n° : année 2013 École doctorale ed-494 jean-henri … · iii remerciements ce travail a été...

N° : Année 2013

École Doctorale ED-494 Jean-Henri Lambert Université de Haute Alsace (UHA)

Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles (LPMT)

THÈSE

Présentée pour obtenir le grade de

Docteur de L’Université De Haute Alsace

Discipline : Mécanique

Par

HADJ LATROCH

CONTRIBUTION AU DÉVELOPPEMENT DE NOUVEAUX

OUTILS DE CARACTÉRISATION MÉCANIQUE DES ÉTOFFES :

Contribution à l’étude et à la caractérisation de la signature

sonore du frottement des étoffes.

Membre du Jury:

Prof. Margarita Neznakomova Technical University, Sofia. Rapporteur

Dr. Daniel Dupont (HDR) HEI, Lille Rapporteur

Dr. Véronique Zimpfer ISL, Saint-Louis. Examinatrice

Dr. Emilie Drean. ENSISA, Mulhouse Examinatrice

Prof. Laurence Schacher ENSISA, Mulhouse Directeur de thèse

Prof. Dominique Adolphe ENSISA, Mulhouse Directeur de thèse

III

REMERCIEMENTS

Ce travail a été effectué au sein du Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles de

Mulhouse. Je remercie son directeur, durant ma période de thèse, M. Jean-Yves Drean et

tous les membres du LPMT pour leur accueil.

J’exprime toute ma reconnaissance à mes directeurs de thèse, Mme Laurence Schacher, et

M. Dominique Adolphe pour leur encadrement, leur disponibilité et leurs conseils tout au long

de cette étude.

Je voudrais remercier les rapporteurs de cette thèse Mme Margarita Neznakomova,

Professeur des Universités à la Technical University Sofia, et M. Daniel Dupont, HDR,

responsable du pôle matériaux à HEI.

Je remercie également Mme Véronique Zimpfer et Mme Emilie Drean pour leurs aides

et leurs conseils.

Je remercie bien-sûr tous mes collègues et l’ensemble des personnes que j’ai connu tout au

long de ces trois années que j’ai passé au sein du laboratoire pour leur immense soutien moral

dont ils ont fait preuve.

Que toutes les personnes qui m’ont un jour aidé ou conseillé soient aussi remerciées.

IV

SOMMAIRE

REMERCIEMENTS ............................................................................................................III

Liste des figures : .................................................................................................................. X

Liste des tableaux ............................................................................................................... XX

Glossaire ......................................................................................................................... XXIII

INTRODUCTION GÉNÉRALE ...........................................................................................1

1. Introduction ........................................................................................................................1

CHAPITRE 1 GÉNÉRALITÉS SUR LE TEXTILE ET LE PHÉNOMÈNE DE

FROTTEMENT .....................................................................................................................4

1. Généralités sur les étoffes textiles ......................................................................................5

1.1. La fibre .........................................................................................................................5

1.2. Le fil .............................................................................................................................6

1.3. L’étoffe textile ..............................................................................................................7

1.3.1 Les étoffes tissées ...................................................................................................7

1.3.2 Les étoffes tricotées ................................................................................................9

1.3.3 Les non-tissés .........................................................................................................9

2. Partie analyse métrologique des étoffes ...........................................................................10

2.1. Identification de la matière ........................................................................................10

2.2. Détermination de la masse linéique du fil ..................................................................13

V

2.2.1 Système d’unité directe (titrage) : ........................................................................13

2.2.2 Système d’unités indirect (ou système de numérotage) .......................................14

2.3. Mesure de la torsion du fil .........................................................................................14

2.4. Nombre de fils par cm ................................................................................................14

2.5. Détermination de la masse surfacique du tissu ..........................................................15

2.6. Détermination de l’armure du tissu ............................................................................15

3. Le phénomène du frottement ...........................................................................................15

3.1. Introduction ................................................................................................................15

3.2. Les forces de frottement .............................................................................................16

3.3. Frottement statique .....................................................................................................16

3.4. Coefficient de frottement ...........................................................................................17

3.5. Le phénomène du bruit engendré par le frottement ...................................................18

3.6. Instabilité de frottement .............................................................................................21

3.7. Bruit de frottement .....................................................................................................21

3.8. Caractérisation d’un frottement .................................................................................22

3.8.1 La pression acoustique .........................................................................................22

3.8.2 Le spectre de fréquence ........................................................................................23

3.9. Frottement des matériaux souples ..............................................................................25

3.10. Frottement des textiles .............................................................................................26

3.11. Mesure de frottement par la chaîne d’évaluation Kawabata ....................................27

3.12. Bruit de frottement des matériaux souples ...............................................................28

VI

4. Conclusion ........................................................................................................................31

CHAPITRE 2 IDENTIFICATION DES PARAMÈTRES DE FROTTEMENT ................33

1. Introduction ......................................................................................................................34

2. La marche .........................................................................................................................35

2.1. Mouvement du bras pendant la marche .....................................................................35

3. Partie expérimentale .........................................................................................................36

3.1. Les marqueurs ............................................................................................................36

3.2. Protocole expérimental ..............................................................................................37

3.2.1 La vitesse du frottement .......................................................................................38

3.2.2 Schéma du trajet du mouvement du bras ..............................................................39

3.3. Calcul de la surface de frottement ..............................................................................41

3.4. Identification de la pression de frottement .................................................................47

3.4.1 Choix du capteur ..................................................................................................47

3.4.2 Choix du mode de fixation ...................................................................................48

3.4.3 Comparaison entre les deux types de montages du capteur .................................48

3.4.4 Choix de l’emplacement de la fixation du capteur ...............................................49

3.4.5 L’étalonnage .........................................................................................................50

3.4.6 Les masses correspondant aux pressions de frottement .......................................51

4. Conclusion ........................................................................................................................52

CHAPITRE 3 CONCEPTION ET RÉALISATION DE L’INSTRUMENT ..................53

1. Introduction ......................................................................................................................54

VII

2. Conception de l'instrument expérimental .........................................................................55

2.1. Calcul de l'angle de balayage .....................................................................................56

2.2. Calcul de la largeur de balayage de l'axe (O'O") .......................................................57

2.3. Calcul de l'angle de balayage de l'axe (O"O') ............................................................58

2.4. Calcul des dimensions des porte-échantillons ...........................................................58

2.4.1 Porte-échantillon immobile ..................................................................................58

2.4.2 Porte échantillon mobile .......................................................................................59

2.5. Calcul du positionnement des axes du mécanisme ....................................................63

3. Description fonctionnelle de système expérimental ........................................................65

3.1. Description générale ..................................................................................................65

3.2. Description de la partie mécanique ............................................................................66

3.3. Description de la partie enregistrement .....................................................................66

3.4. Présentation de la partie mécanique ...........................................................................68

3.5. Fabrication des composantes mécanique ...................................................................68

4. Étalonnage ........................................................................................................................75

5. L'enceinte acoustique .......................................................................................................78

5.1. Première enceinte acoustique .....................................................................................79

5.1.1 Calcul théorique de la résonance de l’enceinte acoustique ..................................80

5.2. Deuxième enceinte acoustique ...................................................................................82

5.3. Atténuation de l’enceinte acoustique .........................................................................84

6. Instrument expérimental ...................................................................................................85

VIII

7. Conclusion ........................................................................................................................87

CHAPITRE 4 EXPÉRIMENTATIONS ..............................................................................88

1. Introduction ......................................................................................................................89

2. Protocole expérimental .....................................................................................................91

2.1. Échantillons textiles ...................................................................................................91

2.2. Instrument expérimental ............................................................................................91

3. Essais expérimentaux .......................................................................................................92

4. Essais avec tissus ..............................................................................................................94

4.1. Échantillon (T1) en coton / élasthanne ......................................................................94

4.1.1 Essais de frottement pour la surface S1 ................................................................94

4.1.2 Essais de frottement pour la surface S2 ................................................................99

4.2. Échantillon en Polyamide/Polyuréthane (T2) ..........................................................105

4.2.1 Essais de frottement pour la surface S1 ..............................................................105


4.3. Échantillon en Soie (T3) .........................................................................................116



5. Conclusion ......................................................................................................................128

CHAPITRE 5 CONCLUSION ET PERSPECTIVES .......................................................129

1. Conclusion ......................................................................................................................130

2. Perspectives ....................................................................................................................134

IX

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ...........................................................................136

CHAPITRE 6 ANNEXES .................................................................................................141

ANNEXE 1 ........................................................................................................................145

ANNEXE 2 ........................................................................................................................158

ANNEXE 3 ........................................................................................................................177

ANNEXE 4 ........................................................................................................................180

X

Liste des figures :

Figure 1.1 : Fibres de : a) Coton b) Laine c) Cachemire d) Soie. ............................................6

Figure 1.2 : Fil simple obtenu par torsion des fibres. ....................................................................7

Figure 1.3 : a) Tissu. b) Tricot. c) Non-tissé. ................................................................................7

Figure 1.4 : Les trois principales armures. a) Toile. b) Sergé. c) Satin. ........................................8

Figure 1.5 : a) Mailles cueillies. b) Mailles jetées.........................................................................9

Figure 1.6 : Sens de torsion d’un fil. a) Torsion type « S ». b) Torsion type « Z » ..................14

Figure 1.7 : Deux solides A et B en contacta) Sans force tangentielle. b) Avec une force

tangentielle. .................................................................................................................................16

Figure 1.8 : Deux solides A et B en glissement (a), (b) et (c) montre la croissance de l’angle ɵ

.....................................................................................................................................................17

Figure 1.9 : Interfaces multicontacts. ..........................................................................................19

Figure 1.10 : Classification du bruit de frottement selon la sévérité du contact. ........................20

Figure 1.11 : L’empreinte acoustique de la peau humaine selon l’âge des personnes. ...............22

Figure 1.12 : a) Essai manuel de frottement. b) Enceinte anéchoïque. ......................................23

Figure 1.13 : Dispositif expérimental « Tribonoise » Topographie 3D de surface .....................24

Figure 1.14 : Dispositif d’évaluation de surface fibreuse. ..........................................................26

Figure 1.15 : KES-FB4 Module de Surface de la chaîne Kawabata ...........................................27

Figure 1.16 : Instrument de frottement des fibres et des tissus. ..................................................29

Figure 1.17 : Générateur de son en frottement ............................................................................30

Figure 1.18 : Essai de frottement manuel du tissu. .....................................................................31

XI

Figure 2.1 : Inscription chronophotographique du mouvement par Marey[64] ..........................34

Figure 2.2 : Plans anatomiques du corps humain. .......................................................................35

Figure 2.3 : Placement des marqueurs sur le bras. ......................................................................37

Figure 2.4 : Enregistrement vidéo du mouvement. .....................................................................38

Figure 2.5: Séquences de film : mouvement du bras. (a) Marche. b) Jogging. c) Course. .........39

Figure 2.6 : Trajectoires du mouvement du bras. a) Marche. b) Jogging. c) Course. .................40

Figure 2.7 : Peinture appliquée sous l’avant-bras du sujet. .........................................................42

Figure 2.8 : Empreintes de peintures sur le vêtement. ................................................................42

Figure 2.9 : Empreinte de frottement lors d’un jogging. (a) Avant le traitement. (b) Après le

traitement. ....................................................................................................................................43

Figure 2.10 : Surfaces de frottement en mode marche ................................................................44

Figure 2.11 : Surfaces de frottement en mode jogging. ..............................................................44

Figure 2.12 : Surfaces de frottement en mode course. ................................................................45

Figure 2.13 : Largeur maximale de l’empreinte de frottement sous le bras ................................46

Figure 2.14 : Empreinte des surfaces de frottements du bras. .....................................................46

Figure 2.15 : Comparaison de la conductance du capteur selon le mode de fixation. ................48

Figure 2.16 : Collage d’un capteur de pression. ..........................................................................49

Figure 2.17 : Courbe d’étalonnage du capteur ............................................................................50

Figure 3.1 : Supports échantillons mobile et fixe. .......................................................................54

Figure 3.2 : Présentation cinématique du mouvement de l'emporte-pièce mobile. .....................56

XII

Figure 3.3 : Porte- échantillon mobile .........................................................................................57

Figure 3.4 : Porte-échantillon immobile. 1. Plaque de silicone. 2. Bague de serrage. 3. Support

en bois. ........................................................................................................................................59

Figure 3.5 : Porte-échantillons. ...................................................................................................59

Figure 3.6: Surface S' du frottement de l'axe du porte-échantillon (P) ......................................60

Figure 3.7 : Porte-échantillon mobile ..........................................................................................63

Figure 3. 8 : Schéma cinématique du mécanisme de mouvement mécanique. ...........................64

Figure 3.9 : Diagramme de la structure générale de l'instrument expérimental ..........................65

Figure 3.10 : Diagramme de la structure mécanique de l'instrument expérimental ....................66

Figure 3.11 : Diagramme de la structure d'enregistrement de l'instrument expérimental. ..........67

Figure 3. 12 : Plateau en aluminium ...........................................................................................69

Figure 3. 13 : Disque en aluminium ............................................................................................70

Figure 3. 14 : Disque support du porte échantillon mobile. ........................................................71

Figure 3. 15 : Première partie mécanique....................................................................................72

Figure 3. 16 : Partie mécanique améliorée. .................................................................................73

Figure 3. 17 : Moteur électrique ..................................................................................................74

Figure 3. 18 : Nombre de tour du moteur en fonction de la tension ...........................................75

Figure 3. 19 : Mouvement de l'emporte pièce. (a) marqueur. (B) Déplacement. ........................76

Figure 3. 20 : Mouvement de la porte pièce. (a) correspond (2,58 volt), (b) correspond (2,68

volt). ............................................................................................................................................76

Figure 3.21 : Graphe d'étalonnage...............................................................................................78

XIII

Figure 3.22 : Enceinte acoustique ...............................................................................................79

Figure 3.23 : Enceinte acoustique avec isolation.1-premier compartiment.2-deuxième

compartiment ...............................................................................................................................80

Figure 3. 24 : Enceinte acoustique. .............................................................................................83

Figure 3.25 : Atténuation des deux enceintes développées .........................................................85

Figure 3. 26 : Instrument expérimental développé ......................................................................86

Figure 4.1 : Illustration du seuil du bruit. ....................................................................................90

Figure 4.2 : L’échelle du bruit selon la perception de l’oreille humaine. ...................................90

Figure 4.3 : Spectre du bruit de fond pour la vitesse V1 en [dB] et en [dB(A)]. .......................92

Figure 4.4 : Spectre du bruit de fond pour la vitesse V2 en [dB] et en [dB(A)]. .....................92

Figure 4.5 : Spectre du bruit de fond pour la vitesse V3 en [dB] et en [dB(A)]. .......................93

Figure 4.6 : Spectre sonore pour le tissu Coton / Élasthanne pour la vitesse V1 en [dB] et en

[dB(A)]. .......................................................................................................................................94

Figure 4. 7 : Spectre sonore pour le tissu Coton / Élasthanne pour la vitesse V2 en [dB] et en

[dB(A)]. .......................................................................................................................................95


[dB(A)]. .......................................................................................................................................95

Figure 4.9 : Niveau acoustique total du tissu coton / élasthanne pour les trois vitesses et la

surface S1. ...................................................................................................................................96

Figure 4.10 : Spectre sonore pour le tissu coton / élasthanne et bruit de fond pour la vitesse V1

en [dB] et en [dB(A)] et la surface S1. ........................................................................................97

XIV


en [dB] et en [dB(A)] et la surface S1. ........................................................................................97


en [dB] et en [dBA] et la surface S1. ..........................................................................................98

Figure 4.13 : Spectre sonore du tissu coton / élasthanne pour les trois vitesses en [dB] et une

surface S1. ...................................................................................................................................98

Figure 4.14 : Spectre sonore du tissu coton / élasthanne pour les trois vitesses en [dB(A)] et

une surface S1. ............................................................................................................................99

Figure 4.15 : Spectre sonore pour le tissu coton / élasthanne pour la vitesse V1 en [dB] et en

[dB(A)] et la surface S2...............................................................................................................99


[dB(A)] et la surface S2.............................................................................................................100

Figure 4.17 : Spectre sonore pour le tissu coton / élasthanne pour la vitesse V3 en [dB].

