Acoustics of Building Materials based on Plant Fibers and Particles : Tools for Characterization, Modelling and Optimization

Acoustique des Matériaux du Bâtiment à base de Fibres et Particules Végétales - Outils de Caractérisation, Modélisation et Optimisation

Philippe Glé (1)

1 ERA 32 Acoustique - Equipe recherche associée au LCPC - ERA 32 Acoustique

New thermal regulations are currently implemented in buildings in order to save energy, leading to new kinds of materials. However, noise annoyance should not be neglected. Materials based on plant particles and fibers, such as hemp concrete and hemp/flax wools, are characterized by high-level multifunctional properties and are suitable solutions in this context. The aim of this thesis is to investigate the acoustical properties of these materials, and to highlight their multiscale behaviour. For this purpose, the physical and acoustical properties of plant wools, shiv and hemp concretes were characterized, and analyzed using the theory of acoustics in single and multiscale porous media. Our experimental program showed that the high-level acoustical properties of these materials can be controlled by the characteristics of their constituents and their manufacturing process. It is further highlighted that, given the permeability contrast existing between micropores (intrafiber, intraparticle, and intrabinder pores) and mesopores (interfiber or interparticle pores), only mesopores do take part in the acoustical dissipation. In this context, semi-phenomenological models have been used to predict the acoustical properties from the basic parameters of wools, shiv and hemp concretes. This model is finally used to show that the acoustical properties of these materials can be optimized using their formulation, multilayer structure and surface geometry ; and to realize a quality check of hemp aggregates characteristics.

Dans le bâtiment, de nouvelles réglementations thermiques sont mises en place afin de répondre à des problématiques d'économie d'énergie, et font apparaître de nouveaux types de matériaux. Cela ne doit pas se faire au détriment des propriétés acoustiques. Les matériaux à base de particules et fibres végétales, tels que le béton de chanvre et les laines chanvre/lin, sont caractérisés par des propriétés multifonctionnelles de haut niveau et constituent des solutions parfaitement adaptées à ce contexte. L'objectif de ce travail de thèse est d'explorer les propriétés acoustiques de ces matériaux, et plus particulièrement de mettre en évidence la contribution de leurs différentes échelles de porosité à la dissipation acoustique. A cette fin, les propriétés physiques et acoustiques de laines végétales, de chènevottes et de bétons de chanvre ont été caractérisées, et analysées en s'appuyant sur la théorie des matériaux poreux à simple et multiple échelle, développée dans la littérature. La campagne expérimentale a permis de souligner les performances acoustiques élevées de ces matériaux, pouvant être contrôlées par des leviers d'action relatifs au choix de leurs constituants et de leur mise en oeuvre. Il est de plus montré qu'étant donné le gradient de perméabilité existant entre les micropores (pores intrafibres, intraparticules et intraliants) et les mésopores (pores interfibres et interparticules), seuls les mésopores participent à la dissipation acoustique. Dans ce cadre, des modèles semi-phénoménologiques sont utilisés afin de prédire les propriétés acoustiques à partir des paramètres de base des constituants. Cette modélisation est finalement exploitée à travers une optimisation des propriétés acoustiques des matériaux à partir de leur formulation, leur structure multicouche et leur géométrie de surface. Des méthodes de caractérisation des matériaux par mesures acoustiques sont également proposées afin de réaliser un contrôle de qualité des granulats de chanvre.

Mots clés: Shiv; Hemp Concrete; Plant Particles; Porous Media; Acoustical Properties; Multiscale; Multifunctional

Mots clés: Chènevotte; Béton de Chanvre; Particules Végétales; Matériaux Poreux; Propriétés Acoustiques; Multi-échelle; Multifonctionnel

Domaines: Acoustique [physics.class-ph]; Acoustique [physics.class-ph]

Philippe Glé. Acoustique des Matériaux du Bâtiment à base de Fibres et Particules Végétales - Outils de Caractérisation, Modélisation et Optimisation. Acoustique [physics.class-ph]. INSA de Lyon, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00923665⟩