Locally heterogeneous three-dimensional fibrous media : Representative elementary volumes and calculation of acoustic properties
Milieux fibreux tridimensionnels localement hétérogènes : volumes élémentaires représentatifs et calcul des propriétés acoustiques
Résumé
This thesis explores the complex relationship between the structures, acoustic properties, and manufacturing processes of non-woven fiber materials. Two families of composite fibrous media, derived from recycled textile fibers and recycled PET fibers, were studied, offering a diversity of polydispersity. Through microstructural characterization and numerical homogenization, this research identified key parameters associated with transport and sound absorption properties.The volume-weighted mean diameter Dv and inverse volume weighted mean diameter Div were found to be essential geometric descriptors. They explain acoustic behaviors at different frequencies, revealing that viscous and thermal exchanges occur through the widest channels of the microstructure at low frequencies; while at high frequencies, the acoustic signature is influenced by the entire microstructure, including the smallest constrictions.The original contributions of this research include (1) the development of Representative Elementary Volumes (REVs) for polydisperse fibrous media; (2) solving an optimization problem based on the degree of polydispersity; (3) and proposing an experimental technique to estimate transport properties at high frequencies.In summary, this thesis offers promising perspectives for understanding and optimizing the acoustic properties of polydisperse fibrous media while identifying crucial microstructural descriptors for these complex materials
Cette thèse explore les relations complexes entre microstructures, propriétés acoustiques et processus de fabrication des matériaux fibreux non tissés. Elle étudie deux familles de milieux fibreux composites, issues de fibres textiles recyclées (coton, PET), offrant une diversité de polydispersité. Grâce à la caractérisation microstructurale et à l'homogénéisation numérique, ces travaux ont permis d'identifier les paramètres clés associés aux propriétés de transport et d'absorption sonore.Les diamètres moyens pondérés en volume Dv et en volume inverse Div se sont révélés être des descripteurs géométriques essentiels. Ils expliquent les comportements acoustiques à différentes fréquences, révélant que les échanges visqueux et thermiques se produisent à travers les canaux les plus larges de la microstructure à basse fréquence, tandis qu'à haute fréquence, la signature acoustique est influencée par l'ensemble de la microstructure, y compris les étranglements les plus petits. Les contributions originales de cette recherche comprennent (1) le développement des Volumes Élémentaires Représentatifs (VERs) pour les milieux fibreux polydisperses; (2) la résolution d'un problème d'optimisation basé sur le degré de polydispersité; (3) et la proposition d'une technique expérimentale pour estimer les propriétés de transport à hautes fréquences de milieux fibreux résistifs. En somme, cette thèse offre des perspectives prometteuses pour la compréhension et l'optimisation des propriétés acoustiques des milieux fibreux polydisperses, tout en identifiant les descripteurs microstructuraux cruciaux pour ces matériaux complexes
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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