1. Introduction
Ce projet vise à développer un absorbant acoustique à partir de panic érigé dans le but de l’utiliser pour des applications acoustiques en intérieur afin d’être une alternative à la laine de verre. Le produit recherché devra respecter le principe de développement durable. Ainsi, les questions environnementales, économiques et sociétales sont à prendre en compte. Le produit devra être fabriqué localement avec des ressources renouvelables tout en minimisant le transport et l’énergie nécessaire pour son cycle de vie au complet. L’utilisation du panic érigé est une avenue dans la mesure où cette plante pousse sans apport particulier de l’homme et fournit une quantité de paille abondante (quatre fois plus que le blé). Son implantation permettrait de valoriser les terrains peu cultivables des agriculteurs. Des produits commerciaux dits « verts » existent mais ils sont principalement utilisés pour l’isolation thermique et non acoustique. Ainsi, le projet se découpent en quatre étapes principales : la caractérisation acoustique de la plante et sa modélisation ; la modélisation, la conception et l’optimisation d’un absorbant acoustique à partir de cette plante.
2. Le panic érigé
Figure 1. Le panic érigé – des racines aux tiges – Source (http://en.wikipedia.org/wiki/Panicum_virgatum)
L’utilisation du panic érigé pour ce doctorat n’est pas anodine. En effet, cette plante suscite l’intérêt du Québec vis-à-vis des débouchés qu’elle peut fournir . De son nom latin, le Panicum Virgatum (Figure 1.) est une plante graminée (fibreuse), comme le bambou ou la canne à sucre. Sa répartition naturelle va du continent nord-américain à l’Amérique centrale et est une des principales espèces des prairies Nord-américaine. Il est constitué de tiges pouvant aller jusqu’à 2 m de haut. Il se développe à partir de ses rhizomes et ses racines peuvent aller jusqu’à 2m de profondeur. Il s’établit lentement après le semis (environ 2 ans) puis est productif pendant 10 ans. Cette plante s’adapte à tous types de sols bien que Girouard et al. aient établi qu’elle préfère les sols sablo-limoneux aux argilolimoneux froids. Par son système racinaire et sa nature vivace, elle exploite les sols plus profondément que les cultures habituelles (blé, orge, etc.). Son métabolisme photosynthétique de type C4 (semblable au maïs) valorise mieux les intrants (engrais, amendements) et la pluviométrie qu’une céréale. Les variétés de panic érigé peuvent être classées en deux catégories : les « lowland » et les « upland » . Les « lowland » sont implantés dans des terrains inondables tandis que les « upland » sont utilisés pour des terrains secs et élevés. Malgré leur rendement élevé (26 tonnes par hectare au maximum par rapport à 11 tonnes par hectares pour l’autre catégorie), les « lowland » sont à proscrire au Canada vu leur grande sensibilité à l’hiver. Ainsi, les « upland » seront des cultures bien plus fiables et à moindre risque. La Figure 2 présente le rendement pour différentes variétés de panic érigé. Il s’est avéré que la variété « cave-in-rock » est la mieux adaptée au Québec de par son rendement. C’est pourquoi, cette variété est utilisée pour ce projet. Pour finir, le panic érigé est utilisé pour la production d’énergie renouvelable (e.g. granulés combustibles et bioéthanol), pour maintient le sol et, ainsi, réduit l’érosion et peut également servir de litière.
Figure 2. Rendement de différentes variétés de panic érigé de type « upland » – Source
3. Absorption du panic érigé
Le panic érigé se présente sous forme de balles de paille. Deux configurations d’orientation du panic érigé ont été testées (Figure 3.). Une configuration, appelée « longitudinale », où les tiges de la plantes sont orientées dans le sens de propagation de l’onde sonore et une autre configuration, appelée « en vrac », où la plante est coupée pour obtenir des tiges de longueur comprise entre 5 et 40 mm.
Figure 3. Panic érigé dans la configuration « longitudinale » (à gauche) et en « vrac » (à droite)
La configuration longitudinale est composée de tiges d’une longueur de 5 cm en empilement compact dans un cylindre de diamètre 44.5 mm. La Figure 4 montre la courbe d’absorption obtenue dans un tube d’impédance de diamètre 44.5 mm. C’est un comportement résonateur quart d’onde du fait que la longueur d’onde du premier pic d’absorption correspond à 4 fois celle de l’épaisseur de l’échantillon. Cette situation se retrouve également dans la publication de Oldham avec les tiges de bambou.
Figure 4. Coefficient d’absorption pour des tiges de paille de 50 mm de long en configuration « longitudinale »
La configuration dite « en vrac » est composée de tiges, d’une longueur variant de 5 à 40 mm, insérées dans un cylindre de diamètre et de longueur 100 mm. L’orientation des tiges est aléatoire. La Figure 5 montre la courbe d’absorption obtenue dans un tube d’impédance de diamètre 100 mm. La paille présente un comportement résonateur mais possède une très bonne absorption (>0.8) pour des tiges d’environ 1 cm de long.
4. Références