[dB(A)] et la surface S2.............................................................................................................100

Figure 4.18 : Niveau acoustique total du Tissu coton / élasthanne pour les trois vitesses. .......101

Figure 4.19 : Spectre sonore pour le tissu coton / élasthanne avec le bruit de fond pour la

vitesse V1 en [dB]. [dB(A)] et la surface S2. ............................................................................102






une surface S2. ..........................................................................................................................103

Figure 4.23 : Spectre sonore du tissu coton / élasthanne pour les trois vitesses en [dB(A)] et une

surface S2. .................................................................................................................................104

XV

Figure 4.24 : Empreinte acoustique du tissu Coton/Élasthanne. ...............................................104

Figure 4.25 : Spectre sonore pour le tissu Polyamide/Polyuréthane pour la vitesse V1 en [dB] et

en [dB(A)] et une surface S1. ....................................................................................................105


en [dB(A)] une surface S1. ........................................................................................................106


en [dB(A)] une surface S1. ........................................................................................................106

Figure 4.28 : Niveau acoustique total du Tissu Polyamide/Polyuréthane (T2) selon les 3

vitesses et la surface S1. ............................................................................................................107

Figure 4.29 : Spectre sonore pour le tissu Polyamide/Polyuréthane et le bruit de fond pour V1

en [dB] et en [dB(A)] et la surface S1 .......................................................................................108


en [dB] et en [dB(A)] et la surface S1. ......................................................................................108


en [dB] et en [dBA] et la surface S1. ........................................................................................109

Figure 4.32 : Spectre sonore pour le tissu coton / élasthanne trois vitesses en [dB(A)] et la

surface S1. .................................................................................................................................109

Figure 4.33 : Spectre sonore pour le tissu Polyamide/Polyuréthane (T2) des trois vitesses en

[dB] et en [dB(A)] et de la surface S1. ......................................................................................110

Figure 4.34 : Spectre sonore pour le tissu polyamide/polyuréthane pour V1 en [dB] et en [dBA]

...................................................................................................................................................110

Figure 4.35 : Spectre sonore pour le tissu polyamide/polyuréthane pour V2 en [dB] et en

[dB(A)]. .....................................................................................................................................111


[dB(A)]. .....................................................................................................................................111

XVI

Figure 4.37 : Niveau acoustique total du tissu polyamide/polyuréthane pour les trois vitesses et

la surface S2. .............................................................................................................................112

Figure 4.38 : Spectre sonore pour le tissu polyamide/polyuréthane et le bruit de fond pour V1










Figure 4.43 : Empreinte acoustique du tissu polyamide/polyuréthane .....................................115

Figure 4.44 : Spectre sonore pour le tissu en Soie pour V1 en [dB] et en [dB(A)] et la surface

S1. ..............................................................................................................................................116


S1. ..............................................................................................................................................116

Figure 4.46 : Spectre sonore pour le tissu en Soie pour V3 en [dB]. [dB(A)] et la surface S1.

...................................................................................................................................................117

Figure 4.47 : Niveau acoustique total du tissu en Soie. ............................................................118

Figure 4.48 : Spectre sonore pour le tissu Soie et le bruit de fond pour V1 en [dB] et en

[dB(A)] et de la surface S1. .......................................................................................................118


[dB(A)] et de la surface S1. .......................................................................................................119

XVII


[dB(A)] et pour la surface S1. ...................................................................................................119





Figure 4.53 : Spectre sonore pour le tissu Soie pour V1 en [dB] et en [dB(A)] et la surface S2

...................................................................................................................................................121


...................................................................................................................................................121

Figure 4.55 : Spectre sonore pour le tissu Soie pour V3 en [dB] et en [dB(A)] et la surface S2.

...................................................................................................................................................122

Figure 4.56 : Niveau acoustique total du tissu en Soie pour les trois vitesses et la surface S2.123

Figure 4.57 : Spectre sonore pour le tissu et le bruit de fond pour V1 en [dB] et en [dB(A)] et

la surface S2. .............................................................................................................................123


la surface S2. .............................................................................................................................124


la surface S2. .............................................................................................................................124

Figure 4.60 : Spectre sonore pour le tissu en Soie (T3) des trois vitesses en [dB] et en [dB(A)]

et de la surface S2. .....................................................................................................................125

Figure 4.61 : Spectre sonore pour le tissu en Soie (T3) des trois vitesses en [dB] et en [dB(A)]

et de la surface S2. .....................................................................................................................125

Figure 4.62 : Empreinte acoustique du tissu en Soie. ...............................................................126

Figure 4.63 : Niveau acoustique total des trois Tissus pour S1. ...............................................127

XVIII

Figure 4.64 : Niveau acoustique total des trois Tissus pour S2. ...............................................127

Figure 6.1 : Spectre sonore pour le tissu T4 en polyester pour V2 et surface S1en [dB] et en

[dB(A)]. .....................................................................................................................................146

Figure 6.2 : Spectre sonore pour le tissu T4 et le bruit de fond pour V2 et surface S1 en [dB] et

en [dB(A)]. ................................................................................................................................146

Figure 6.3 : Spectre sonore pour le tissu T5 en Laine pour V2 et surface S1 en [dB] et en

[dB(A)]. .....................................................................................................................................147

Figure 6.4 : Spectre sonore pour le tissu T5et le bruit de fond pour V2 et surface S1 en [dB] et

en [dB(A)]. ................................................................................................................................147

Figure 6.5 : Spectre sonore pour le tissu T6 en viscose / élasthanne pour V2 et surface S1 en

[dB] et en [dB(A)]. ....................................................................................................................148

Figure 6.6 : Spectre sonore pour le tissu T6 et le bruit de fond pour V2 et surface S1 en [dB] et

en [dB(A)]. ................................................................................................................................148

Figure 6.7 : Spectre sonore pour le tissu T7 en coton / polyester pour V2 et surface S1 en [dB]

et en [dB(A)]. ............................................................................................................................149

Figure 6.8 : Spectre sonore pour le tissu T7et le bruit de fond pour V2 et surface S1 en [dB] et

en [dB(A)]. ................................................................................................................................149

Figure 6.9 : Spectre sonore pour le tissu T8 en coton pour V2 et surface S1 en [dB] et en

[dB(A)]. .....................................................................................................................................150

Figure 6.10 : Spectre sonore pour le tissu T8 et le bruit de fond pour V2 et surface S1 en [dB]

et en [dB(A)] .............................................................................................................................150


[dB(A)]. .....................................................................................................................................151


et en [dB(A)]. ............................................................................................................................151

XIX


[dB(A)]. .....................................................................................................................................152


et en [dB(A)]. ............................................................................................................................152


[dB(A)]. .....................................................................................................................................153


et en [dB(A)]. ............................................................................................................................153


[dB(A)]. .....................................................................................................................................154


et en [dB(A)]. ............................................................................................................................154

Figure 6.19 : Spectre sonore pour le tissu T13 en polyester pour V2 et surface S1 en [dB] et en

[dB(A)]. .....................................................................................................................................155


et en [dB(A)]. ............................................................................................................................155


[dB(A)]. .....................................................................................................................................156


et en [dB(A)]. ............................................................................................................................156


[dB(A)]. .....................................................................................................................................157


et en [dB(A)] .............................................................................................................................157

XX

Liste des tableaux

Tableau 1.1: Classification des matières textiles...........................................................................5

Tableau 1.2: Comportement de matières textiles à la chaleur et à la combustion ..................... 11

Tableau 1.3: Caractères morphologiques de quelques matières textiles .................................... 12

Tableau 1.4: Solubilités de quelques fibres textiles dans les solvants usuels. ........................... 13

Tableau 2.1 : Longueur des trajectoires du balancement du bras. ............................................. 40

Tableau 2.2 : Temps parcourus obtenus à partir des séquences du film de mouvement du bras.

.................................................................................................................................................... 41

Tableau 2.3 : Vitesses du mouvement du bras. .......................................................................... 41

Tableau 2.4 : Surfaces de frottements. ....................................................................................... 45

Tableau 2.5 : Comparaison de la conductance du montage de capteur. ..................................... 49

Tableau 2.6 : Tension moyenne ................................................................................................. 51

Tableau 2.7: La masse correspondante à chaque type du mouvement.

Tableau 2.8: La pression correspondante à chaque type du mouvement. ................................. 52

Tableau 3.1 : Dimensions de l'emporte pièce mobile selon les surfaces de frottement ............. 63

Tableau 3. 2 : Temps du mouvement du porte échantillon pour une distance de 0,122 m ........ 77

Tableau 3. 3 : Vitesse linéaire du mouvement du porte échantillon .......................................... 77

Tableau 3.4 : Voltages correspondant aux vitesses du mouvement. .......................................... 78

Tableau 3. 5 : Dimensions des deux compartiments de l’enceinte acoustique. ......................... 80

XXI

Tableau 3. 6 : Classement des fréquences. ................................................................................. 81

Tableau 3. 7 : Fréquences propres du compartiment (1) ............................................................ 81

Tableau 3. 8 : Fréquences propres du compartiment (2) ............................................................ 82

Tableau 3.9 : Dimensions de la deuxième enceinte acoustique. ................................................ 83

Tableau 3.10 : Fréquences propres de l'enceinte acoustique. ..................................................... 84

Tableau 4.1 : Identification des facteurs .................................................................................... 91

Tableau 4.2 : Récapitulatif du niveau global du bruit de fond. .................................................. 93

Tableau 4.3 : Caractéristiques techniques du tissu T1 (coton / élasthanne) ............................... 94

Tableau 4.4 : Paramètres acoustiques du tissu selon les trois vitesses et la surface S1. ........... 96

Tableau 4.5 : Niveau sonore maximum et sa fréquence............................................................. 96

Tableau 4.6 : Paramètres acoustiques du tissu selon les trois vitesses et la surface S2. .......... 101

Tableau 4.7 : Niveau sonore maximum et sa fréquence........................................................... 101

Tableau 4.8 : Caractéristiques techniques du tissu (Polyamide/Polyuréthane). ...................... 105

Tableau 4.9 : Paramètres Acoustiques du tissu Polyamide/Polyuréthane ................................ 107

Tableau 4.10 : Niveau sonore maximum et sa fréquence......................................................... 107

Tableau 4.11 : Paramètres acoustiques du tissu polyamide/polyuréthane selon les trois vitesses

et la surface S2. ........................................................................................................................ 112


Tableau 4.13 : Caractéristiques techniques du tissu (Soie). .................................................... 116

XXII

Tableau 4.14 : Paramètres acoustiques du tissu en Soie pour les trois vitesses et la surface S1.

.................................................................................................................................................. 117


Tableau 4.16 : Paramètres Acoustiques du tissu en Soie. ........................................................ 122


Tableau 4.18 : Pressions Acoustiques des trois tissus pour S1. ............................................... 126

Tableau 4.19 : Pressions Acoustiques des trois tissus pour S2. ............................................... 126

Tableau 6.1 : Caractéristiques techniques du tissu T4 (polyester) ........................................... 146

Tableau 6.2 : Caractéristiques techniques du tissu T5 (Laine)................................................. 147

Tableau 6.3 : Caractéristiques techniques du tissu T6 (viscose / élasthanne) .......................... 148

Tableau 6.4 : Caractéristiques techniques du tissu T7 (coton / polyester) ............................... 149

Tableau 6.5 : Caractéristiques techniques du tissu T8 (coton) ................................................. 150

Tableau 6.6 : Caractéristiques techniques du tissu T9 (coton) ................................................. 151

Tableau 6.7 : Caractéristiques techniques du tissu T10 (coton) ............................................... 152



Tableau 6.10 : Caractéristiques techniques du tissu T14 (polyester) ....................................... 156

Tableau 6.11 : Caractéristiques techniques du tissu T15 (polyamide) ..................................... 157

XXIII

Glossaire

1Acoustique l'étude du son et des vibrations acoustiques, relative à leurs

émissions, propagations et effets. Ce terme se réfère également à la

façon dont le son est perçu dans des environnements spécifiques.

2Armure ordre d’entrecroisement des fils.

3 Bande de tiers

d'octave bande d'octave qui est découpée en trois bandes de manière

logarithmique. Ces bandes sont plus fines et permettent une analyse

plus détaillée d'un phénomène sonore.

4 Bel c’est une unité logarithmique où une différence de 1 bel correspond à

un rapport de 10 en puissance. On utilise plus couramment son sous-

multiple le décibel (dB) 1 Bel = 10 Décibels.

5 Bruit ambiant niveau sonore incluant l’ensemble des bruits environnants. Dans le

cas d’une gêne liée à une source sonore particulière, le bruit ambiant

est la somme du bruit résiduel et du bruit particulier émis par la

source. Il est composé de l'ensemble des bruits émis par toutes les

sources proches et éloignées.

6 Bruit de fond (dB) le bruit de fond est le bruit total existant en un point pendant une

certaine durée. Il contient l'ensemble des sons émis par les sources

sonores qui influent au point de mesure : les conversations, les bruits

de ventilation, les bruits de machines ou d'équipements, les sons

provenant des couloirs, des autres pièces ou des bruits de circulation,

etc.

7 Bruit rose un bruit rose est un bruit normalisé ayant un spectre dont le niveau est

le même sur toutes les bandes d’octaves.

8 Bruit oscillations et ondes mécaniques d'un milieu élastique, surtout dans la

gamme de fréquence de l'ouïe humaine avec des fréquences de

vibration comprises entre 16 – 20 000 Hertz (Hz).

XXIV

9 Chaîne nappe de fils disposée dans le sens longitudinal d’un tissu.

10

Champ diffus le champ est diffus, (généralement on se trouve alors dans des locaux

et non à l'extérieur), lorsque la pression acoustique est constante, ou

suffisamment constante dans tous les points du local, ou du champ.

11

Colonne succession de maille dans le sens de la longueur du tricot.

12

dB (A) valeur en décibels à laquelle on applique une correction en fonction

de la fréquence considérée pour tenir compte de la sensibilité de

l’oreille humaine.

13

dB cette échelle logarithmique a été créée pour faciliter notre

appréhension du niveau sonore en réduisant les ordres de grandeur.

on ne peut pas ajouter arithmétiquement des valeurs en décibel les

unes aux autres car ce sont des grandeurs logarithmiques.

La sensation auditive n'est pas linéaire mais varie de façon

logarithmique. On distingue le décibel linéaire -dB lin- des décibels

en mesure pondérée. Une pondération est nécessaire pour tenir

compte de la courbe de sensibilité de l'oreille en fonction de la

fréquence.

14

Ennoblissement

ensemble des opérations donnant à certains produits textiles leurs

qualités finales.

15 Étoffe désigne les surfaces textiles destinées à usage d’habillement ou

d’ameublement.

16 Fibre élément de matière textile de longueur réduite utilisé pour filature ou

pour les non-tissés.

17 Filature à friction

système de filature dans lequel la torsion est donnée au fil par

enroulement le long de l'axe longitudinal dans la ligne de contact

entre deux surfaces rotatives.

XXV

18 Filature à jet d’air

un système de filage dans laquelle le fil est réalisé par enroulement de

fibres autour d'un courant de base de fibres avec de l'air comprimé.

19 Filature Open End filature à fibres libérées. Système de filature basée sur le concept

d'application de la torsion au fil sans la rotation de la masse de fil,

dans une turbine qui tourne à très haute vitesse.

20 Fréquence (f) la fréquence est une mesure du nombre de vibrations par seconde.

Établie en Hz (hertz). Plus la valeur est basse, plus le son est grave.

Plus la valeur est haute, plus le son est aigu. Les sons audibles

s'étendent pour l'homme entre 20 et 20000 Hz.

21 Isolation phonique

mesures destinées à réduire la transmission du bruit entre la source

sonore et le destinataire. Lorsque la source sonore et le destinataire se

trouvent dans différentes pièces, on parle d'isolation phonique. Si la

source sonore et le destinataire se trouvent dans la même pièce, on

parle d'absorption du bruit. En matière d’isolation phonique, on fait

une distinction entre les bruits aériens et les bruits d’impact.

22 Maille cueillie tricot trame formé par le bouclage d'un seul fil sur toutes les aiguilles

d’une même rangés ; se détricote facilement.

23 Maille jetée tricot chaîne formé par le bouclage d’un fil sur chaque aiguille ; ne se

démaille pas.

24 Maille

élément constitutif d’un tricot.

25

Niveau de pression

acoustique (dB) Les variations de pression provoquées par les ondes sonores de l'air

sont appelées pression acoustique. Elles sont évaluées en dB (deciBel).

Le niveau de pression acoustique le plus bas pouvant être entendu est

0 dB.

XXVI

26 Niveau sonore le niveau sonore est indiqué selon la courbe de pondération exprimée

en unités dB(A), dB(B) ou dB(C). Les courbes de pondération A, B et

C sont normalisée selon la norme internationale IEC 651.

27 Non-tissé

est un produit manufacturé fait d’un voile ou d’une nappe de fibres

individuelles, orientées directement ou au hasard, liées par friction,

cohésion ou adhésion.

28 plan frontal plan vertical perpendiculaire au plan sagittal qui divise le corps en

deux parties symétriques, antérieure (ventrale) et postérieure (dorsale)

29 plan sagittal plan vertical qui passe par la ligne médiane du corps et le divise en

deux parties symétriques, droites et gauches.

30 plan horizontal plan horizontal, parallèle au sol, qui divise le corps en deux parties

symétriques, supérieure (du côté de la tête) et inférieure (du côté des

pieds).

31 Pondérés pondération A ou C et D. L'oreille répond aux fréquences de manière

non linéaire : certaines tonalités sont plus facilement perçues que

d'autres. C’est pour cela que des filtres sont appliqués aux niveaux

sonores : ils modifient la réponse fréquentielle. La pondération

fréquentielle "A" est prévue pour approcher la façon dont les oreilles

entendent les sons. Le symbole pour le décibel pondéré A est dB(A).

32 Réverbération phénomène qui se traduit par une prolongation de l'existence d'un son

due aux réflexions multiples sur les parois d'une salle.

33 Salle anéchoïque ou

salle sourde pièce spécialement traitée acoustiquement pour que ses parois ne

réfléchissent pas les ondes sonores et pour éliminer les bruits et les

vibrations de l'extérieur.

