Science des matériaux
Le Silence Né de la Soie : Un Nouvel Horizon s’Ouvre pour Combattre la Menace du Bruit
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Le silence est précieux. Selon l’American Institute of Stress, jusqu’à 77 % des personnes aux États-Unis montrent certains signes physiques de stress dans leur vie quotidienne, et une période de silence chaque jour peut les aider à se détendre et à réduire les niveaux de stress.
Le silence aide à abaisser la tension artérielle, à améliorer la concentration et la focalisation, à améliorer l’insomnie, à encourager la pleine conscience, et plus encore.
Mais est-il facile d’atteindre le silence dans la vie urbaine que nous menons aujourd’hui ? Prenons Mumbai, la capitale commerciale de l’Inde, par exemple. Elle a vu ses niveaux de bruit atteindre près de 124 décibels. De tels niveaux sonores élevés se situent quelque part entre l’utilisation d’une tronçonneuse (120 dB) et le décollage d’avions militaires.
À New York, le Department of Buildings de la ville a reçu jusqu’à 3 700 plaintes pour bruit en un an, incluant les bruits de construction, la congestion du trafic (75 dB à 80 dB), les sifflements du métro (80 dB à 100 dB) et les marteaux-piqueurs (110 dB).
La question est, comment trouver un lieu de calme lorsque nos composantes quotidiennes inévitables sont aussi bruyantes ?
Les chercheurs réfléchissent à des solutions depuis un certain temps déjà. Une collaboration interdisciplinaire de chercheurs du MIT et d’ailleurs a développé une solution : un tissu de soie suppressif du son.
Tissu de Soie Suppresseur de Son pour Créer des Espaces Calmes
Le tissu utilisé dans la soie est à peine plus épais qu’un cheveu humain. L’application d’une tension fait vibrer la fibre qui a été utilisée pour créer ce tissu. Ce sont ces vibrations qui aident à supprimer le son.
À un niveau primaire et plus prévisible, les ondes sonores générées par le tissu vibrant interfèrent avec le bruit indésirable et les annulent. Cette technique est efficace uniquement lorsqu’elle est appliquée dans un petit espace. Les écouteurs à réduction de bruit, puisqu’ils fonctionnent uniquement dans l’espace limité de nos oreilles, tirent parti de ce principe d’annulation du bruit.
Mais ce tissu va un pas au-delà de la réduction de bruit conventionnelle en supprimant les vibrations qui sont fondamentales à la transmission du son. Il peut supprimer le son dans un espace beaucoup plus grand, comme celui d’un salon.
Les chercheurs ont testé l’efficacité des deux méthodes de suppression du bruit. En mode suppression directe, le tissu de soie pouvait réduire le volume des sons jusqu’à 65 décibels. Dans le second mode, où l’annulation des vibrations est la clé, le tissu pouvait réduire la transmission du son jusqu’à 75 %.
Un autre aspect crucial de l’invention était qu’elle utilisait des matériaux facilement trouvables comme la soie, la toile et le mousseline. Elle possède de nombreuses applications concrètes, telles que la création de cloisons dans les espaces de travail ouverts et la mise en place de murs en tissu fin pour empêcher le son de traverser.
En parlant du succès que cette soie suppressive du son pourrait atteindre, Yoel Fink, professeur dans les départements de Science et Génie des Matériaux ainsi que d’Ingénierie Électrique et Informatique, a déclaré :
« Le bruit est beaucoup plus facile à créer que le silence. Pour empêcher le bruit d’entrer, nous consacrons beaucoup d’espace à des murs épais. Le travail de [First author] Grace offre un nouveau mécanisme pour créer des espaces calmes avec une fine feuille de tissu. »
Cependant, ce n’est pas la première fois que le groupe de chercheurs impliqué dans cette tentative adopte une approche novatrice pour supprimer le son. Le groupe a essayé de créer des microphones en tissu en cousant un seul fil piézoélectrique dans le tissu. Ces matériaux piézoélectriques produisaient un signal électrique lorsqu’ils étaient comprimés ou pliés. Ils convertissaient également les vibrations sonores en signaux. Bien que la méthode puisse prouver son utilité, elle ne pouvait pas fonctionner au-delà d’un espace limité.
Avec la recherche actuelle sur la fibre de soie suppressive du son, les chercheurs souhaitent examiner comment leur solution pourra bloquer le son de multiples fréquences à l’avenir.
Selon Grace Yang :
« Il y a de nombreux réglages que nous pouvons ajuster pour rendre ce tissu suppressif du son efficace. Nous voulons amener les gens à réfléchir au contrôle des vibrations structurelles pour supprimer le son. Ceci n’est que le début. »
Le désir d’éliminer le bruit indésirable est un symptôme de notre époque. Les chercheurs ont été inspirés à développer des solutions dans ce domaine. Il y a quelques années, des chercheurs ont tenté d’exploiter les métamatériaux acoustiques pour bloquer le son.
