméabilités et du niveau d'absorption ont

été déterminées pour différentes formulations de matériau. On a ainsi pu tirer quelques leçons

concernant ce matériau. Tout d'abord, l'essentiel pour ne pas dire la totalité de la porosité du

matériau est ouverte. En conséquence, la perméabilité du béton de chanvre est de l'ordre de

10-9 m2 et le coefficient d'absorption varie entre 0,3 et 0,9 selon le dosage et la fréquence.

De plus, des pics d'absorption en basse fréquence (f ≈ 400 Hz) et en moyenne

fréquence (f ≈ 1200 Hz) sont observables tant que l'épaisseur de matériau est inférieure à

20 cm. Ces valeurs sont élevées par rapport à d'autres matériaux du génie civil testés dans des

conditions équivalentes. Il faut cependant rester prudent avec ces niveaux de α car ils sont

mesurés avec le tube de Kundt, pour un échantillon placé sur un support rigide et

imperméable. Les ondes transmises à travers le matériau sont minimisées, contrairement à ce

qui se passerait dans le cas d'un mur séparant deux pièces.

Ensuite, une difficulté expérimentale est apparue compte tenu de la sensibilité du

coefficient d'absorption à l'état de surface des échantillons. Selon le mode de surfaçage, la

perméabilité de surface varie, ce qui modifie le coefficient d'absorption. Nous avons choisi de

travailler sur des échantillons dont la surface a été talochée avec soin afin de se rapprocher de

la réalité.

Enfin, le béton de chanvre présente un comportement acoustique plus proche d'un

double poreux que d'un simple poreux. Ce résultat ne pourra être confirmé qu'en réalisant une

caractérisation complète des grandeurs acoustiques. Ce travail expérimental devrait faire

l'objet d'un futur travail de thèse.

- 224 -


- 225 -

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