XXVII

34 Son deux définitions existent pour ce terme. Physiquement, un son est

formé par des variations de pression, indépendamment de toute

fréquence, qui se propagent dans un support élastique, tel que l'air.

D'un point de vue perceptif, un son est la réponse humaine à ces

variations de pression, qui surviennent dans la plage de fréquence

généralement reconnue de 20 Hz à 20 kHz.

35 Spectre de bruit c'est un graphique sur lequel apparaissent les niveaux sonores de

chaque bande de fréquences, de la plus grave à la plus aigue

acoustique. Ces mesures sont généralement faites dans des bandes de

fréquence de largeur finie. On distingue ainsi les spectres par bandes

d'octave, ou tiers d'octave.

36 Tachymètre

instrument de mesure mécanique permettant de déterminer le

nombre de tour des rotations des machines.

37 Tissage ensemble des opérations consistant à entrecroiser des fils pour

réaliser des tissus.

38 Tissu surface souple formée par l’entrecroisement perpendiculaire des fils

de chaine et de trame sur un métier à tisser.

39 Trame ensemble de fils perpendiculaires à la chaine.

40 Tricot étoffe formée par l’entrelacement de boucles de fil.

INTRODUCTION

GÉNÉRALE

Introduction Générale

1

1. Introduction

L’évolution des industries du textile et de l’habillement est parvenue à proposer aux

consommateurs une diversité de tissus38

possédant des propriétés et des caractéristiques

techniques très larges. La réalisation de ces produits fut rendue possible grâce aux

développements et aux progrès des techniques de filature, de tissage37

et d’ennoblissement14

.

Cette diversité engendra la nécessité de développer de nouvelles méthodes métrologiques

pour mieux analyser les propriétés des étoffes15

. Elles se fixèrent pour objectif d’améliorer

leurs qualités et de satisfaire aux exigences des consommateurs.

Dans cette perspective, les industriels et les scientifiques développèrent des outils

d’analyse et d’évaluation sensorielle afin de mieux caractériser leurs produits [1][2].

La norme ISO 5492 définit l’analyse sensorielle comme étant « l’examen des propriétés

organoleptiques d’un produit par les organes des sens » [3]. Ces caractéristiques figurent à

part entière dans les cahiers des charges et dans les procès-verbaux d'analyse de contrôle de la

qualité. Cette approche d’analyse sensorielle appliquée aux produits textiles resta néanmoins

majoritairement basée sur l’étude du toucher des étoffes [4]. Cette approche est décrite dans

les travaux de Philippe [5] et de Ben Saïd [6].

Ces dernières années, les chercheurs entreprirent donc de travailler sur l’évaluation

sensorielle du toucher, de la vue et de l’odeur. Le son34

a, quant à lui, rarement été pris en

compte à l’exception de quelques travaux que l’on peut relever sur l’ouïe [7][8][9][10]. Ces

recherches sont basées sur l’étude du bruit8 qui peut être généré et entendu lors du frottement

de matériaux rigides tels que les métaux ou, dans le cas des textiles, de matériaux souples

comme la soie et le polyester.

Le frottement a largement été étudié dans l’industrie textile en tant que phénomène

responsable de l’usure des étoffes. Il peut aussi être l’une des causes qui affecteront le confort

d’un article d’habillement en raison du bruit qu’il pourra générer. De nombreux systèmes

permettent actuellement, avec plus au moins de finesse, de mesurer ces sons et donc le bruit.

Ces systèmes furent initialement développés pour réaliser des mesures dans les domaines du

génie civil, de la mécanique, du transport, et du secteur médical [11] [12].

Introduction générale

2

Voici les questions qui pourront se poser dans le cadre de notre étude :

— Pourrions-nous adapter ces moyens d’acquisition et de traitement au domaine du

textile ?

— Serait-il possible de développer une nouvelle méthode de caractérisation mécanique

des étoffes grâce au son généré par les frictions de type textile contre textile ?

— Quel instrument expérimental devrions-nous développer pour tester au mieux les

échantillons textiles ?

— Quelle méthode pourrait alors être appliquée pour nous permettre d’évaluer le confort

acoustique d’un article destiné à l’industrie de l’habillement ?

Dans ce travail de recherche, nous avons donc étudié le phénomène physique du

frottement de plusieurs tissus sur eux-mêmes, et leurs caractéristiques acoustiques. Nous

avons pour cela observé le frottement réel des vêtements portés par un individu durant ses

activités sportives : marche, jogging, course.

Nous nous sommes ensuite intéressés à la friction du haut du corps et plus

particulièrement au mouvement de l’avant-bras sur le haut du tronc avec : la trajectoire de

l’avant-bras, la surface frottée, la pression du frottement et les vitesses du balancement de

l’avant-bras en situation de marche, de jogging et de course. Ces paramètres nous ont aidé à

développer un dispositif expérimental d’essais afin de reproduire le frottement des étoffes

entre elles. Il nous permettra de générer des bruits de frottement reproductibles dans des

conditions proches de la réalité.

À partir des bruits enregistrés, nous désirions, en fait, identifier les signatures acoustiques

du frottement. Cette connaissance de la signature permettra de limiter (dans le cadre des

vêtements « furtifs ») ou au contraire de reproduire (bruit de la soie avec une matière en

polyester) cette caractéristique.

Nous présenterons, à travers ce document, l’ensemble des travaux que nous avons

effectués pour aboutir à la conception de ce dispositif expérimental de génération et d’analyse

du son obtenu par la friction des tissus et par l’obtention de leurs empreintes acoustiques.

Introduction générale

3

Dans le premier chapitre, nous présenterons des généralités sur les étoffes textiles ainsi

que sur les frottements de surfaces des matériaux rigides et leurs bruits. Nous expliquerons

alors ce que sont les matériaux fibreux16

souples et les caractéristiques des sons générés par

friction.

Dans le deuxième chapitre, nous établirons les premières étapes de l’étude du mouvement

de l’avant-bras humain, et les protocoles d’essais que nous avons développés. Nous y

détaillerons la détermination des paramètres qui influent sur la génération du son issu du

frottement des vêtements portés par un individu lors de la marche.

Le troisième chapitre décrira la conception de l’instrument expérimental et de ses trois

modules constitutifs. Le premier module correspond à un système mécanique de simulation

du mouvement de l’avant-bras humain, le deuxième est une enceinte acoustique comprenant

le microphone, et le troisième s’applique à la chaîne d’enregistrement et au traitement du son.

Le quatrième chapitre exposera les résultats du frottement que nous avons obtenus

expérimentalement sur notre dispositif. Les résultats seront analysés afin de pouvoir relier

l’empreinte acoustique avec la nature et la contexture des étoffes testées.

Ce document s’achèvera par une conclusion générale. Elle portera sur le travail réalisé et

sur ses perspectives envisageables.

4

CHAPITRE 1 GÉNÉRALITÉS SUR LE TEXTILE

ET LE PHÉNOMÈNE DE

FROTTEMENT

Chapitre 1 : Généralités sur le textile et le phénomène de frottement

5

1. Généralités sur les étoffes textiles

Les étoffes textiles sont considérées comme des matériaux souples fibreux, qui sont

obtenus par différents procédés industriels à base de fibres. La fibre textile est une entité

élémentaire qui sert à l’élaboration d’un fil que l’on utilisera pour fabriquer une étoffe. La fibre

ainsi que le fil sont des textiles linéaires alors que l’étoffe est considérée comme un textile

surfacique.

1.1. La fibre

La fibre textile est caractérisée par une finesse, une forme très allongée par rapport à son

épaisseur et une certaine flexibilité. Les fibres sont classées en trois catégories [13][14] :

— les fibres naturelles (animales ou végétales) ;

— les fibres chimiques artificielles (issues de la cellulose du bois) ;

— les fibres chimiques synthétiques (issues de la chimie du pétrole).

Le tableau 1.1 présente une classification des matières textiles les plus usuelles selon leur

origine.

Tableau 1.1 : Classification des matières textiles

Origine de la matière Exemple

Fibre naturelle Origine

végétale

Coton, lin, chanvre, jute.

Origine animale Laine, mohair, cachemire, soie.

Origine

minérale

Verre.

Fibre

chimique

Origine

artificielle

Viscose, acétate, triacétate.

Origine

synthétique

Polyamide, Polyester, acrylique.

La longueur, la finesse et la régularité des fibres sont des facteurs essentiels pour la qualité

des fils et des textiles obtenus et qui influent sur leur aspect et leurs propriétés. Les fibres et les

filaments correspondent à l’échelle microscopique. Elles mesurent entre 1 µm et 0,1 mm en

diamètre.

La figure 1.1 présente quelques exemples de fibres observées au microscope électronique à

Balayage (MEB) [15].


6

Figure 1.1 : Fibres de : a) Coton b) Laine c) Cachemire d) Soie.

1.2. Le fil

Le fil est obtenu par procédé de filature. Plusieurs méthodes sont utilisées dans l’industrie

textile. Les plus usuelles pour la fabrication des fils à partir des fibres courtes, moyennes ou

longues sont :

— filature à anneau curseur ;

— filature Open End19

;

— filature à jet d’air18

;

— filature à friction17

.

La cohésion des fibres est assurée par le frottement inter fibres. Après avoir été démêlées,

ces dernières sont orientées et leur masse fibreuse est affinée.

La figure 1.2 montre un fil simple obtenu par procédé à anneau curseur [16].


7

Figure 1.2 : Fil simple obtenu par torsion des fibres.

1.3. L’étoffe textile

Une étoffe est une surface souple de fils (textile bidimensionnel) obtenue à partir d’un ou

de plusieurs fils ou des fibres assemblés selon différents processus : entrecroisement (tissus),

entre-bouclages (tricots40

), enchevêtrement (non-tissés27

). (Figure 1.3) [16].

Figure 1.3 : a) Tissu. b) Tricot. c) Non-tissé.

1.3.1 Les étoffes tissées

Un tissu est formé de fils disposés en deux faisceaux perpendiculaires qui vont

s’entrecroiser pour représenter un motif appelé armure2. Ce mode d’entrecroisement donne des

(a) (b) (c)


8

propriétés mécaniques différentes selon l’armure et la contexture. On définira celles-ci selon

l’usage final de l’étoffe.

Les deux faisceaux de fils (la chaîne9 et la trame

39). À partir des armures de base, il est

possible de développer des armures dérivées. Trois exemples d’armures : la toile, le sergé et le

satin sont présentées par la Figure1.4.

a) La toile

La toile est l’armure la plus simple. Elle est caractérisée par la disposition inverse des fils

pairs et impairs (Figure 1.4 a).

b) Le sergé

Cette armure est caractérisée par des côtes de sillons obliques par rapport à la ligne droite

de la lisière (Figure 1.4 b).

c) Le satin

Selon la prise du fil de chaîne et le fil de trame, on trouve deux types d’armure satin : le

satin régulier et le satin irrégulier (Figure 1.4 c).

.

Figure 1.4 : Les trois principales armures. a) Toile. b) Sergé. c) Satin.

(a) (b) (c)


9

1.3.2 Les étoffes tricotées

L’étoffe tricotée est formée de boucles de fils, appelées mailles24

, qui s’entre-bouclent entre

elles pour constituer le tricot. Dans un tricot, on distingue les rangées et les colonnes11

de

mailles [17]. On appelle « rangée » une série de mailles disposées côte à côte. Une colonne est

une série de mailles entre-bouclées les unes dans les autres.

On classe les mailles en deux types selon leur procédé d’obtention : les tricots à mailles

cueillies22

et les tricots à mailles jetées23

(Figure 1.5) [18]. Le tricot à mailles cueillies est

caractérisé par des mailles formées qui sont issues d’un même fil et qui sont tricotées dans le

sens des rangées. Certains sous-vêtements, les pull-overs, et les chaussettes sont en tricot à

mailles cueillies. Le tricot à mailles jetées nécessite l’utilisation simultanée de plusieurs fils.

Ces tricots ont la particularité d’être souvent indémaillables. Ils sont notamment utilisés pour

fabriquer des maillots de bain, certains revêtements de sièges automobile, et certaines prothèses

vasculaires.

Figure 1.5 : a) Mailles cueillies. b) Mailles jetées.

1.3.3 Les non-tissés

Les non-tissés sont formés à partir de fibres ou de filaments. Le principe est simple, il

consiste à consolider un voile de fibres ou de filaments par différentes méthodes. Les méthodes

de consolidation sont basées sur un entrelacement des fibres par procédé mécanique

(aiguilletage ou jet d’eau), par procédé chimique ou par procédé thermique. Selon la définition

de la norme internationale ISO 9092 [19] « les non-tissés sont des fibres orientées de manière

aléatoire ou directionnelle, et transformées sous forme de voile ou de format, consolidées et


10

liées par friction, ou cohésion ou adhésion ». Ils sont souvent utilisés dans des produits à usage

unique comme les produits hygiéniques : lingette, couches bébé, et dans d’autres domaines :

médicaux, géotextiles…

2. Partie analyse métrologique des étoffes

Une étoffe textile est généralement analysée dans un laboratoire de métrologie en

respectant des conditions précises : température de 20 °C ± 2 °C et humidité de 65 HR % ±

4 %, en application de la norme internationale ISO 139 : 2005. L’étoffe est conditionnée au

minimum durant 24 heures avant les essais proprement dits [20].

Les analyses métrologiques fondamentales qui caractérisent et distinguent les étoffes entre

elles sont les suivantes :

— identification de la matière ;

— détermination de l’embuvage et du retrait ;

— détermination de la masse linéique du fil ;

— mesure de la torsion du fil ;

— détermination du nombre de fils par cm, dans les deux directions principales

(chaîne/trame pour le tissu, rangée/colonne pour le tricot) ;

— détermination de la masse surfacique du tissu ;

— détermination de l’armure du tissu.

2.1. Identification de la matière

L’identification de la matière textile est obtenue par plusieurs méthodes. Parmi les plus

utilisées, nous citons ce qui suit :

Par combustion

Les fibres textiles ont différents comportements à la chaleur. La combustion permet de les

situer dans un groupe bien défini selon la réaction de la fibre à l’approche de la flamme, dans la


11

flamme, et après avoir été retiré la flamme. L’identification par combustion de quelques

matières textiles est résumée dans le tableau 1.2.

Par microscope

Les fibres textiles, notamment les fibres naturelles, ont une morphologie spécifique pour

chaque nature de la fibre, leur observation par microscope aide à les identifier. Des caractères

morphologiques de quelques matières textiles sont résumés dans le tableau 1.3.

Par méthode chimique

Divers types de textiles réagissent différemment avec certains produits chimiques, en

fonction de leur composition. Ces différents comportements consistent essentiellement à la

solubilité ou l’insolubilité de ces fibres dans ces produits chimiques. L’identification de

quelques matières textiles par les produits chimiques est résumée dans le tableau 1.4.

Tableau 1.2: Comportement de matières textiles à la chaleur et à la combustion

Nature de la

fibre

À la proche de la

flamme Dans la flamme

Après avoir retiré la

flamme

Aspect des

cendres

Coton / Brûle rapidement

Continue à brûler avec

une odeur de papier

brûlé

Cendres

blanches

friables

Cellulose

régénérée / Brûle rapidement


une odeur de papier

brûlé

Cendres

blanches

friables

Laine / Brûle lentement S’éteint avec une odeur

de corne brûlée

Boule noire

friable

Soie / Brûle lentement S’éteint avec une odeur

de corne brûlée

Boule noire

friable

Polyamides

(6, 6-6, 11)

Fond et se

rétracte

Brûle lentement

avec fusion

Flammes moyennes qui

s’éteignent assez

rapidement, avec une

fumée blanche.

Boule dure

plus ou moins

noire

Polyester Fond et se

rétracte

Brûle lentement

avec fusion

S’éteint avec une fumée

noire

Boule dure

brune ou

noirâtre

Acrylique Commence à

fondre Brûle avec fusion


une odeur rappelant

l’amande amère

Cendres

irrégulières

noires et

dures

Polyéthylène,

polypropylène Brûle avec fusion

Continue à brûler, mais

s’éteint au bout de peu

de temps

Boule brune

ou noirâtre


12

Tableau 1.3 : Caractères morphologiques de quelques matières textiles

Nature de la fibre

Vue longitudinale

(grossissement moyen ×150)

Coupe transversale

(grossissement moyen

×800 à ×1000)

Coton Rubans plats spiralés.

Section en haricot ou très

ovalisée avec canal central en

fente.

Fibres ligneuses

(chanvre, lin, jute)

Fibres avec canal médullaire, souvent

cloisonnées par des parois transversales.

Cellules nettement ou

approximativement

polygonales suivant la partie

de la plante.

Laine et poils

animaux

Fibres régulières creuses à mince paroi.

Présence caractéristique d’une écorce à

écailles en tronc de palmier.

Section lisse à mince paroi.

Soie

Ruban lisse sans stries ou spirales

caractéristiques. Dans la soie brute, les

filaments sont accolés étroitement entre

eux.

Section triangulaire à

faces courbes

Viscose Fibre de diamètre régulier avec souvent

des stries longitudinales continues.

Section généralement à

contour dentelé

Polyamide Surface lisse. Pas de stries longitudinales

continues.

Section circulaire ou

approximativement et lisse ou

multilobée.

Polyester Surface lisse. Aspect très régulier et

homogène.