Obtenir le Silence grâce aux Métamatériaux Acoustiques
En termes scientifiques fondamentaux, un les métamatériaux sont « matériaux artificiellement structurés qui contrôlent et façonnent le flux d’ondes électromagnétiques ou éventuellement tout autre type d’ondes physiques. »
Xin Zhang, professeur de génie mécanique à l’Université de Boston, a développé cette solution suppressive du silence, construite avec des métamatériaux acoustiques, pour bloquer le bruit tout en préservant le flux d’air.
Zhang a formé une équipe avec l’étudiant en doctorat Reza Ghaffarivarda et a utilisé des métamatériaux, des calculs mathématiques et une conception structurelle ouverte en forme d’anneau pour créer un silencieux ouvert capable de maintenir une ventilation efficace tout en réduisant les ondes acoustiques indésirables jusqu’à 94 %.
Le dispositif de silence que le duo a conçu peut être nommé ou considéré comme un « silencieux à métamatériaux acoustiques ultra‑ouvert » qui possède une grande ouverture centrale avec 60 % de flux d’air. Son port central est entouré de six canaux hélicoïdaux. En conséquence, le port peut générer une onde hors phase du côté de l’émetteur. Les ondes acoustiques qui résultent de l’impact sur les canaux centraux et hélicoïdaux s’annulent mutuellement, neutralisant ainsi la transmission et créant le silence.
Pour une mise en œuvre fonctionnelle sur le terrain, les chercheurs ont scellé un haut‑parleur à une extrémité d’un tuyau en PVC et fixé le silencieux à métamatériaux acoustiques à l’autre extrémité. Le son était diffusé à travers le haut‑parleur à volume élevé à l’extrémité fermée du tuyau et ne pouvait pas être entendu à l’extrémité ouverte tant que le silencieux n’était pas présent.
En expliquant ses plans avec la solution, qui a déjà suscité l’intérêt de grandes entreprises de divers secteurs, Zhang a déclaré :
« Le silencieux à métamatériaux ultra‑ouvert offre le potentiel d’atténuer le bruit environnemental provenant de sources diverses. Nous sommes enthousiastes à l’idée d’explorer de nombreuses nouvelles opportunités où notre conception pourrait bénéficier aux personnes, à notre environnement et aux conditions de travail en réduisant le bruit. »
Il est maintenant clair que ces solutions, indépendamment de leur apparence simple grâce à leurs conceptions efficaces, sont efficaces pour atteindre leur objectif. Il est tout à fait évident que les entreprises du secteur du son et de l’acoustique réfléchiront à de telles solutions. Ci-dessous, nous discuterons de quelques entreprises qui ont investi recherche et ressources pour trouver de nouvelles façons de supprimer le bruit.
#1. Silentium
Silentium est connu pour sa technologie unique de Contrôle Actif du Bruit (ANC). Elle propose une solution de gestion du son perturbateur à spectre complet impliquant des algorithmes propriétaires. Ces algorithmes peuvent s’adapter aux changements du spectre de bruit et obtenir des résultats d’une réduction du bruit d’environ 10 dB (A).
Comme la soie suppressive du son, les solutions de Silentium fonctionnent également dans des espaces relativement plus grands, comme l’intérieur d’une voiture. Sa technologie « Quiet Bubble » réduit le bruit en synthétisant les caractéristiques physiques du champ de bruit indésirable dans une zone de calme souhaitée. La méthode est construite sur un algorithme multicanal capable de contrôler le champ sonore produit par un réseau d’enceintes.
La solution Silentium Quiet Bubble peut être utilisée sur des appareils ménagers bruyants, dans les produits automobiles pour réduire le son provenant du vent, des pneus, du moteur et du CVC, dans les installations industrielles pour créer un environnement de travail calme, et même dans les modes de transport tels que les trains, les aéroports et les gares.
La solution complète Quiet Bubble de Silentium est proposée en tant qu’offre clé en main comprenant à la fois des éléments logiciels et matériels.
Selon les dernières nouvelles, Silentium a réalisé une levée de fonds de série D étendue. L’entreprise a clôturé la levée avec un total de 63 millions de dollars US. Menora Mivtachim et Meitav Dash, deux investisseurs institutionnels israéliens, ont mené la ronde.
