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Mission et objectifs
ÉMA est l’équipe des matériaux acoustiques structurés et écologiques du Groupe d’acoustique de l’Université de Sherbrooke (GaUS). Notre mission est de former des personnels de recherche hautement qualifiés (PHQ) et d’être des acteurs de recherche de premier plan dans le développement de nouvelles connaissances et technologies sur les métamatériaux acoustiques et sur les matériaux acoustiques écologiques. Notre mission vise à avoir une incidence importante sur quatre volets: (1) la caractérisation; (2) la modélisation, (3) la conception et (4) l’application, incluant le transfert technologique.
Le volet caractérisation vise à développer de nouvelles méthodes et technologies permettant une caractérisation fine des propriétés acoustiques, dynamiques, physiques et élastiques des matériaux structurés (métamatériaux) et écologiques. Souvent, ces matériaux sont poreux, ainsi les propriétés physiques étudiées sont la porosité ouverte, la résistance statique à l’écoulement d’air, la tortuosité, les longueurs caractéristiques visqueuse et thermique et la perméabilité statique thermique. De même, les propriétés dynamiques étudiées sont le masse volumique dynamique, le module de compression dynamique, l’impédance acoustique caractéristique, le nombre d’onde et la matrice de transfert.
Le volet modélisation vise principalement à mieux comprendre le lien entre la microstructure et le macro-comportement acoustique des matériaux structurés et écologiques. Des modélisations multi-échelles sont développées et confrontés à l’expérimentation. Des techniques de microscopie (µCT, SEM, optiques) et d’analyse d’images sont utilisées afin de caractériser la microstructure et d’en déterminer les paramètres microstructuraux qui alimentent les modèles multi-échelles. Ces modèles peuvent ensuite être utilisés pour mieux comprendre les phénomènes de propagation et de dissipation des ondes sonores et élastiques dans ces matériaux. Ils peuvent aussi être utilisés pour déterminer les propriétés macroscopiques physiques et élastiques de ces matériaux et prédire leurs comportements acoustiques et dynamiques. Enfin, ils sont utilisés pour optimiser la microstructure dans le but d’atteindre un maximum de dissipation acoustique.
Le volet conception vise à concevoir et fabriquer des prototypes de matériaux structurés et écologiques à bas TRL (1 à 3) afin de valider leur potentiel d’applicabilité et d’industrialisation, en plus de soulever les principaux défis sous-jacents à chacun. Ces prototypes sont imaginés et conçus grâce à une équipe interdisciplinaire regroupant des expertises en acoustique et matériau. En laboratoire ou chez des partenaires industriels, la fabrication de prototypes est réalisée. Les caractéristiques acoustiques et élastiques de ces prototypes sont ensuite validées en laboratoire grâce à une infrastructure unique au Canada (visiter la page du GaUS à www.gaus.ca).
Le volet application et transfert technologique vise à valoriser nos connaissances et notre savoir auprès d’entreprises œuvrant dans différents secteurs. Nous explorons aussi les possibilités d’application de nos développements sur les matériaux structurés et écologiques dans des produits existants. De même, nous explorons les possibilités de transfert technologique de nos trouvailles, de nos modèles et de nos technologie de caractérisation vers l’industrie.
Contexte à l′origine des travaux d′ÉMA
Des matériaux poreux partout dans la nature! À l’échelle de la longueur de Planck (10-33 cm), des physiciens décrivent l’espace comme une mousse quantique. À l’échelle du cosmos (>1026 cm), les galaxies se distribuent suivant la structure d’une mousse cosmique. Plus près de nous, des milieux poreux naturels se forment (nid d’abeille, sol, os). Cette omniprésence et les propriétés remarquables de ces milieux ont longtemps fasciné les ingénieurs qui s’en sont inspirés pour créer des matériaux poreux adaptés à différentes applications du génie mécanique: absorption et isolation sonores (mon créneau), refroidissement de composantes électroniques, implant et substitut osseux, structure légère, absorption d’impacts, électrode poreuse dans les piles à combustible, filtration et purification de l’eau.
Les matériaux poreux structurés par l’Homme, pour faire mieux que la nature! En général, la fabrication de matériaux poreux est basée sur des processus chimiques et physiques conventionnels et le mimétisme de milieux poreux naturels. Hors, les limites physiques de l’absorption sonore et de l’isolation sonore semblent atteintes avec ces matériaux conventionnels. Pour obtenir des propriétés hors du commun, l’Homme doit maintenant intervenir et structurer la matière de façon artificielle. Les physiciens nomment cette classe de matériaux, les métamatériaux. Le préfixe « méta » vient du grec, et signifie « au-delà ». Ainsi, métamatériau désigne un matériau aux propriétés dépassant celles des matériaux usuels et naturels, lesquelles découlent d’un arrangement naturel de la matière. Dans mon programme de recherche, on parle plutôt de métamatériaux acoustiques.
Les matériaux poreux renouvelables pour un développement durable ! Notre dépendance aux matières non renouvelables est très récente. En effet, 100 000 ans avant notre ère, l’Homme était dépendant à 100% de matériaux renouvelables. À la révolution industrielle, cette dépendance a chuté à 50%. Aujourd’hui, elle est à 96%. La population mondiale et la consommation de produits ne cessent de croître face à des ressources planétaires en quantité finie. Pour l’acousticien, le développement durable doit être plus qu’un buzzword. Il doit servir à concevoir des matériaux et des solutions acoustiques en respect avec la nature. Il faut offrir à l’industrie des matériaux acoustiques alternatifs efficaces et respectueux de l’environnement (matériaux renouvelables). Ces matériaux renouvelables sont issus de la biomasse comme la paille, le bois et les fibres naturelles (lin, chanvre, soja).