Section circulaire et lisse ou

multilobée.

Acrylique

Aspect plus ou moins plat, cylindrique

pour certains types, souvent avec courtes

stries longitudinales.

Suivant le type, section

bilobée en os de chien, en

haricot, ronde et lisse, ou

seulement à contour finement

dentelé.


13

Tableau 1.4 : Solubilités de quelques fibres textiles dans les solvants usuels.

Solvant

Fibres

Acide

sulfurique

concentré

75 %

Acétone

Acide

Acétique

100 %

Acide

Formique

98 %

DMF Nitrobenzène

Coton soluble insoluble insoluble insoluble insoluble insoluble

Viscose soluble insoluble insoluble insoluble insoluble insoluble

Laine insoluble insoluble insoluble insoluble insoluble insoluble

Polyamide 6 soluble insoluble soluble soluble soluble Partiellement

soluble

Polyamide 6-6 soluble insoluble soluble soluble soluble insoluble

Polyamide 11 soluble insoluble soluble soluble soluble soluble

Polyester insoluble insoluble insoluble insoluble soluble soluble

Acrylique soluble insoluble insoluble insoluble soluble insoluble

2.2. Détermination de la masse linéique du fil

On distingue deux systèmes d’unités pour la masse linéique du fil :

— système d’unité directe (titrage) ;

— système d’unité indirecte (numérotage).

2.2.1 Système d’unité directe (titrage) :

Le système Tex : La masse linéique du fil est égale à la masse en gramme de 1000

mètres de ce fil [21].

1000)(/)( mLgMTitre (éq.1.1)

M est la masse du fil exprimée en gramme et L est la longueur du fil exprimée en mètre.

Système denier : La masse linéique du fil, est égale à la masse en gramme de 9000

mètres de ce fil. C’est un ancien système d’unité directe, mais très utilisé pour les

fils de soie.


14

2.2.2 Système d’unités indirect (ou système de numérotage)

La masse linéique du fil est égale à la longueur en mètres de ce fil par sa masse en

grammes.

(éq.1.2)

L est la longueur du fil exprimée en mètres et M est la masse du fil exprimée en grammes.

2.3. Mesure de la torsion du fil

La torsion d’un fil est caractérisée par son sens de torsion et son nombre de tours par mètre.

On détermine cette torsion par un torsiomètre, en appliquant différentes méthodes. Par

exemple, on peut citer la méthode simple de détorsion-rétorsion du fil tendu par une tension

proportionnelle à son titre (le torsiomètre est doté de masselottes adéquates) [22]. Le sens de

torsion est déterminé à l’œil nu, le sens de torsion du fil peut être en (S : gauche ou Z : droite)

selon la figure 1.6.

Figure 1.6 : Sens de torsion d’un fil. a) Torsion type « S ». b) Torsion type « Z »

2.4. Nombre de fils par cm

On effectue le comptage du nombre du fil pour la chaîne et pour la trame à l’aide d’une

loupe ou d’un compte-fils, on compte à travers la fente du compte-fils le nombre de fils

contenu dans un champ de 1 cm du tissu pour les deux sens de l’étoffe (chaîne et trame) [23].


15

2.5. Détermination de la masse surfacique du tissu

La masse surfacique est une grandeur qui mesure la masse de l’étoffe par unité de surface.

L’unité de mesure de la masse surfacique du tissu dans le système de normalisation

international de textile est (g/m²) [24].

La masse surfacique de l’étoffe est déterminée par pesée de plusieurs éprouvettes (3 à 5) de

dimensions 10x10 cm².

La masse surfacique d’un tissu est égale à la masse en grammes d’un mètre carré de ce

tissu.

(éq.1.3)

2.6. Détermination de l’armure du tissu

Toute variété d’entrelacement des fils d’une étoffe tissée est appelée armure. Elle peut être

représentée par un dessin mis en cartes, indépendamment de la qualité du tissu ou du fil utilisé.

La représentation graphique des armures s’effectue au moyen d’un papier quadrillé, les

colonnes verticales représentent les fils de chaîne et les rangées horizontales les fils de trame

[25]. On colore la case correspondant au passage d’un fil de chaîne sur un fil de trame. La case

qui n’est pas colorée correspond au passage du fil de trame au-dessus de fil de chaîne. Une fois

la représentation graphique obtenue, on la compare avec les armures de base pour déterminer

l’armure du tissu.

3. Le phénomène du frottement

3.1. Introduction

Le frottement est un phénomène physique important dans notre vie et dans le monde qui

nous entoure. Les premières formules du frottement solide/solide ont été proposées par

Amontons en 1699 [26] puis par Coulomb en 1780 [27]. Ce sont les lois que l’on applique

actuellement et qui se résument comme suivent : la force de frottement Ff est proportionnelle à

la charge normale appliquée Fn et indépendante de la surface apparente de contact.


16

Dans l’industrie, le frottement, après la corrosion, est le second facteur responsable de la

dégradation des matériaux.

3.2. Les forces de frottement

Dès qu’un solide est mis en contact avec un autre solide, il apparaît un phénomène

d’adhérence que l’on appelle frottement [28]. Le frottement provient des interactions

microscopiques entre les aspérités existant à la surface des corps en contact. En général, on

définit le frottement comme étant la résistance mécanique au glissement relatif de deux solides

en contact. Lorsque cette « résistance » garde les deux solides à l’état statique, malgré

l’application d’une force visant à faire déplacer l’un par rapport à l’autre, on parle alors de

frottement statique.

3.3. Frottement statique

Chaque fois qu’un solide A est posé sur un solide B, il apparaît une force de contact C.

Si le solide A n’est soumis à aucune force tangentielle à la surface de contact, la force C est

perpendiculaire à cette surface (Figure 1.7).

Figure 1.7 : Deux solides A et B en contacta) Sans force tangentielle. b) Avec une force

tangentielle.


17

3.4. Coefficient de frottement

Dès que le solide A est soumis à une force extérieure Fext, et même s’il reste au repos, C

n’est plus perpendiculaire à la surface de contact, mais s’incline d’un angle θ par rapport à la

normale, s’opposant ainsi au mouvement (Figure 1-8). La force de contact C se décompose

ainsi en deux forces : la réaction R du support et la force de frottement Ff.

En réalité, θ n’est pas un angle fixe. Il dépend de la valeur de Fext, comme le montre la

(Figure 1.8), où l’on voit bien qu’à l’état statique Ff est toujours égale à Fext .

Figure 1.8 : Deux solides A et B en glissement (a), (b) et (c) montre la croissance de l’angle ɵ

L’angle θ va continuer ainsi d’augmenter en fonction de jusqu’à ce que, pour une

valeur précise de Fext qu’on appellera force de frottement cinétique. L’état statique est rompu

et le solide A se met en mouvement. Cette situation sera caractérisée par un angle ɵ limite : ɵlim

= φ. Cet angle limite φ s’appelle angle d’adhérence. L’expérience démontre que la surface de

contact pour tout couple de matériaux (et sous conditions données : surfaces sèches, surfaces

graissées, surfaces lubrifiées, etc.) est caractérisée par une valeur bien déterminée du rapport Ff

max. / R, auquel les physiciens ont donné le nom de coefficient de frottement statique s .

Comme :

sf RF /max (éq.1.4)

et : tans

(éq.1.5)

Alors : tan/max RFf (éq.1.6)


18

Le coefficient de frottement est une valeur sans dimension qui est évaluée

expérimentalement. Il décrit donc le rapport entre la force de frottement entre deux surfaces et

la force de pression qui maintient le contact de l’une contre l’autre. La plupart des matériaux

dans des conditions sèches ont des valeurs de coefficient allant de 0,1 à 0,6. Le Téflon, qui

possède un coefficient faible, une valeur de 0,04. Une valeur de R supérieure à 1 indique une

force de glissement supérieure à la force normale que l’objet applique à la surface. La force de

frottement est dans la direction opposée au mouvement.

En réalité, au niveau microscopique, on peut distinguer la surface de contact apparente de

la surface de contact réelle. Ce que nous voyons à l’œil nu est la surface apparente, qui est très

différente de la surface réelle à cause des aspérités et des rugosités de surface. Les lois du

frottement énoncées par Amontons-Coulomb ont été établies empiriquement avec des essais sur

du bois et des aciers. À cette époque, seule la surface de contact apparente était prise en

compte.

3.5. Le phénomène du bruit engendré par le frottement

Dans les années 50, les recherches menées par Bowden et Tabor [29] ont enrichi les lois

classiques du phénomène de frottement en introduisant de nouveaux paramètres pour affiner la

compréhension mécanique du frottement entre les matériaux. Ils ont introduit la prise en

compte de l’aire réelle de contact qui est liée étroitement aux propriétés physiques des

matériaux. La surface de contact apparente présente une multitude de microcontacts : c’est la

rugosité de surface qui donne l’aire réelle de contact. La figure1.9 présente deux solides B1 et

B2, ayant deux surfaces planes S1 et S2, en glissement. Le bruit résultant peut être dû à

l’instabilité mécanique de type stick-slip et à la rugosité de surface. Le bruit de frottement est

dit « bruit de rugosité » si les surfaces frottées sont rugueuses et si le chargement normal

appliqué est relativement faible. Dans ce cas, le contact est réalisé au niveau des surfaces S1 et

S2 pour un certain nombre d’aspérités appelées « régions de contact » selon Greenwood et

Williamson [30].


19

Figure 1.9 : Interfaces multicontacts.

Cette géométrie est désignée souvent par le nom « interfaces multicontacts ». Dans cette

zone, l’aire de contact réelle est beaucoup plus petite que la surface apparente.

Le contact effectif s’effectue uniquement au niveau des aspérités de surfaces comme cela

est indiqué dans la Figure 1.9 par des cercles noirs. Cette nouvelle approche de l’influence de la

rugosité des surfaces en contact a aidé plusieurs chercheurs à observer un autre phénomène lié

au frottement dénommé « le vibroacoustique ». Au cours du glissement de deux solides en

contact, un bruit de frottement est généré. Il est connu comme un « vibroacoustique » du

contact de glissement. Il dépendra de l’environnement et des paramètres physiques du

frottement [8]. Le schéma de la Figure 1.10 montre les différentes sources et modes de

génération des vibroacoustiques et donne quelques exemples communs.


20

Figure 1.10 : Classification du bruit de frottement selon la sévérité du contact.

À l’échelle microscopique de la surface de contact de deux matériaux, et selon le modèle

de rugosité énoncé Bowden et Tabor [29], si la pression de contact est faible alors l’aire réelle

de contact l’est aussi. Les deux solides sont découplés à cette échelle, ce qui provoque de

multiples impacts entre les aspérités en contact, le bruit de rugosité dépendra largement de la

dynamique du glissement, de la rugosité des surfaces frottées, de la vitesse de glissement et des

forces de contact.

Dans la littérature, on trouve plusieurs travaux sur la vibration liée à l’instabilité de

frottement. Elle est considérée comme un phénomène non linéaire et qui se manifeste par la

perte de stabilité de contact entre deux solides donnant naissance à des réponses vibratoires

[7][8][31].


21

3.6. Instabilité de frottement

C’est un phénomène non linéaire qui se produit lors du frottement de deux objets en

contact dynamique et pouvant être à l’origine des fréquences20

vibratoires qui peuvent se situer

dans le domaine des fréquences audibles [20 Hz à 20 kHz] (fréquences acoustiques1). Ce type

de vibrations, qui peut donner des bruits intenses comme le crissement des pièces de machine,

est un problème qui a été largement étudié par les mécaniciens. On peut relever notamment les

études menées par Moirot [32] qui a cherché à trouver les caractéristiques les plus pertinentes

du glissement et l’adhérence de la surface de contact.

3.7. Bruit de frottement

L’étude du bruit de frottement n’est pas limitée aux études menées par les chercheurs

attachés à résoudre les problèmes de l’instabilité de frottement des corps rigides. On peut

l’observer tout simplement en frottant nos mains entre elles. Le bruit entendu est lié à la

rugosité de surface et à la vitesse relative du glissement.

Des recherches récentes pour la compréhension du lien entre le bruit engendré par

frottement et l’état de surface ont donné une exploitation de ce bruit pour révéler la nature et la

qualité de cette surface. Dans certaines applications ne relevant pas du domaine de la

mécanique conventionnelle, une signature acoustique du bruit de frottement peut être

révélatrice de l’état de surface de la peau humaine selon l’âge de la personne [33]. Un exemple

est présenté dans la Figure 1.11.

Pour identifier la signature acoustique, les recherches actuelles enregistrent le bruit de

frottement puis, dans un second temps, le caractérisent par certains paramètres significatifs tels

que la pression acoustique, entre autres. Ces paramètres seront explicités et qui seront

développés dans le paragraphe suivant.


22

Figure 1.11 : L’empreinte acoustique de la peau humaine selon l’âge des personnes.

3.8. Caractérisation d’un frottement

3.8.1 La pression acoustique

Le Bot et al. [34] ont étudié le bruit en fonction de l’aire apparente de contact et ils ont

déduit que le bruit rayonné était proportionnel à l’aire apparente de contact. Othman et al. [8]

ont développé un appareil de mesure du bruit de frottement permettant la mesure du bruit

rayonné lors du passage d’un stylet sur une surface plane. Les résultats ont présenté une

fonction logarithmique de la pression acoustique Lp (dB13

) et la rugosité de la surface de

contact selon l’équation suivante (éq.1.7)

n

p RadBL 10log20)(

(éq.1.7)

Cette fonction logarithmique montre que la pression acoustique est directement reliée à la

rugosité de surface (Ra). Le paramètre n est déterminé expérimentalement. Il exprime la

variation du niveau sonore26

rayonné en fonction de la rugosité des surfaces frottées.

Les travaux de Stoimenov et al. [35] ont porté sur le bruit rayonné du frottement de deux

surfaces plan/plan ; le mouvement du frottement étant manuel. Dans ces travaux, la rugosité des


23

surfaces des deux éprouvettes en acier inoxydable [0,8 ; 12,4] μm était connue. L’essai a été

effectué dans une chambre sourde33

avec un micro placé à 30 cm des éprouvettes.

3.8.2 Le spectre de fréquence

Sur les mesures réalisées grâce à l’appareil de mesure du frottement d’Othman et al. [8], le

spectre du bruit35

présentait un pic appelé « fréquence dominante » indépendante de la rugosité

de surface et des forces de contact. Il dépendait uniquement de la nature de la matière des

éprouvettes d’essai. Les travaux de Stoimenov et al. [35] ont montré une augmentation de

l’amplitude du bruit en fonction de la rugosité de surface des éprouvettes d’Inox connues au

début de l’essai [0,8 ; 12,4] μm. Cependant, leurs essais ne prenaient pas en compte la vitesse

de glissement et la force normale puisque l’essai était manuel. La Figure 1.12 présente l’essai

de Stoimenov.

Figure 1.12 : a) Essai manuel de frottement. b) Enceinte anéchoïque.

Dans les observations de Yokoi et Nakai [36][37], et selon leurs données spectrales, le

décalage des fréquences maximales n’a pas eu lieu en faisant varier la rugosité des surfaces en

contact, mais les pics les plus élevés du spectre du bruit se sont produits dans la direction du

frottement. Cela a conduit Yokoi et Nakai, ainsi que d’autres chercheurs Jibiki et al. [38], à

revoir l’effet de la vitesse de glissement sur le bruit de la rugosité des surfaces en contact. Dans

leurs travaux, les surfaces de contact étaient pion-disque pour Yokoi et Nakai et cylindre-

cylindre pour Jibiki et al. Leurs constatations les ont conduits à proposer une nouvelle formule

qui relie le niveau de la pression acoustique25

)(dBLp à la vitesse de glissement :

(a) (b)


24

m

p VdBL 10log20)( (éq.1.8)

On obtient une fonction logarithmique de pente m. m est compris entre [0,6 ; 1,1] pour un

frottement pion-disque et égal à 0,85 dans le cas des deux cylindres.

Récemment, Ben Abdelounis [39], s’est intéressé au bruit de rugosité plan-plan. Il a

développé un dispositif expérimental « Tribonoise » (Figure 1.13) pour étudier de plus près

l’état de surface de contact en réalisant une topographie 3D (Figure 1.13). Il a obtenu la

distribution réelle des aspérités qui entrent en contact durant le frottement.

Figure 1.13 : Dispositif expérimental « Tribonoise » Topographie 3D de surface

(a) Ra =15 μm (électroérosion), (b) Ra = 1 μm (sablage).

Dans ses travaux, l’auteur a notamment utilisé des éprouvettes en acier au carbone XC48

avec une forme parallélépipédique de dimensions 120×22×8 . L’une des faces 122×22

a été traitée par sablage pour l’obtention d’une rugosité Ra de 1μm, 2,8 μm, 4 μm et 15

μm, et l’autre a été traitée par électro-érosion pour une rugosité Ra de 1 μm, 4 μm, 8 μm.

Il a montré que le bruit de frottement est engendré par des impacts interaspérités des

surfaces en contact et que le niveau sonore était fonction de la rugosité et de la vitesse relative

de frottement lors du contact dans une configuration plan-plan en matière rigide.


25

3.9. Frottement des matériaux souples

Wilson en 1963 [40] a été le premier à montrer que l’expression de la force de frottement

surface textile contre elle-même suit la loi de puissance établie initialement par Bowden et al.

en 1959 [29].