L’entreprise compte également le leader mondial de l’électronique Molex parmi ses investisseurs. En donnant une idée de ce à quoi pourrait ressembler l’avenir pour Silentium, Yoel Naor, le PDG de l’entreprise, a déclaré :
« Nous accueillons de nouveaux partenaires qui partagent la même passion pour l’acoustique et voient la valeur d’améliorer la confidentialité et le bien‑être grâce à des espaces sonores personnels. Avec cet nouvel investissement, nous allons augmenter le développement et le déploiement de nos solutions logicielles Active Acoustics pour les constructeurs automobiles et les fournisseurs du secteur – surtout à mesure que les exigences NVH évoluent dans la nouvelle ère de la mobilité électrique et autonome. »
#2. Zero Sound
L’entreprise promet une annulation active du bruit de haute qualité pour une gamme de cas d’utilisation, de l’intérieur d’un taxi bruyant aux grands stades extérieurs. L’extension est possible car la solution centrale est composée d’un panneau. Le nombre de panneaux peut être augmenté pour annuler le bruit selon le domaine d’application. Zero Sound affirme que ses solutions peuvent annuler activement le bruit, le réduisant jusqu’à 92 %.
En déployant plus de dix panneaux actifs de suppression numérique du bruit ZS ensemble, on peut répondre aux besoins d’annulation du bruit des complexes industriels, des chantiers de construction, des stades, des traversées ferroviaires et routières.
Entre un et neuf panneaux suffisent pour créer un réseau de suppression pour les générateurs d’électricité, les équipements industriels, le forage et les chantiers de construction.
Plus de cinq panneaux suffisent pour un espace fermé, comme ceux que l’on trouve dans les intérieurs de bureaux, les hôpitaux, les salles serveurs et les hôtels. Et n’importe où entre un et quatre panneaux est suffisant pour les cabines des véhicules d’urgence, les équipements lourds et les équipements agricoles.
Selon les données disponibles, Zero Sound a clôturé une levée de fonds de CA $880 000 en mai 2018.
Lutter contre le Bruit : le Danger Omniprésent des Limites Croisées
L’Union européenne, sans ambiguïté, reconnaît la pollution sonore comme un problème majeur, tant pour la santé humaine que pour l’environnement. Alors qu’une exposition à long terme au bruit peut entraîner de l’irritation, des troubles du sommeil et des effets négatifs sur le cœur humain et le système métabolique, le bruit environnemental peut entraîner des enfants cognitivement altérés.
Selon les estimations de l’EEA, le bruit environnemental est la cause principale de 48 000 nouveaux cas de maladie cardiaque ischémique chaque année et de 12 000 décès prématurés. Le bruit environnemental contribue également à une forte irritation chronique chez 22 millions de personnes et à des troubles du sommeil chroniques chez 6,5 millions de personnes. Plus de 12 000 écoliers souffrent d’un trouble de la lecture à cause du bruit des avions uniquement.
Lutter contre les dangers du bruit, donc, est une tâche qui nécessite une lutte globale. L’un des domaines les plus vulnérables parmi tous, où un grand nombre de personnes sont affectées dans un espace très restreint, est l’espace industriel.
Les chiffres suggèrent la possibilité que jusqu’à 22 millions de travailleurs américains soient exposés à des niveaux de bruit dangereux au travail. De nombreuses nouvelles stratégies ont été déployées pour garder cette menace du bruit industriel sous contrôle.
L’amortissement à couche contrainte — réalisé en plaçant le matériau d’amortissement entre deux feuilles métalliques — a été une méthode utile pour réduire les vibrations générées par les machines.
À des fins domestiques, un groupe de chercheurs à Singapour a proposé l’idée innovante de fenêtres à annulation de bruit. L’installation de ces solutions système sur les grilles de fenêtres peut réduire les sons entrants de 50 %.
Les capteurs jouent un rôle clé dans le succès de cette méthode. Ces capteurs détectent le bruit entrant et émettent un son avec une forme d’onde similaire mais inversée afin que ces ondes sonores hors phase puissent contrer les ondes entrantes, les dissipant avant qu’elles n’avancent davantage.
L’une des solutions les plus sophistiquées et passionnantes apparues ces dernières années est la mousse d’insonorisation à base de nanotechnologie. Elle utilise la nanotechnologie pour transformer les ondes sonores en chaleur. La solution est accessible et prête à être mise à l’échelle, car elle utilise la mousse d’insonorisation disponible en magasin comme base. Cette mousse est ensuite injectée d’une nanopoudre pour créer des canaux microscopiques à l’intérieur. Ces canaux ou tubes transforment les vibrations acoustiques en chaleur, dissipant le son.
Combattre la menace du son nécessite davantage de solutions innovantes et la volonté des grands fabricants et acteurs de l’industrie d’investir judicieusement dans des solutions de suppression du son. Comme le son n’est pas visible, sa menace échappe souvent aux radars. Sa nocivité ne devient apparente que lorsque nous réalisons les dommages qu’il a causés à nos corps et à notre être intérieur. Cela nécessite davantage de sensibilisation, c’est certain !
