Des bulles pour couper le son

Un simple rideau de bulles peut réduire les bruits au fond de l’eau. L’efficacité se perçoit intuitivement. Mais comment les bulles limitent-elles la propagation des ondes sonores ? Et comment peut-on les ajuster pour optimiser leur effet ? Ce sont les objectifs du programme Resibad(1), labellisé par le pôle Mer Bretagne, qui implique In Vivo Environnement, un bureau d’études en environnement marin et océanographique, et des chercheurs de l’Ensta Bretagne(2), dont Michel Arrigoni, coordinateur

De l’autre côté du rideau

Le premier rideau de bulles, encore appelé barrière diphasique (eau/air), a été conçu en 1925. Depuis, le brevet est tombé dans le domaine public. Mais s’il est possible d’en fabriquer, il n’est pas évident de le rendre efficace pour une situation donnée. « Un rideau mal calibré peut même entrer en résonance et amplifier la surpression incidente », souligne Michel Arrigoni, qui précise néanmoins que ce cas de figure est rare. Ce qui l’est moins, c’est un rideau mal calibré et donc moins efficace.

L’équipe de Resibad souhaite paramétrer les rideaux de bulles (répartition des bulles dans le rideau, rayon des bulles) en fonction des ondes à atténuer (pression, impulsion) et de la profondeur. Pour ce faire les scientifiques s’appuient sur un modèle prédictif mis au point à l’Ensta Bretagne, par Hervé Grandjean et exposé lors de sa thèse(3) soutenue en 2012. « Pour une menace donnée, onde sonore ou onde de souffle, on ajuste les paramètres du rideau : porosité, rayon des bulles. Le modèle indique alors de combien la menace est atténuée en termes de pression, d’impulsion ou d’énergie », explique Michel Arrigoni, enseignant-chercheur en détonique (science des ondes de choc et de détonation).

L’équation des bulles

Hervé Grandjean a précisé les mécanismes qui atténuent la surpression et les a traduits sous forme de modèle mathématique. Il considère ainsi que le rideau absorbe de l’énergie à l’onde de choc, entre autres, par la discontinuité des bulles (rupture d’impédance), par les frottements visqueux entre les bulles et l’eau, par des échanges thermiques et par la fission des bulles en plusieurs bulles plus petites.

Le modèle mathématique a été intégré dans un code de calcul pour former un outil prédictif. Aujourd’hui pour continuer ces travaux et notamment valider le modèle avec des ondes de choc calibrées, l’équipe Resibad attend des fonds.

La mise en place de rideaux de bulles en mer reste encore exceptionnelle. Mais elle pourrait se généraliser avec la multiplication des initiatives maritimes génératrices de bruit (lire article ci-contre) et compte tenu des incitations réglementaires qui se durcissent.