Les recherches menées par Aliouche [41] pour le contact textile/métal nous permettent de

considérer que le frottement des matériaux souples dépend de la nature du contact, de la

géométrie de contact et de la surface textile. La surface du frottement, quelles que soient les

méthodes de fabrication, aussi précises soient-elles, ne pourront présenter une surface d’une

planéité absolue. Toutes les surfaces obtenues, par les procédés les plus évolués, contiennent

des irrégularités à l’échelle macroscopique ou microscopique. Ces irrégularités diffèrent selon

la nature de la matière et les procédés de fabrication. La surface des étoffes peut être composée

de fils entrecroisés (tissus) ou entrelacés (tricots) ou d’une nappe de fibres dont la cohésion est

donnée par thermoliage, liage chimique, jet d’eau ou par action mécanique (non-tissés). La

rugosité des étoffes diffère donc totalement de la surface des matériaux rigides, la question qui

se pose est : quels seront les paramètres pertinents qui influent sur le bruit engendré par le

frottement ?

Il est évident que dans le domaine textile, on sera face à un milieu fibreux multicouche. Ce

milieu est défini par la superposition d’une couche inférieure et d’une couche supérieure. La

couche inférieure est la structure intime constituée de fils ou de fibres et la couche supérieure

est constituée de fibres qui forment les aspérités fibreuses ainsi que la pilosité de surface [42].

C’est cette partie supérieure qui subit le frottement. L’état de surface des matières fibreuses a

été étudié par Dia [43] par un dispositif développé au sein du laboratoire LPMT (Figure 1.14)

et qui permet d'évaluer la surface par des variations fines. Cette méthode est applicable grâce au

frottement d’une lame vibrante sur des surfaces textiles dont les aspérités sont comprises entre

1 et 2 mm.


26

Figure 1.14 : Dispositif d’évaluation de surface fibreuse.

3.10. Frottement des textiles

Le frottement en textile a fait l’objet de plusieurs études Howell et al. [44][45][46], Postle

et al. [47], Morrow [48], et Kawabata et al. [49]. Ils ont établi une corrélation entre les

propriétés morphologiques de la matière textile (rugosité de surface, titre et nature des fibres, la

texture de l’étoffe), et les conditions expérimentales (charge normale appliquée, vitesse de

glissement, température et humidité relative). Selon la nature des surfaces frottées, nous

constatons plusieurs types de frottement. Nous pouvons les considérer comme suit :

— Fibre-Fibre : c’est ce type de frottement qui conditionne notamment le comportement en

traction du fil et de l’étoffe.

— Fil-Fil : c’est ce type de frottement qui conditionne le comportement au cisaillement du

tissu.

— Tissu-Métal : c’est ce type de frottement qui conditionne le comportement du tissu

durant sa fabrication ou sa transformation en confection.

— Étoffe-Étoffe : c’est ce type de frottement qui conditionne notamment le comportement

à l’abrasion de l’étoffe.

Notre étude se concentrera sur le frottement (étoffe/étoffe). La mesure instrumentale de ce

frottement et de l’état de surface des étoffes dans notre laboratoire s’effectue usuellement grâce


27

au système KES-F [50](Kawabata Evaluation System for Fabrics) dont le principe va être

présenté dans le paragraphe suivant.

3.11. Mesure de frottement par la chaîne d’évaluation Kawabata

Le KES-F (Kawabata Evaluation System for Fabrics), développé par le professeur

Kawabata, est une chaîne de mesure composée de plusieurs modules. Elle permet une

évaluation globale du toucher et de la qualité des étoffes. Les tests réalisés avec la chaîne de

KES-F ont la particularité d’imposer de faibles sollicitations aux étoffes et d’étudier cette

dernière en sollicitation et en relaxation.

Le module KES-FB4 est le module de mesure du frottement et de la rugosité des surfaces

textiles. Ce module (Figure 1.15), fournit le Ra appelé SMD : Surface Mean Deviation et deux

paramètres de frottement : le coefficient de frottement MIU et la déviation par rapport à la

moyenne du coefficient de frottement MMD. Les mesures sont unidirectionnelles et elles sont

effectuées dans le sens chaîne puis dans le sens trame. L’étoffe, de 20 cm de côté, fait un aller-

retour de 3 cm sous le ou les palpeurs à une vitesse de 1 mm/s. La mesure des paramètres se

fait sur une longueur de 2 cm dans chaque sens. Les 5 premiers et derniers millimètres de la

course ne sont pas pris en compte afin de ne pas fausser les mesures par les instabilités du

système. Les capteurs sont de type inductif.

Figure 1.15 : KES-FB4 Module de Surface de la chaîne Kawabata

Le palpeur de frottement est constitué de 10 cordes à piano identiques (longueur 5 mm et

diamètre 0,5 mm) juxtaposées, ce qui donne un frotteur de 5 mm×5 mm. L’étoffe étant déplacée


28

perpendiculairement aux cordes, le contact peut être qualifié de multilinéaire. La charge

normale est de 50 cN. Le coefficient de frottement et ses variations, sans dimension, sont

calculés comme suit :

Coefficient de frottement instantané :

PF / (éq.1.9)

Coefficient de frottement :

dLL

LMIU 0

)/1(max

max (éq.1.10)

Variations du coefficient de frottement :

dLL

LMMD 0

)/1(max

max (éq.1.11)

Avec : F : force de frottement instantanée.

P : force normale exercée par le frotteur sur l’étoffe.

: distance parcourue sur le tissu.

: longueur de tissu sur laquelle la mesure est faite (3 cm).

3.12. Bruit de frottement des matériaux souples

Dans la littérature, on est face à une limitation des méthodes de mesures objectives et

subjectives des sons engendrés par le frottement des matériaux souples textiles. L’étude la plus

ancienne date de 1961. Elle se résume dans les travaux menés par Walter [51] qui a introduit la

notion spectrale du son produit par la friction des fibres et des tissus. Les tests furent réalisés

grâce à un premier instrument breveté en 1960 [52] et présenté par la Figure 1.16. Ces travaux

sont basés sur l’enregistrement phonique du frottement afin de trouver un lien entre la matière

sollicitée par le frottement et son amplitude acoustique.


29

Figure 1.16 : Instrument de frottement des fibres et des tissus.

A-Moteur. B-Ensemble d’engrenage. C- Deux disques de même diamètre. D-Support

disque. E-Traverse de la tête supérieure. F- Niveau. J-Disque inférieur. P-Plateau.

Les expériences menées par ce chercheur sur la friction des fibres de laine ont indiqué que

les propriétés de ces fibres peuvent être déduites par l’analyse du spectre du son produit par la

friction de cette matière. Dans une autre étude du même chercheur, on observe une

amélioration de son instrument expérimental pour des essais de friction des tissus [53]. Il a

trouvé que l’amplitude du son généré par le frottement des surfaces de ses échantillons dépend

de la nature de la matière, de la structure du tissu et du traitement d’ennoblissement*.

Les travaux de Walter ont montré que l'approche acoustique conduit à une méthode

objective de comparaison des propriétés du toucher du textile, dont la majorité est

habituellement évaluée subjectivement. Des tissus de mélanges en matière première différente

étaient classés identiques par le toucher d’un panel sensoriel. Les tests menés par ce chercheur

dans le cadre de ses travaux ont montré qu’ils sont différents par l’approche acoustique

développée.

En 2000, Eunjou [54] a développé un appareil pour mener des essais de frottement de

textiles et établir ainsi une relation entre les paramètres mécaniques du textile et le niveau du

bruit du frottement. Il utilisa un appareil de mesure des tissus qui a été breveté en 2006 [55].

(Figure 1.17).


30

Figure 1.17 : Générateur de son en frottement

A. Piston. B. Valve. C et D. Poids. E. Échantillon (15x15cm²). F. Échantillon (15x75cm²).

J. Support. K. Microphone.

Trois paramètres sonores du tissu ont été quantifiés. Ces trois paramètres sonores sont

(LPT), (ΔL) et (Δ f).

- (LPT) se calcule selon la formule ci-dessus :

(éq.1.12)

Avec L : niveau sonore de chaque bande du spectre du son sur la gamme de 20 Hz – 20

kHz.

- (ΔL) est la plage de niveau sonore, (ΔL) est défini comme :

(éq.1.13)

- (Δ f) est l’écart de fréquence, est défini comme :

é é (éq.1.14)

Une autre recherche a été initiée par Sukigara en 2001 [56] afin d’obtenir une évaluation

subjective du bruit de froissement de tissus. La méthode employée consiste à frotter le tissu

contre lui même avec sa partie inférieure manuellement (Figure 1.18). Les enregistrements sont


31

évalués par le jugement hédonique (agréable ou désagréable) du son des échantillons par des

personnes. Quelques travaux de recherches relevés dans la littérature sur le bruit de frottement

des tissus, sont des recherches subjectives [57][58][59], qui ont pour objectif de déterminer les

paramètres psycho-acoustiques qui affectent la sensation subjective du son de tissu par rapport

à des données acoustiques. D’autre travaux portent sur les corrélations du son et les

caractéristiques physiques du tissu [60][61].

Figure 1.18 : Essai de frottement manuel du tissu.

4. Conclusion

Ce chapitre a décrit l’évolution dans le temps de la compréhension du phénomène du

frottement, depuis les premières lois classiques énoncées par Amontons (1699) et Coulomb

(1780) jusqu’aux dernières méthodes menées par des chercheurs des domaines de la mécanique

et de l’acoustique pour la caractérisation du phénomène de frottement. On peut les résumer en

une phrase : « la force de frottement est proportionnelle à la charge normale appliquée et elle

est indépendante de la surface apparente du contact ».

Cette approche du frottement fut largement étudiée pour les matériaux rigides (métal-

métal), mais rarement pour les matériaux souples et fibreux (frottement textile/textile).


32

Selon la littérature, le premier instrument utilisé pour générer du bruit par frottement dans

le domaine textile a été breveté en 1960 aux États Unis avec un mouvement rotatif des

échantillons. Le deuxième a été breveté en 2001 en Corée, avec un mouvement de translation

des échantillons. Les recherches qui suivirent se basèrent sur un instrument ayant un

mouvement de translation de l’étoffe sur elle-même. Le bruit des tissus généré par le frottement

de tissu sur lui-même ou avec un autre tissu peut être considéré comme une gêne acoustique qui

peut avoir une incidence sur la qualité de certains produits. Notre étude se situe dans cette

problématique de diminution de cette gêne engendrée par le frottement inter-étoffes.

Cependant, les différents appareils présentés dans la littérature présentent un mouvement

vraiment différent du mouvement du frottement réel. C’est pourquoi, pour parfaitement étudier

le son du frottement, nous avons besoin de les étudier dans des conditions se rapprochant le

plus possible de la réalité. Nous allons donc concevoir un nouvel instrument expérimental.

Le chapitre qui suit présentera une étude et une analyse du mouvement d’un individu. Cette

étude permettra de comprendre le phénomène du balancement du bras au cours de la marche de

l’individu, qui est une des causes de génération du son par le frottement du vêtement. Nous

nous attacherons alors à mettre en évidence les paramètres déterminants et les conditions du

fonctionnement de l’instrument de mesure.

33

CHAPITRE 2

IDENTIFICATION DES

PARAMÈTRES DE FROTTEMENT

Chapitre 2 : Identification des paramètres de frottement

34

1. Introduction

Les premières études de la cinétique du corps humain peuvent être attribuées aux

recherches des pionniers du XIXe siècle comme Muybridge (1887), Marey (1873), et Braune et

Fisher (1895). Elles avaient marqué le début de l’analyse des mouvements grâce à la

cinématographie [62]. L’image était généralement limitée à un seul plan, comme l’illustre la

Figure 2.1.

À la fin du XXe siècle, le développement des systèmes informatiques et de la photographie

à haute fréquence a énormément aidé à déterminer avec précision l’information spatiale et

temporelle des positions des segments des membres du corps humain [63]. L’analyse

quantitative et qualitative de ces mouvements relève du domaine de la biomécanique, une

science que l’on définit comme « la science qui relie les forces internes et externes aux corps

humains, ainsi que les effets produits par ces forces ». Cette discipline considère le système

« musculosquelettique » humain comme une série de segments rigides liés entre eux par des

articulations sphériques lisses et ayant un certain nombre de degrés de liberté.

Figure 2.1 : Inscription chronophotographique du mouvement par Marey[64]

L’analyse du mouvement humain est bien souvent liée à une prise de décision, qu’elle soit

technique, tactique, clinique ou ergonomique. Les principales méthodes utilisées pour cette

analyse sont d’une part celles qui mesurent les signaux physiologiques (fréquences respiratoires

ou cardiaques, efforts et échanges thermiques), et d’autre part celles qui mesurent le

mouvement cinématique en lui-même : trajectoire, vitesse et accélération. Dans notre étude,


35

nous nous intéressons au mouvement en lui-même sans aborder les aspects physiologique ou

dynamique ; et en nous limitant au déplacement de la partie supérieure du corps humain.

2. La marche

La marche se définit comme la translation de l’ensemble du corps humain consécutive à

des mouvements de rotations segmentaires. Elle résulte d’une activité alternée des deux

membres inférieurs, assurant à la fois le maintien de l’équilibre et la propulsion [65].

En biomécanique, on utilise généralement trois plans imaginaires liés au corps humain et

orientés perpendiculairement les uns par rapport aux autres. On les appelle aussi les « plans

anatomiques du corps humain ». On distingue ainsi le plan sagittal29

(de profil), le plan frontal28

(de face) et le plan horizontal30

(axial) [62] comme indiqué sur la Figure 2.2.

Figure 2.2 : Plans anatomiques du corps humain.

2.1. Mouvement du bras pendant la marche

Les humains ont tendance à balancer leurs bras quand ils marchent, bien que les bras

n’aient aucun rôle pour propulser le corps en avant. Collins [65] a montré que le mouvement

des bras en marchant présente un intérêt majeur. En se balançant, les bras facilitent le

mouvement des jambes. Il y a aussi une augmentation de la force de l’appui du pied sur la terre.


36

Ce chercheur affirme que, malgré la facilité du processus du mouvement des bras, son effet sur

la consommation d’énergie du corps est très important : ce mouvement aide à économiser de

l’énergie, ce qui donne la capacité à marcher pendant une période plus longue.

En observant le balancement des bras lors de la marche, nous constatons que ce

mouvement provoque une friction entre les parties « manches » et « tronc » du vêtement, ce qui

engendre un bruit de frottement. Pour pouvoir reproduire ce son avec un dispositif mécanique,

il nous faut déterminer quelle est la surface frottée, quelles sont les forces appliquées, et quelle

est la vitesse du mouvement.

Nous avons donc étudié ce mouvement en faisant varier les matériels et les protocoles.

Lors de ces essais, nous avons aussi fixé une contrainte très importante : ces variations ne

doivent pas entraver la bonne exécution du mouvement. Il nous a fallut donc installer le

volontaire dans des conditions de déplacement les plus proche possibles de sa marche naturelle.

3. Partie expérimentale

L’objectif principal de cette étude consiste à examiner le mouvement de l’avant-bras

frottant sur le tronc. Nous avons utilisé un système d’imagerie et de capture du mouvement

(vidéo) selon un plan sagittal. Le traitement de ce film a été réalisé à l’aide du logiciel Dartfish

[66].

3.1. Les marqueurs

Afin de définir la vitesse et l’amplitude du mouvement, des marqueurs passifs sont fixés

sur l’avant-bras du sujet grâce à un adhésif à double face. La Figure 2.3 illustre un sujet

représentatif. Nous avons positionné les marqueurs selon les points d’articulation du bras, et un

autre au milieu du tronc du sujet.


37

Figure 2.3 : Placement des marqueurs sur le bras.

3.2. Protocole expérimental

La contrainte majeure de mise en place du protocole d’essai consista à déterminer des

conditions expérimentales qui ne dénaturent pas le mouvement réel de l’individu et qui

n’entrainent pas de fatigue physique inutile au cours des essais. Nous avons pour cela choisi un

tapis de course disposant de trois vitesses : marche, jogging et course. À cause de ces

conditions expérimentales (tapis de course en salle), le sujet volontaire a été, dans un premier

temps, perturbé. Les premiers enregistrements nous ont seulement permis d’observer le

mouvement sur le tapis (Figure 2.4). Après de nombreuses répétitions, cette attitude est

devenue de plus en plus naturelle. Après plusieurs séries de films, nous avons pu déterminer les

conditions d’essais suivantes :

— Vitesse du tapis de courses : pour la marche (2 km/h), pour le jogging (7 km/h), et pour

la course (9 km/h).

— Temps d’enregistrement : (30 s) pour chaque vitesse, avec un arrêt de 2 min entre les

essais du sujet.

— Arrière-plan : une planche blanche de 190 × 180 cm².

— Distance de la caméra sur support : 150 cm ┴ au tapis.


38

Figure 2.4 : Enregistrement vidéo du mouvement.

3.2.1 La vitesse du frottement

Les séquences obtenues à partir des découpages partiels des films enregistrés, selon des

conditions de mouvement fixes, ont été traitées par le logiciel [67], qui nous donne les

différentes localisations des marqueurs en fonction du temps. Nous en avons alors déduit la

distance parcourue par le marqueur à partir de ces positions. En appliquant la formule (éq.2.1),

nous pouvons donc calculer la vitesse linéaire du mouvement du bras (Figure 2.5).


