Pourquoi un matériau isole du son ?
La capacité d'isolation d'un matériau dépend de plusieurs paramètres dont sa densité, sa masse, sa stucture ou sa quantité (épaisseur). Mais contrairement à ce que l'on peut penser, ce n'est pas parce qu'un matériau est plus dense qu'il va mieux isoler. En effet, on a tendance à oublier que l'air est également un isolant, comme le prouve la technique du double vitrage (deux plaques de verre séparées par une lame d'air) qui s'est très rapidement répandue depuis sa conception.
L'isolation idéale (thermique et phonique) consisterait à utiliser le principe masse-ressort-masse et à conserver un vide quasi-total en guise d'isolant... Mais la pression atmosphérique est trop élevée au niveau de la mer pour permettre la conception d'une technique de ce genre et encore plus pour sa commercialisation.
Mais alors, pourquoi la laine de verre isole plus que les autres matériaux ?
La laine de verre fait partie des matériaux composés de fibres, qui sont de tous petits fils collés les uns aux autres lors de la fabrication (comme une botte de paille). Cette structure permet de contenir beaucoup d'air entre chaque fibre et donc de reproduire plusieurs fois à moindre échelle les phénomènes de réverbération et d'absorption à l'intérieur de l'isolant. C'est grâce à cela que la laine de verre isole autant.
Pourquoi la mousse acoustique isole moins ?
Il est vrai que le fait que la mousse acoustique isole moins que la laine de verre peut mener à certaines questions... Nous avons donc fait des recherches et avons découvert qu'en fait, ce matériau n'est absolument pas fait pour l'isolation acoustique mais pour le traitement acoustique, ce qui n'est pas la même chose. Effectivement le traitement acoustique est l'atténuation des premières réflexions du son par la première masse, ainsi l'intérêt de la mousse acoustique est qu'elle améliore la qualité du son en diminuant la réverbération du son lorsqu'elle est positionnée contre la première masse (à l'intérieur de la pièce), les pointes vers l'intérieur.
Ainsi en plus d'isoler la pièce, on peut placer de la mousse acoustique sur les murs de façon à améliorer la qualité d'écoute (avec une touche d'esthétisme), ce qui peut profiter à quelqu'un dont la profession est DJ par exemple.
Une structure lacunaire
La matière a une composition lacunaire, c'est à dire qu'elle est principalement composée de vide. Comme le montre Rutherford avec "l'expérience de la feuille d'or"*, l'atome est composé d'un noyau et d'électrons gravitant autour grâce à une intéraction forte, la taille de l'atome étant délimitée par le trajet de l'électron le plus lointain du noyau. Le noyau étant à peu près 100 000 fois plus petit que l'atome, le principal constituant de l'atome est le vide entre les électrons et le noyau. Sachant que les molécules sont composées d'atomes, elles ausssi sont presque totalement constituées de vide et ainsi de suite...
Par analogie on peut parler de porosité de la matière quand un matériau contient de minuscules cavités allant de 0 à 100 nanomètres de diamètre et que celles-ci sont remplies par un fluide (liquide ou gaz). On appelle ces cavités des pores.
Une structure poreuse peut être :
- fermée lorsque les pores ne sont pas reliés entre eux. Une technique de fabrication (notament du verre cellulaire) consiste à chauffer un matériau et le faire mousser avec un gaz isolant puis le refroidir dans des conditions rigoureusement contrôlées, produisant un matériau de structure cellulaire parfaitement close. Ainsi, ces millions de pores contenant du gaz isolant constituent une quasi-parfaite protection phonique et thermique.
- ouverte, lorsque les pores sont reliés entre eux (exemples : brique, béton) et forment des canaux très fins. On peut comparer la structure de ces matériaux à celle d'une éponge.
Lorsque la structure est ouverte, elle permet :
La structure d'un solide est donc composé d'un squelette et de pores saturés d'air (ici on compare les pores aux trous d'un gruyère).
Lorsqu'un son traverse un matériau poreux, les pores bloquent le passage du son. Un matériau très poreux est logiquement très isolant acoustiquement parlant.
La porosité d'un matériau est définie par le rapport du volume du fluide saturant le milieu poreux sur le volume total de l'échantillon. Cette grandeur est sans unité et peut varier de 0 (matériau non poreux donc qui isole mal voire pas) à 1 (fluide libre).
*L'expérience de Rutherford consiste à bombarder une feuille d'or extrêmement fine de particules alpha. On peut ensuite observer que la majorité des particules traversent la feuille d'or sans déviation, ni absorption. Par contre, certaines particules sont légèrement déviées et d'autres sont même rejetées en arrière. Il démontra ainsi l'invalidité du modèle de Thomson qui présentait l'atome comme une "soupe" de charges positives dans laquelle baignaient les électrons. Il déduisit de son expérience le modèle planétaire de l'atome (aujourd'hui encore utilisé pour simplifier la représentation de l'atome) selon lequel les électrons gravitent autour du noyau (comme les planètes autour du soleil). Cela signifie donc que mis à part le noyau et les électrons, un atome est essentiellement constitué de vide.