Une structure en treillis amortit les vibrations

Les vibrations du moteur d'un autobus peuvent se transmettre de manière désagréable au siège sur lequel on est assis. Dans le cas des avions à hélice et des hélicoptères, les vibrations de l'hélice ou du rotor rendent le vol instable et bruyant, et peuvent entraîner des dommages dus à la fatigue. Les ingénieurs cherchent donc à éviter les vibrations dans les machines, les véhicules et les avions. Une nouvelle structure de grille tridimensionnelle développée par des scientifiques de l'ETH pourrait désormais élargir les possibilités d'isolation des vibrations.

Les chercheurs, sous la direction de Chiara Daraio, professeure de mécanique et de matériaux, ont fabriqué la structure avec un espacement de grille d'environ 3,5 millimètres en plastique par impression 3D. Ils ont inséré dans le quadrillage des cubes en acier légèrement plus petits que des cubes de jeu, qui agissent comme des résonateurs. "Les vibrations ne se déplacent pas d'une extrémité à l'autre de la structure, mais sont absorbées par les cubes d'acier et les barreaux intérieurs en plastique. L'autre extrémité de la structure ne bouge pas", explique Kathryn Matlack, postdoctorante dans le groupe de Daraio.

Elément de construction stabilisant en même temps

Les matériaux destinés à amortir les vibrations existaient déjà auparavant. Dans les véhicules, les machines et les appareils ménagers, les vibrations sont en partie absorbées à l'aide de matériaux spéciaux, généralement souples. La nouveauté de la structure absorbant les vibrations des chercheurs de l'ETH réside dans le fait qu'elle est rigide et peut donc être utilisée en même temps comme élément porteur de force, par exemple dans la construction de machines ou justement dans les rotors d'avions et les hélices d'hélicoptères.

Autre grand avantage de la nouvelle structure : par rapport aux matériaux absorbants souples existants, elle peut absorber une gamme beaucoup plus large de vibrations, qu'elles soient rapides ou lentes. La nouvelle structure est notamment plus efficace pour les vibrations relativement lentes. "Nous pouvons dimensionner la géométrie de la structure de manière à pouvoir amortir des vibrations de quelques centaines à quelques dizaines de milliers de fois par seconde (hertz)", explique la professeure Daraio de l'ETH. "C'est également dans cette plage que se situent les vibrations perceptibles par l'ouïe, qui provoquent des bruits indésirables et réduisent le rendement des machines et des véhicules".

Pour les éoliennes et l'aérospatiale

Théoriquement, il est possible de construire une telle construction en aluminium et autres métaux légers plutôt qu'en plastique, explique Matlack. En principe, il faut simplement une combinaison de matériau de grille léger et de résonateurs intégrés dans celui-ci avec une grande densité de masse, la géométrie de la structure de grille et des résonateurs devant à chaque fois être adaptée de manière optimale l'une à l'autre en vue des vibrations attendues.

En principe, les absorbeurs de vibrations sont prêts pour des applications techniques, dit Matlack, avec comme limite le fait que la technique d'impression 3D est surtout axée sur des mini-séries et présente actuellement encore des inconvénients par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles en ce qui concerne les propriétés des matériaux, par exemple en ce qui concerne la résistance aux charges. Dès que la technologie d'impression 3D sera prête pour une utilisation industrielle, rien ne s'opposera à une application à grande échelle. D'autres domaines d'application pourraient être les rotors d'éoliennes. Une minimisation des vibrations permettrait d'augmenter le rendement. En outre, des applications seraient envisageables dans la construction de véhicules et d'avions ainsi que pour les fusées spatiales.