39

Figure 2.5: Séquences de film : mouvement du bras. (a) Marche. b) Jogging. c) Course.

(éq.2.1)

Avec :

: vitesse linéaire en [m/s]

d : distance parcourue en [m]

t : temps en [s]

3.2.2 Schéma du trajet du mouvement du bras

En nous basant sur l’aspect temporel du mouvement et sur les positions de l’avant-bras

durant le déplacement (marche, jogging et course), nous obtenons les trajectoires schématisées

par la Figure 2.6. Elles illustrent le trajet du marqueur selon les points de l’image réelle traitée

par le logiciel.


40

Figure 2.6 : Trajectoires du mouvement du bras. a) Marche. b) Jogging. c) Course.

En utilisant la fonction de calcul de la trajectoire du logiciel Inkscape [54], nous obtenons

directement la longueur en mètre de chaque trajectoire. Six essais au minimum sont réalisés

pour chaque type de mode. Ces valeurs obtenues sont reportées dans le tableau 2.1.

Les temps sont obtenus directement à partir des films réalisés ; ils sont présentés dans le

tableau 2.2.

La vitesse linéaire du mouvement du bras a été calculée par la formule donnée dans

l’équation (éq.2.1) ; ses résultats sont indiqués dans le tableau 2.3.

a) (BB’ ) W distance en mode marche,

b) (BB’) J distance en mode jogging,

c) (BB’) R distance en mode course,

Tableau 2.1 : Longueur des trajectoires du balancement du bras.

Distance [m] d1 d2 d3 d4 d5 d6 Moyenne

dm CV %

(BB’) W 0,241 0,245 0,238 0,237 0,242 0,247 0,24 1,47

(BB’ ) J 0,489 0,492 0,487 0,499 0,498 0,483 0,49 1,17

(BB’ ) R 0,561 0,566 0,557 0,559 0,569 0,559 0,56 0,76

(a) (b) (c)


41

Tableau 2.2 : Temps parcourus obtenus à partir des séquences du film de mouvement du bras.

Temps [s] t1 t2 t3 t4 t5 t6 Moyenne (tm) CV %

(BB’) W 0,45 0,39 0,4 0,48 0,43 0,42 0,43 7,06

(BB’) J 0,49 0,51 0,55 0,53 0,55 0,49 0,52 4,84

(BB’) R 0,33 0,34 0,34 0,34 0,35 0,33 0,34 2,03

Tableau 2.3 : Vitesses du mouvement du bras.

Vitesse [m/s] V1 V2 V3 V4 V5 V6 Moyenne

Vm CV %

Marche 0,53 0,62 0,59 0,49 0,56 0,58 0,561 7,51

Jogging 0,99 0,96 0,88 0,93 0,9 0,98 0,94 4,30

Course 1,68 1,65 1,64 1,62 1,63 1,67 1,649 1,24

Les résultats montrent une dispersion acceptable (CV %), bien qu’elle soit plus importante

lors de la marche.

3.3. Calcul de la surface de frottement

Le but de cette étude consiste à déterminer la surface de frottement entre l’avant-bras et le

haut du corps durant la marche. De la peinture à l’eau a été utilisée et a été déposée sur la partie

intérieure de l’avant-bras d’un volontaire (Figure 2.7). Au cours de la marche, cette peinture

s’est déposée sur le vêtement. Après plusieurs essais de mouvement, nous avons ainsi pu

prendre des images de l’empreinte de la peinture sur le vêtement.


42

Figure 2.7 : Peinture appliquée sous l’avant-bras du sujet.

Des exemples sont donnés dans la Figure 2.8.

Figure 2.8 : Empreintes de peintures sur le vêtement.

(a), (b) et (c) Images d’empreinte de frottement au cours de marche.


43

(d), (e) et (f) Images d’empreinte de frottement au cours de jogging.

(g), (h) et (i) Images d’empreinte de frottement au cours de course.

Les empreintes ont été traitées par des logiciels [53, 54]. Grâce à ce traitement, nous avons

pu obtenir des valeurs des surfaces.

La figure 2.9 montre une surface obtenue lors d’un jogging.

Figure 2.9 : Empreinte de frottement lors d’un jogging. (a) Avant le traitement. (b) Après le

traitement.

Le traitement des images et la détermination des surfaces de frottement sont représentés par

les Figures (2.10, 2.11 et 2.12)


44

Figure 2.10 : Surfaces de frottement en mode marche

Figure 2.11 : Surfaces de frottement en mode jogging.


45

Figure 2.12 : Surfaces de frottement en mode course.

Les valeurs des surfaces obtenues sont reportées dans le tableau 2.4. Nous avons alors

déterminé la largeur maximale de l’empreinte de frottement par le même logiciel et par la

même démarche.

Tableau 2.4 : Surfaces de frottements. Surface

[dm²] S1 S2 S3 S4 S5 S6

Moyenne

Sm

CV%

Marche 0,75 0,83 0,79 0,8 0,96 1,00 0,85 10,78

Jogging 1,16 1,16 1,2 1,21 1,32 1,33 1,23 5,67

Course 1,56 1,58 1,6 1,62 1,8 1,84 1,66 6,63

Six essais ont été réalisés pour chaque cas. Les résultats obtenus montrent une dispersion

relativement importante, notamment dans le cas de la marche. La largeur maximale est montrée

sur la Figure 2.13. La Figure 2.14 présente les trois surfaces selon les trois allures d’essai

(marche, jogging, et course).


46

Figure 2.13 : Largeur maximale de l’empreinte de frottement sous le bras

Figure 2.14 : Empreinte des surfaces de frottements du bras.

S1 : surface de frottement en vitesse marche.

S2 : surface de frottement en vitesse jogging.

S3 : surface de frottement en vitesse course.

Nous retiendrons les données qui suivent pour la continuation de notre étude :

— Largeur maximale de l’empreinte de frottement 140 m = 140 mm,

— Surface de frottement sous le bras en marche S1= 0,009 m² =


47

— Surface de frottement sous le bras en jogging S2 = 0,012 m² =

— Surface de frottement sous le bras en course S3 = 0,017 m² = .

3.4. Identification de la pression de frottement

L’objet de cette partie consiste à déterminer la pression de frottement causée par l’avant-

bras sur le tronc durant la marche. Pour résoudre cette problématique, nous avons bénéficié des

résultats de plusieurs travaux de recherche entrepris dans notre laboratoire et portant sur

l’intégration de capteurs électriques au sein des matériaux fibreux (e–textiles) Kechiche [68] ,

Shafi [69].

Nous nous sommes notamment basés sur une étude menée par Yosouf [70] sur la

comparaison entre différents modes d’intégration de capteurs de pression ultrafins.

Pour pouvoir déterminer les pressions relatives à notre cas d’étude du frottement de

l’avant-bras avec le vêtement, nous avons fixé un capteur ultrafin sur le vêtement.

3.4.1 Choix du capteur

Nous avons retenu un capteur de pression du type Flexy force de pression (A401) [71] avec

une zone de détection circulaire de 25,4 mm de diamètre (voir sa fiche technique en annexe

n°4). Ce capteur de pression est un capteur mince (son épaisseur est de 0,21 mm), souple à

circuit imprimé, facile à installer sous le bras du sujet et sans gêne pour ses mouvements. Pour

assurer le bon contact de la sonde sur le tissu, deux types de fixation étaient envisageables : par

couture ou par collage. Un test de fixation selon l’un ou l’autre de ces deux montages a été

réalisé dans l’étude de Yosouf [70] sur le vêtement. Cela lui a permis une comparaison entre les

résistances moyennes des deux montages. Les données sont résumées dans le tableau 2.5 et sur

la Figure 2.15.


48

3.4.2 Choix du mode de fixation

Le choix du mode de fixation du capteur de pression par collage est basé sur les résultats

comparatifs de la résistance du capteur entre le montage par collage et le montage par couture.

Selon la Figure 2.15, la différence de sensibilité n’est pas très importante entre les deux

systèmes de fixation. Un montage par collage donne toutefois l’avantage de la facilité de la

manipulation et de la rapidité de fixation par rapport à la couture. À partir des valeurs de

résistance obtenues, on peut calculer la conductance du capteur (C=1/R)

Figure 2.15 : Comparaison de la conductance du capteur selon le mode de fixation.

3.4.3 Comparaison entre les deux types de montages du capteur

La comparaison des deux types de capteurs s’effectue par la comparaison des conductances

des deux montages (couture et collage) selon la Figure 2.15, on a :

(éq.2.2)

Avec : conductance du capteur

0

0,5

1

1,5

2

2,5

9,9

29,6

49,4

69,2

88,9

108,

7

128,

5

148,

2

168

187,

7

Con

du

cta

nce (

Sie

nen

s)

Pression gf/cm²

collage

couture


49

: Pression obtenue.

α : Pente, α = ΔC / ΔP

Les résultats sont indiqués dans le tableau 2.5, à partir de l’application de deux gammes de

pression.

Tableau 2.5 : Comparaison de la conductance du montage de capteur.

Pression (P)

(g.f/cm²)

Conductance (C)

Siemens Pente α

Collage Couture Collage Couture

Faible

gamme

P1=19,8 C1=0,09 C1=0,10 0,006 0,008

P2=29,6 C2=0,15 C2=0,18

Haute

gamme

P1=177,9 C1= 2,08 C1= 1,89 0,014 0,011

P2=187,7 C2= 2,22 C2= 2,00

Selon les résultats obtenus par Yosouf, la sensibilité du capteur diminue légèrement, que la

fixation soit réalisée par collage ou par couture.

3.4.4 Choix de l’emplacement de la fixation du capteur

L’étude précédente de la surface de frottement nous a permis de trouver l’endroit le plus

sollicité par la pression. Le capteur a donc été placé par collage dans cette zone de frottement.

Il se situe au-dessous de l’emmanchure selon la Figure 2.16. Le capteur est fermement collé

(colle liquide NEOPREN de Pattex) et les connecteurs ont été placés le long des coutures du

vêtement du volontaire pour être reliés à une carte d’acquisition électronique, liée à son tour à

un ordinateur sur lequel est installé le logiciel LabWIEW [72].

Figure 2.16 : Collage d’un capteur de pression.


50

Nous avons ensuite mesuré la pression appliquée sur cette zone lors des mouvements de

l’avant-bras.

3.4.5 L’étalonnage

L’étalonnage va consister à relier la variation de l’impédance du capteur à la pression

appliquée sur ce dernier par cm de l’avant-bras. Pour cela, nous utilisons une gamme de masse

[20-250] g en augmentant de 10 g pour chaque essai et en retenant la valeur moyenne de la

tension. Le logiciel LabWIEW va nous permettre d'acquérir différents types de signaux de

sortie (résistance, courant, tension, puissance) et va nous permettre de choisir l’intervalle de

mesure. Dans cette étude l’intervalle utilisé pour la tension est de (0-250) mV et le temps du

signale (0-10) s. Les pressions sont calculées et affichées dans le tableau 2.7. La Figure 2.17

présente la courbe d’étalonnage obtenue.

Figure 2.17 : Courbe d’étalonnage du capteur

La pression est calculée par la formule

(éq.2.3)

y = 8,1788x - 1,598 R² = 0,9833

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5 6

Ten

sio

n [

mv]

Pression [kPa]


51

Avec pression en Pa,

force appliquée en N,

surface de la zone de détection. Pour ce capteur, = 5,07 x 10-4

m²

Plusieurs mesures ont été pratiquées :

— par mesure statique pour la valeur moyenne de la résistance de montage (l’impédance)

en utilisant un multimètre ;

— en dynamique pour la valeur moyenne de la tension de sortie à partir d’un logiciel

spécifique d’acquisition des données (LabVIEW signal express) [59].

Les valeurs recueillies au cours de l’étude d’étalonnage du capteur ont permis de relever la

tension moyenne en fonction des pressions appliquées. Les résultats des tests ont été effectués

pour obtenir les valeurs de pression appliquée sur le tissu pour chaque type de mouvement. Ces

résultats sont présentés dans le tableau 2.7.

Tableau 2.6. Les résultats de la tension moyenne délivrée par le capteur lors des différents

mouvements.

Tableau 2.6 : Tension moyenne

Mouvement Tension moyenne (mV)

essai 1 essai 2 essai 3 essai 4 moyenne CV %

Marche (2 km/h) 10,3 12,7 13,3 12,9 12,3 9,55

Jogging (7 km/h) 17,5 19,5 18,2 18,5 18,4 3,9

Course (9 km/h) 26,1 32,4 33,3 32,2 31,0 9,22

3.4.6 Les masses correspondant aux pressions de frottement

De la courbe d’étalonnage en figure 2.17 les tensions moyennes obtenues par les essais du

mouvement correspondent aux pressions mentionnées dans le tableau 2.7.


52

Tableau 2.7 : La pression correspondante à chaque type du mouvement.

Mouvement Marche (2 km/h) Jogging (7 km/h) Course(9 km/h)

Tension moyenne (mV) 12,3 18,4 31

Pression

[kPa] 1,7 2,4 3,9

4. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons identifié tout d’abord les conditions expérimentales de

l’enregistrement vidéo de sujets sur un tapis de course avec les trois allures du déplacement :

marche, jogging et course. Nous avons ensuite présenté les différentes démarches d’analyse des

séquences du film enregistré grâce auxquelles nous avons déterminé les paramètres suivants :

— Vitesses linéaires du balancement du bras dans le cas de la marche, du jogging et de la

course,

— Amplitude de ce balancement,

— Surfaces du frottement,

— Pressions appliquées par l’avant-bras sur le corps.

L’ensemble de ces conditions est reporté dans les tableaux (2.3, 2.4, et 2.7).

Dans le chapitre suivant, nous utiliserons ces données expérimentales pour les calculs de

dimensionnement des pièces mécaniques nécessaires à la conception du dispositif expérimental

que nous envisageons.

53

CHAPITRE 3

CONCEPTION ET RÉALISATION

DE L’INSTRUMENT

Chapitre 3 : Conception et réalisation de l’instrument

54

1. Introduction

Après l'étude et la caractérisation du mouvement de l’avant bras d'un individu en

déplacement, nous allons concevoir un dispositif expérimental de simulation de ce mouvement

pour l'étude du son généré par le frottement des étoffes sur elles-mêmes. Le principe du

fonctionnement de cet instrument est basé sur le contact de deux échantillons textiles de même

nature (Figure 3.1). Le premier échantillon recouvre une plaque en gel de silicone qui simule la

peau humaine. Il est fixé et tendu sur une plaque en bois par deux bagues de serrage en

plastique. Le deuxième échantillon est mobile. Il est fixé sur un support dont le mouvement de

balayage est similaire du mouvement de l’avant bras sur l'échantillon fixe. Ce mouvement va

générer le son du frottement.

Figure 3.1 : Supports échantillons mobile et fixe.

1- Plaque en bois. 2- Plaque en silicone, 3- Bagues de serrages en plastique, 4- Tissus

5- Porte échantillon mobile.

Les exigences et les principales spécifications techniques pour le développement de cet

appareil sont les suivantes :

La manipulation et la fixation des échantillons doivent être simples,

Le mécanisme assurant le mouvement du frottement doit être le moins encombrant

possible et le plus silencieux possible,

L'isolation des bruits extérieurs doit être la plus rigoureuse possible,


55

La partie d'enregistrement du frottement (position du microphone) doit être isolée de

la partie mécanique,

La chaîne d'enregistrement doit être simple,

L'ensemble doit être stable après son étalonnage (étalonnage du microphone) sur de

longues périodes de temps d'enregistrement.

2. Conception de l'instrument expérimental

L'étude du mouvement de l’avant bras dans le chapitre précédant, nous a permis d'avoir des

données expérimentales sur la largeur maximale de frottement ) et les différentes surfaces

de frottement. Ces données seront utilisées dans ce chapitre pour les calculs nécessaires au

dimensionnement des pièces du système mécanique qui a pour objectif de reproduire le

balancement de l’avant bras avec ces différentes surfaces de frottement.

Pour rappel, les données expérimentales obtenues dans le chapitre précédent sont les

suivantes :

Largeur maximale de l'empreinte de frottement 140 m ,

Surface de frottement sous le bras en marche S1= 0,009 m² ,

Surface de frottement sous le bras en jogging S2 = 0,012 m² ,

Surface de frottement sous le bras en course S3 = 0,017 m².

La conception de notre instrument sera basée sur l'étude des trois parties principales

suivantes

la partie mécanique,

la partie isolation,

la partie d'enregistrement instrumental.

Pour la réalisation de ce système, nous avons opté pour un système similaire au dispositif

d'essuie-glace, illustré par le schéma cinématique de la Figure 3.2.


56

Figure 3.2 : Présentation cinématique du mouvement du porte-échantillon mobile.

: Largeur maximale de l'empreinte de frottement. Largeur de porte-échantillon

mobile.

D : Largeur maximale de balayage de l'axe (O'O").

2.1. Calcul de l'angle de balayage

Le calcul de l'angle de balayage (α) nous permettra à dimensionner le porte échantillon

mobile. La Figure 3.2, présente une partie de la pièce du support d’échantillon mobile. Pour

cela nous procédons par une démarche de calcul géométrique de la largeur maximale de

balayage de l’axe (O'O") (D). Après cela, on calcule l'angle (α) du mouvement de cet axe, qui

sera utilisé pour définir les longueurs utiles pour un porte-échantillon ayant une largeur

= 24 mm). Ce dernier est présenté dans la Figure 3.3.


57

Figure 3.3 : Porte- échantillon mobile

2.2. Calcul de la largeur de balayage de l'axe (O'O")

Le mouvement de l'axe (O'O") est présenté par la Figure 3.2.

Selon le schéma :

(éq.3.1)

(éq.3.2)

De la formule (éq.3.1) et (éq.3.2) On en déduit :

(éq.3.3)

(éq.3.4)

On a: = 140 mm, = 24 mm

Des formules (éq.3.3) et (éq.3.4), on obtient ).


58

2.3. Calcul de l'angle de balayage de l'axe (O"O')

Nous avons pris comme longueur de cet axe ( ). Selon la Figure 3.2, l'angle

de balayage est égal à 2α.

(éq.3.5)

Par l'application de la formule (éq.3.5), on obtient la valeur de (α)

D’où α = 9°

L'angle de balayage de l'axe de notre instrument sera donc 2α = 18°

2.4. Calcul des dimensions des porte-échantillons

2.4.1 Porte-échantillon immobile

Pour assurer le serrage et la tension de l'échantillon, nous avons adapté un cadre de

broderie en plastique utilisées dans la fixation des étoffes pour machine de broderie. Les

bagues sont de forme ellipsoïdale. Les grandeurs des deux diamètres (D, d) de ces bagues

assemblées entre elles sont respectivement égales à (300 et 365 mm). Ces dimensions nous ont

permis de fixer une des deux bagues sur une plaque rectangulaire de dimension A = 380 mm et

B = 320 mm.


59

Figure 3.4 : Porte-échantillon immobile. 1. Plaque de silicone. 2. Bague de serrage. 3.

Support en bois.

L'ensemble des bagues de serrage, le support en bois et la plaque de silicone forme le

porte- échantillon immobile selon la Figure 3.4. Ce porte échantillon sera monté sur un trépied

de hauteur réglable, qui assure une manipulation facile et rapide de la montée et de la descente

pour la réalisation des essais. Les bagues en plastique assurent la manipulation facile du

changement des échantillons au cours des essais. La Figure 3.5 montre les deux porte-

échantillons.

Figure 3.5 : Porte-échantillons.

2.4.2 Porte échantillon mobile

On a : S1 = , S2 = , et S3 = .


60

La Figure 3.6 représente la surface S' du frottement du porte-échantillon (P) à partir de

l'axe (O' O") est égale à la surface de frottement du bras sans la surface du porte échantillon

(P).

S'= S- (24 x L) avec S est la surface du frottement du bras sur le tronc.

Figure 3.6 : Surface S' du frottement de l'axe du porte-échantillon (P)

Par la formule générale de calcul de l'aire A d'un secteur angulaire α et d'un rayon r,

L'aire d'un secteur angulaire est :

(éq.3.6)

Considérant :

- ( SR' ) la surface obtenue du secteur angulaire ( 2 α ) et du rayon R',

- ( SR" ) la surface obtenue du secteur angulaire (2 α ) et du rayon R",

- ( S' ) la surface obtenue par ( SR' ) ∩ ( SR" ).

Suivant la Figure 3.6, c’est une partie de la surface du secteur angulaire de (2α). Pour

obtenir les surfaces de frottement de notre appareil selon les trois surfaces de frottement,

obtenues auparavant, et pour une manipulation rapide de placement de notre porte-échantillon


61

mobile et de l'échantillon, avec des dimensions peu encombrantes pour notre mécanisme, nous

avons choisi de fabriquer un porte-échantillon avec une largeur de 24 (mm). Les calculs qui

vont suivre, nous permettront de calculer les différentes longueurs de pièces nécessaires pour

assurer un frottement d'aire équivalent à l'aire de frottement du bras. Par cette étude

cinématique, nous arrivons à trouver la longueur de porte-échantillon qui permet de reproduire

la surface frottée dans les trois modes de mouvement.

D'après la Figure 3.6, les surfaces SR', SR", et S' du secteur angulaire de 2α seront

obtenues selon les formules suivantes :

(éq.3.7)

(éq.3.8)

(éq.3.9)

La surface S'est calculée selon la formule (éq. 3.9)

(éq.3.10)

On remplaçant SR' et SR" dans la formule

(éq.3.11)

(éq.3.12)

A partir de l'équation (éq. 3.9), on remplace R" dans l'équation (éq.3.12)

(éq.3.13)

La surface du frottement totale S qui présente les surfaces du frottement réel sous le bras,

sera présentée par la formule suivante :

(éq.3.14)

Selon l'équation (éq.3.14), S' sera suivant la formule :


62

(éq.3.15)

De l'équation (éq.3.15), on remplace S' dans l'équation (éq.3.13).

(éq.3.16)

De l'équation (éq.3.16) on aura la surface S égale à :

(éq.3.17)

Avec R'(372 mm) et α (9°5') On remplace dans la formule (éq.3.17) on aura:

(éq.3.18)

La formule (éq.3.17) est une équation du 2ème

degré, dont la résolution nous permettra de

trouver les longueurs du porte-échantillon selon les surfaces de balayage nécessaires.

1) Pour .

On aura :

Pour une surface de frottement , on a

Pour une surface de frottement S2 = , on a

Pour une surface de frottement , on a

Les dimensions du porte-échantillon mobile (Figure 3.7) sont présentées dans le tableau 3.1.


63

Figure 3.7 : Porte-échantillon mobile

Tableau 3.1 : Dimensions de l'emporte pièce mobile selon les surfaces de frottement

Mouvement Marche 9 24 69

Jogging 12 24 95

Course 17 24 144

2.5. Calcul du positionnement des axes du mécanisme

Pour assurer le mouvement du balayage de l'axe (O' O") avec un angle de 2α = 18°, nous

devons réaliser un mécanisme peu encombrant et peu bruyant. Nous avons adapté un système

de transmission de mouvement de rotation d'un disque de rayon R, portant une pièce en Téflon

à une distance de C du centre de rotation du disque. Cette pièce est montée sur un axe

perpendiculaire au disque, ce qui assure la rotation de cette pièce avec la rotation du disque. La

pièce en Téflon est traversée par une tige en acier lisse qui coulisse librement à travers cette

pièce. L'axe de la tige en acier est lié à l'axe de balayage au point d'articulation O'.


64

Figure 3. 8 : Schéma cinématique du mécanisme de mouvement mécanique.

Par l'étude cinématique du mouvement présenté par la Figure 3.7, nous calculerons le rayon

R du disque qui assure le mouvement de rotation et la distance C de l'axe de la pièce de rayon r,

sur laquelle sera montée la pièce en Téflon. Nous fixons l'entraxe A à 240 mm.

(éq.3.19)

On déduit de la formule (éq. 3.19)

(éq.3.20)

Avec , on aura et

Selon la Figure 3.10 on a :

(éq.3.21)

On appliquant (éq.3.21)


65

3. Description fonctionnelle de système expérimental

La première étape du processus de conception du système expérimental se distingue par

l’analyse des résultats obtenus dans le chapitre précédent. Pour nous faciliter la compréhension

du système à concevoir, nous l'avons présenté sous forme des diagrammes structurels. Cela

nous permettra la conception par parties essentielles de la construction finale.

3.1. Description générale

Le balayage sera assuré par un système mécanique alimenté par une source d'énergie

électrique. Le système mécanique permettra de générer le son provoqué par le frottement d’une

étoffe sur elle-même qui sera enregistré. La Figure 3.9 présente le diagramme de la structure

générale de l'instrument.

Figure 3.9 : Diagramme de la structure générale de l'instrument expérimental

En se basant sur ce diagramme, on observe que la partie qui demande plus de réflexion, est

la partie mécanique. Elle sera mise en place de façon à avoir un mouvement de balayage d'une

surface de tissu mobile sur une surface fixe du même tissu.

Son généré

par frottement

Frottement

surfacique du tissu

Énergie

électrique

Partie

enregistrement

Partie

mécanique

Mouvement

de balayage

Instrument

expérimental


66

3.2. Description de la partie mécanique

La partie mécanique assure la transformation de l'énergie électrique en mouvement

mécanique grâce à un moteur électrique à courant continu. Ce type de moteur est envisageable

dans la mesure où les vitesses de frottement ne sont pas très élevées. L’énergie mécanique sera

transmise par la structure définie dans les paragraphes précédents. L’ensemble peut être

présenté par le diagramme structurel de la Figure 3.10.

Figure 3.10 : Diagramme de la structure mécanique de l'instrument expérimental

La partie d'enregistrement, que nous présentons sous forme d'un diagramme structurel

selon la Figure 3.11 est constituée d’un ensemble d'appareillages d'enregistrement acoustique.

3.3. Description de la partie enregistrement


67

La partie enregistrement est réalisée grâce à un ensemble de matériel de Brüel et Kjaer

(microphone type 4190, pré-amplificateur type 2669, et amplificateur type 2606). La seule

partie du système acoustique qui sera fabriquée spécifiquement dans le cadre de cette étude est

l'enceinte acoustique. Elle sera le dernier élément à être mis en place pour finaliser le système

de mesure. Elle sera testée de façon expérimentale pour s’assurer de ses caractéristiques

notamment en terme d’isolation.

Figure 3.11 : Diagramme de la structure d'enregistrement de l'instrument expérimental.


68

3.4. Présentation de la partie mécanique

La conception et la réalisation de ce mécanisme a suivi plusieurs étapes. La première étape,

le calcul et le dimensionnement des pièces maitresses qui a été présenté dans les paragraphes

précédents.

La seconde étape a consisté à dessiner l’ensemble des éléments du mécanisme sur

Pro.ENGINEER [73]. Les Figures (3.12, 3.13, 3.14, et 3.15) présentent quelques pièces de ce

mécanisme qui ont été réalisées à l’atelier mécanique du laboratoire. La troisième étape a été le

montage du système et son positionnement dans l’enceinte acoustique développée. Plusieurs

phases d’amélioration ont suivi afin de simplifier et d’améliorer le système suite à des premiers

séries d’essais. La Figure 3.16 présente les améliorations faites sur les mécanismes mécaniques

de l’instrument.

3.5. Fabrication des composantes mécanique

Les pièces usinées par nos soins sont majoritairement en alliage d'aluminium car elles sont

plus faciles à usiner et peu coûteuses. Les bagues sont en bronze et les tiges en acier.

L'ensemble du système mécanique est monté sur socle en profilé 40 X 40, ayant à son extrémité

quatre pieds réglables avec des embouts en caoutchouc afin d’amortir les vibrations du moteur

et d’éviter la transmission des vibrations mécaniques par le sol. La pièce de couplage est en

Téflon. L’ensemble de la conception du système a été réalisé afin de minimiser les bruits

parasites dûs au mécanisme.


69

Figure 3. 12 : Plateau en aluminium


70

Figure 3. 13 : Disque en aluminium


71

Figure 3. 14 : Disque support du porte échantillon mobile.


72

Figure 3. 15 : Première partie mécanique


73

Figure 3. 16 : Partie mécanique améliorée.

Selon la Figure 3.16, l’accouplement rigide (1) du moteur a été remplacé par un

accouplement flexible en alliage d’aluminium (1’). Le socle de l’instrument (2) a été remplacé

par un cadre en profilé pour un meilleur maintien de l’instrument durant les essais à des

vitesses plus élevées. La liaison par rotule (3) a été remplacée par une liaison rigide fixe (3’).

La pièce plate (4) a été remplacée par un disque cylindrique (4’). Ces améliorations en

fabrication mécanique ont donné plus de stabilité à la partie mécanique de l’instrument durant

les essais.

Le mouvement est assuré par un moteur électrique à courant continu testé pour 9 v avec un

nombre de tour de 1094 tr/mn (Figure 3.17), qui a été installé sur le premier mécanisme d'essai.

La relation vitesse = f (tension) a été établie grâce un tachymètre 36

à contact (Figure 3.18).

Pour le système complet, nous avons étalonné par une méthode simple grâce à des


74

enregistrements vidéo du mouvement de ce dernier. Des séquences de ces enregistrements nous

ont permis de déterminer la vitesse en fonction de la tension d'alimentation du moteur, le

principe de la méthode employé est détaillé dans les paragraphes suivants.

Figure 3. 17 : Moteur électrique


75

Figure 3. 18 : Vitesse du moteur (tr/mn) en fonction de la tension.

4. Étalonnage

L'étalonnage nous permettra à trouver, d'une façon pratique, le réglage du générateur de

tension avec les vitesses des essais du frottement obtenues dans le chapitre précédent. Pour ce

faire, nous avons filmé l'extrémité du porte échantillon en mouvement, après l'avoir marqué par

un marqueur (Figure 3.19). La vitesse du mouvement est pilotée par l'alimentation en tension

du moteur. Nous avons procédé par augmentation progressive de la tension et, pour chaque

augmentation nous avons filmé le mouvement. Le film est traité pour une distance du balayage

du porte-échantillon (Figure 3.20). Les vitesses sont calculées et présentées dans le tableau 3.3,

à partir des temps qui sont présentés dans le tableau 3.2 pour une distance parcourue de 0,122

m du point du marqueur fixé à l’extrémité de la règle du porte échantillon. Trois essais sont

réalisés pour chaque valeur de tension.

0

200

400

600

800

1000

1200

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Vit

esse

du m

ote

ur

[tr/

mn]

Tension [volt]


76

Figure 3. 19 : Mouvement du porte-échantillon. (a) marqueur. (B) Déplacement.

Figure 3. 20 : Mouvement du porte-échantillon. (a) correspond (2,58 volt), (b) correspond

(2,68 volt).


77

Tableau 3. 2 : Temps du mouvement du porte-échantillon pour une distance de 0,122 m

Tension [Volt] Essai1

[s]

Essai2

[s]

Essai 3

[s]

Moyenne

[s] Ecart-type CV(%)

2,41 0,354 0,313 0,336 0,334 2,06E-02 6

2,48 0,284 0,298 0,29 0,291 7,02E-03 2

2,51 0,232 0,24 0,251 0,241 9,54E-03 4

2,58 0,214 0,197 0,199 0,203 9,29E-03 5

2,61 0,189 0,18 0,188 0,186 4,93E-03 3

2,68 0,168 0,172 0,187 0,176 1,00E-02 6

2,71 0,164 0,171 0,176 0,170 6,03E-03 4

2,78 0,168 0,17 0,164 0,167 3,06E-03 2

2,81 0,142 0,146 0,147 0,145 2,65E-03 2

2,88 0,139 0,135 0,141 0,138 3,06E-03 2

2,91 0,135 0,133 0,129 0,132 3,06E-03 2

2,98 0,118 0,124 0,133 0,125 7,55E-03 6

Tableau 3. 3 : Vitesse linéaire du mouvement du porte-échantillon.

Tension [Volt] Essai1

[m/s]

Essai 2

[m/s]

Essai3

[m/s]

Moyenne

[m/s] Ecart-type CV(%)

2,41 0,34 0,39 0,36 0,36 2,52E-02 7

2,48 0,43 0,41 0,42 0,42 1,00E-02 2

2,51 0,53 0,51 0,49 0,51 2,00E-02 4

2,58 0,57 0,62 0,61 0,60 2,65E-02 4

2,61 0,65 0,68 0,65 0,66 1,73E-02 3

2,68 0,73 0,71 0,65 0,70 4,16E-02 6

2,71 0,74 0,71 0,69 0,71 2,52E-02 4

2,78 0,73 0,72 0,74 0,73 1,00E-02 1

2,81 0,86 0,84 0,83 0,84 1,53E-02 2

2,88 0,88 0,9 0,87 0,88 1,53E-02 2

2,91 0,9 0,92 0,95 0,92 2,52E-02 3

2,98 1,03 0,98 0,92 0,98 5,51E-02 6


78

La Figure 3.20, présente le graphe d'étalonnage de la vitesse en fonction de l'alimentation

en volt du moteur.

Figure 3.21 : Graphe d'étalonnage

D'après le graphe de la Figure 3.20, les valeurs du réglage du générateur de tension qui

correspondent aux vitesses du frottement relevées pour les différentes modes de déplacement

sont présentées dans le tableau 3.4.

Tableau 3.4 : Voltages correspondant aux vitesses du mouvement.

Mode Marche Jogging Course

Alimentation [volt] 2,6 2,9 3,6

Vitesse [m/s] 0,56 0,94 1,65

5. L'enceinte acoustique

Pour séparer physiquement la partie mécanique et aussi l’isoler d’un point de vue

acoustique de la partie d'enregistrement, nous avons prévu d'installer le microphone dans une

enceinte avec une isolation phonique21

. D'après la littérature [74], les ondes sonores dans un

espace clos subissent des réflexions qui sont à l'origine de deux phénomènes acoustiques

majeurs : l'effet de l'écho et l'effet de la résonance. Cela signifie que le microphone à l'intérieur

de l'enceinte acoustique ne sera pas dans un environnement passif : chaque élément de surface à

l'intérieure de l'enceinte, reçoit, modifie et réémet les ondes sonores. C'est un environnement

y = 1,0594x - 2,1625 R² = 0,9726

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 2,9

Vit

esse

mo

yen

ne[

m/s

]

Tension [volt]


79

actif qui influe sur le bruit du frottement à enregistrer. La réverbération32

(ou écho) et la

résonance (ou ondes stationnaires) peuvent provoquer des perturbations dans la zone

d'enregistrement du microphone. Pour cela, deux enceintes de dimensions différentes

successivement réalisées ont fait l'objet d'une étude acoustique. Des essais d'atténuation dans

une chambre réverbérante ont été menés, afin de choisir l'enceinte qui s'adapte au mieux à nos

essais d'enregistrement du frottement des échantillons textiles.

5.1. Première enceinte acoustique

La première enceinte acoustique que nous avons développée (Figure 3.21) est une caisse

parallélépipédique (400 x 400 x 700 ) construite en bois aggloméré d’épaisseur 10 mm.

L’isolation acoustique est réalisée par une mousse alvéolaire en polyuréthane, collée sur toutes

les parois intérieures de la caisse y compris sur la porte. Chaque couche est de 30 mm

d’épaisseur (fiche technique en annexe). Une fente de dimensions de (80 x 10 mm²) a été

réalisée sur la paroi arrière au milieu de la caisse afin de permettre l'introduction du porte-

échantillon mobile à l'intérieur de l’enceinte acoustique. La position du porte-échantillon à

l’intérieur de l’enceinte conduit à séparer le volume intérieur en deux compartiments comme on

peut le voir sur la Figure 3.23.

Figure 3.22 : Enceinte acoustique


80

Figure 3.23 : Enceinte acoustique avec isolation.1-premier compartiment.2-deuxième

compartiment

Les dimensions de la partie intérieure de l'enceinte acoustique sont présentées dans le

tableau 3.5 ainsi que les dimensions de chacun des deux compartiments.

Tableau 3. 5 : Dimensions des deux compartiments de l’enceinte acoustique.

Dimension [mm] Compartiment (1) Compartiment (2) Total

L [mm] 340 340 680

l [mm] 350 350 700

H [mm] 220 390 610

Volume [m3] 0,026 0,046 0,072

5.1.1 Calcul théorique de la résonance de l’enceinte acoustique

Pour les milieux clos [74], les premiers modes de résonance se calculent avec la relation

suivante

(éq.3.22)

Avec :

la fréquence de la résonance, C la célérité du son dans l'air (340 m/s), (a, b et c) sont des

entiers, (L, l, et H) dimensions de l’enceinte en mètre.


81

Par l'équation (éq. 3.22), on calcule la résonance des deux compartiments (1) et (2) selon la

Figure 3.23. Le tableau 3.7, résume les quinze premières fréquences propres de l’enceinte

obtenues, ainsi que la structure des modes associés, représentés par le triplet (a, b, c).

Le classement des fréquences est présenté dans le tableau 3.6.

Tableau 3. 6 : Classement des fréquences.

Fréquences

subsoniques

Très basses

fréquences

Basses

fréquences

Fréquences

moyennes

Hautes

fréquences

Très hautes

fréquences

1 - 20 Hz 20 - 40Hz 40 - 160Hz 160 – 5kHz 5 - 10KHz 10 - 20KHz

Tableau 3. 7 : Fréquences propres du compartiment (1)

a b c Fréquences propres à la boîte Type du mode

0 1 0 485,7 Hz Axial

1 0 0 500,0 Hz Axial

1 1 0 697,1 Hz Tangentiel

0 0 1 772,7 Hz Axial



0 2 0 971,4 Hz Axial

2 0 0 1000,0 Hz Axial

1 1 1 1040,7 Hz Oblique




0 3 0 1457,1 Hz Axial

3 0 0 1500,0 Hz Axial

0 0 2 1545,5 Hz Axial

Le tableau 3.8, résume les quinze premières fréquences propres de la boîte obtenues pour

une célérité de l’air, ainsi que la structure des modes associés, représentés par le triplet (a, b, c).


82

Tableau 3. 8 : Fréquences propres du compartiment (2)

a b c Fréquences propres à l’enceinte

acoustique Type du mode

0 0 1 435,9 Hz Axial

0 1 0 485,7 Hz Axial

1 0 0 500,0 Hz Axial




1 1 1 822,1 Hz Oblique

0 0 2 871,8Hz Axial

0 2 0 971,4Hz Axial

2 0 0 1000,0Hz Axial


1 2 0 1092,6Hz Tangentiel


1 1 2 1116,2Hz Oblique

1 2 1 1176,3 Hz Oblique

À partir de ces résultats, et selon le tableau 3.6 du classement des fréquences, on peut

remarquer que les fréquences de résonance de cette enceinte sont situées dans la bande des

fréquences moyennes. Le porte-échantillon fixe divise l’enceinte en deux compartiments et cela

influe clairement sur les ondes stationnaires. Cependant, elles restent toujours dans le domaine

des moyennes fréquences. Pour diminuer l'influence de ces fréquences sur l'enregistrement du

microphone. Il faut décaler les fréquences dans des bandes des basses fréquences ou les

diminuer. Étant donné que le domaine audible n’est pas situé dans cette bande de fréquence, la

résonance ne va pas affecter les enregistrements des frottements des tissus. Pour cela nous

allons augmenter la dimension de l’enceinte.

5.2. Deuxième enceinte acoustique

La seconde enceinte acoustique (Figure 2.24) est une caisse parallélépipédique construite

de la même matière en bois aggloméré d’épaisseur 10 mm, mais de taille supérieure (880 x880

x 1500 mm³). Comme pour l’enceinte précédente, l’isolation acoustique est réalisée par une

mousse en polyuréthane, collée sur toutes les parois intérieures de la caisse et sur la porte.

Chaque couche est de 30 mm d’épaisseur. Une fente de dimensions (80 x 10 mm²) dimensions


83

identiques à celle de la précédente enceinte a été réalisée sur la paroi arrière au milieu de la

caisse afin de permettre l'introduction du porte échantillon mobile à l'intérieure de la caisse.

Figure 3. 24 : Enceinte acoustique.

Les dimensions de la partie intérieure de l'enceinte acoustique sont présentées dans le

tableau 3.9. Le porte-échantillon fixe ne divise pas le volume intérieur de cette enceinte

acoustique avec ces dimensions.

Tableau 3.9 : Dimensions de la deuxième enceinte acoustique.

Dimension X [mm] Y [mm] Z [mm] Volume [m3]

Intérieure 830 800 1440 0,96

Le tableau 3.10, présente les quinze premières fréquences propres à l’enceinte obtenues

pour une célérité de l’air, ainsi que la structure des modes associés, représentés par le triplet (a,

b, c).


84

Tableau 3.10 : Fréquences propres de l'enceinte acoustique.

a b c Fréquences propres à l’enceinte acoustique Type du mode

0 0 1 118,1 Hz Axial

1 0 0 204,8 Hz Axial

0 1 0 212,5Hz Axial

0 0 2 236,1 Hz Axial







0 0 3 354,2 Hz Axial



2 0 0 409,6Hz Axial


À partir de ces résultats, et comparativement avec la première enceinte acoustique, on peut

remarquer que les fréquences de résonance ont effectivement diminué. Elles restent cependant

entre les basses et les moyennes fréquences. Les dimensions, la forme et la matière utilisée

dans la conception de cette enceinte affectent le comportement des ondes sonores.

5.3. Atténuation de l’enceinte acoustique

Les deux enceintes acoustiques ont été testées dans une chambre réverbérante standard.

Cette chambre est instrumenté avec 8 haut parleurs (pour la gamme de fréquence moyennes

et pour les aigus). Dans cette salle, le champ sonore est diffus. L'atténuation sera considérée

comme la différence d'amplitude sonore dans la même situation avec et sans l’enceinte

acoustique. Cette mesure a été réalisée pour deux volumes différents pour les deux enceintes

développées : une petite boîte (0,0714 m³), et une grande boîte (0,9562 m³) pour 95 dB(A)12

à

105 dBA. L’échelle dB(A) a été choisie car c’est la plus approprié pour l'évaluation humaine.

La Figure 3.25 montre que l’atténuation de la grande enceinte acoustique est plus importante

que la petite enceinte acoustique.


85

Figure 3.25 : Atténuation des deux enceintes développées

6. Instrument expérimental

L’instrument expérimental final est présenté par la Figure 3-26. L’enceinte acoustique (1)

de volume intérieur de 0,96 m3, ayant une isolation acoustique assurée par une mousse

acoustique (15). A l’intérieur de cette enceinte, il y a un microphone (2), le porte-échantillon

mobile (3), et le porte-échantillon fixe (4). A l’extérieur de l’enceinte, on a la partie mécanique

et la partie d’enregistrement. Le mouvement est assuré par le moteur électrique(5), alimenté par

le générateur électrique (6). La tige plate (10) fixée sur le disque (14) a un mouvement de

balayage qui sera transmis au porte échantillon (3). La partie d’enregistrement est constituée

d’un amplificateur (7) lié au microphone (2) et l’enregistreur (8), ce dernier est lié à un

programme de traitement des enregistrements dans l’ordinateur (9).

-20

-10

0

10

20

30

40

16

32

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Att

énuat

ion [

dB

A]

Fréqunece [Hz]

Grande Boite

Petite Boite


86

Figure 3. 26 : Instrument expérimental développé


87

7. Conclusion

Ce chapitre a présenté toutes les étapes expérimentales qui nous ont aidé à la conception et

la réalisation de l’instrument développé dans le cadre de cette étude. La partie relative au calcul

des pièces maitresses et la fabrication de toute la partie mécanique ont été présentées par étapes

pour aboutir au choix final du mécanisme. Les contraintes rencontrées dans la fabrication de cet

instrument ont été résolues par différentes amélioration des pièces mécaniques et la

modification des dimensions de l’enceinte acoustique développée. Le choix a été toujours basé

sur des tests tels que les tests d’atténuation du bruit et de l’étude des dimensions de deux

enceintes pour décaler les ondes stationnaires dans les basses fréquences.

Dans le chapitre suivant, nous allons utiliser cet instrument pour l’étude de plusieurs

échantillons avec différentes conditions d’essais. Cette étape nous permettra de valider

l’instrument compte tenu des objectifs de notre étude.

88

CHAPITRE 4

EXPÉRIMENTATIONS

Chapitre 4 : Expérimentations

89

1. Introduction

Dans le cadre de cette partie expérimentale, de nombreuse étoffes ont été testées (quinze

échantillons) dont l’ensemble des résultats est présenté en annexe. Dans le cadre de ce chapitre

nous nous intéresserons plus particulièrement aux résultats des étoffe T1 (coton / élasthanne),

T2 (Polyamide/Polyuréthane), et T3 (Soie) car ils sont significatifs de l’ensemble des tests.

Les paramètres qui varient dans le cadre de cette étude sont la vitesse du mouvement et la

surface de frottement. La pression est maintenue constante tout au long des expérimentations.

Pour l’interprétation des résultats, nous avons quantifié trois paramètres sonores du tissu par

un outil d’analyse des spectres acoustiques obtenus grâce à la chaîne instrumental que nous

avons développée. Ces trois paramètres sonores, cités dans un chapitre précédent, sont (LPT),

(ΔL) et (Δ f).

- (LPT) se calcule selon la formule ci-dessus :

(éq.4.1)

Avec L : niveau sonore de chaque bande du spectre du son sur la gamme de 20 Hz – 20

kHz.

- (ΔL) est la plage de niveau sonore, (ΔL) est défini comme :

(éq.4.2)

- (Δ f) est l’écart de fréquence, est défini comme :

(éq.4.3)

Dans les essais qui suivent pour différents échantillons, nous avons utilisé ces paramètres

acoustiques pour analyser l’influence de la vitesse du frottement et de la surface du frottement

sur le bruit de friction. Les spectres sont traités et présentés en tiers d’octave. Les pressions

acoustiques pondérés31

A sont aussi présentées dans les graphes afin de tenir compte de

l’oreille moyenne de l’homme (la structure et la fonction de l’oreille humaine sont en annexe).

L’oreille humaine perçoit des sons à partir de 20 micro pascals (seuil d’audibilité) et jusqu’à 20

pascals (seuil de la douleur). L’échelle du bruit s’étend de 0 dB (seuil d’audibilité) à 130 dB


90

(seuil de la douleur). Les sons de la vie courante sont compris entre 30 et 90 décibels4. On

trouve des niveaux supérieurs à 90 dB essentiellement dans la vie professionnelle. Les Figure

(4.1 et 4.2) [75] présente les niveaux sonores du bruit dans notre vie courante. C’est une

illustration en (dB) du seuil du bruit de très calme au plus dangereux à l’oreille humaine.

Figure 4.1 : Illustration du seuil du bruit.

Figure 4.2 : L’échelle du bruit selon la perception de l’oreille humaine.


91

2. Protocole expérimental

2.1. Échantillons textiles

L’ensemble des essais réalisés sur le dispositif expérimental développé s’effectue sur une

surface plane d’échantillons d’étoffe destinée à l’habillement. Des échantillons de dimension de

(50x50 cm²) et de (10x11 cm²) ont été découpés pour chaque tissu, ils sont consécutivement

montés sur les porte-échantillons fixe et mobile de l’instrument expérimental.

2.2. Instrument expérimental

L’instrument expérimental est réglé afin de pouvoir réaliser des tests avec trois vitesses

d’essais afin de correspondre aux trois modes de déplacement étudies (marche, jogging, et

course). Les paramètres des essais sont indiqués selon le tableau 4.1.

Tableau 4.1 : Identification des facteurs

Vitesse [m/s] Surfaces [m²] Pression [kPa]

V1 V2 V3 S1 S2 P

0,56 0,94 1,64 0,017 0,009 1,7

La chaîne d’acquisition du son est calibrée par l’étalonnage du microphone, la position de

ce dernier, durant les essais, est maintenue constante au dessus de l’échantillon mobile à 1cm, à

l’intérieur de l’enceinte acoustique.

Les sons enregistrés ont été traités par un programme d’analyse de Fourier (FFT) afin

d’obtenir des courbes spectrales (niveau sonore en fonction de la fréquence). Cette

transformation a permis d’obtenir le niveau sonore pour chaque bande de1/3 d’octave3.


92

3. Essais expérimentaux

Nous avons commencé par l’enregistrement du bruit de fond6 pour chacune des trois

vitesses. Les spectres sont présentés par les Figures (4.3, 4.4, et 4.5). Le tableau 4.2 présente le

niveau global du bruit de fond selon les trois allures de vitesses.

Figure 4.3 : Spectre du bruit de fond pour la vitesse V1 en [dB] et en [dB(A)].


0

20

40

60

80

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit de fond V1

0

10

20

30

40

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit de fond V1

0

20

40

60

80

31

,5

62

,5

12

5

25

0

50

0

10

00

20

00

40

00

80

00

16

00

0

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit de fond V2

0

10

20

30

40

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit de fond V2


93


Tableau 4.2 : Récapitulatif du niveau global du bruit de fond.

Bruit de fond V1 V2 V3

dB 70 74 73

dB(A) 44 47 49

Une analyse de ces spectres montre que, quelle que soit la vitesse, le bruit de fond est plus

élevé dans le domaine des basses fréquences. La fréquence de résonance de l’enceinte

acoustique dont nous avons auparavant augmenté les dimensions afin de limiter ce phénomène

est aussi située dans cette bande de basses fréquences. Étant donné que nous allons se baser sur

les moyennes et hautes fréquences pour le textile, la résonance ne va pas affecter les

enregistrements des frottements des tissus.

Le fort niveau en très basses fréquences (< 50 Hz) est dû au bruit ambiant5 non atténué par

l’enceinte acoustique. Pour cette raison, le bruit de fond sera pris en compte lors de l’analyse

des spectres de frottement des tissus qui seront analysés. Dans les domaines des basses

fréquences (<100 Hz) on ne pourra pas séparer la contribution du bruit de friction par rapport

au bruit de fond. La gamme de fréquence importante pour l’enregistrement du son des

frottements des tissus se situe principalement dans les moyennes et hautes fréquences. Cette

plage correspond aussi au domaine fréquentiel où l’oreille est la plus sensible. Dans les

moyennes et hautes fréquences le bruit de fond sera comparé avec le bruit de frottement des

tissus.

0

20

40

60

80

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit de fond V3

0

10

20

30

40

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit de fond V3


94

4. Essais avec tissus

Dans cette étude, nous avons choisi 15 tissus différents utilisés dans l’habillement, ne

seront présentés en détail dans cette partie que 3 tissus car comme cela a été mentionné, ils

représentent les comportements caractéristiques des étoffes étudiées avec une diversité

distinguée entre leurs signaux acoustiques. L’ensemble des résultats de tous ces tissus sont

placés en annexe.

4.1. Échantillon (T1) en coton / élasthanne

Les caractéristiques de l’étoffe sont présentées dans le tableau 4.3.

Tableau 4.3 : Caractéristiques techniques du tissu T1 (coton / élasthanne)

Matière Armure Masse

[g/m²]

Fils de

chaîne

[Tex]

Fils de

trame

[Tex]

Densité

en chaîne

Fil/cm

Densité

en trame

Fil/cm

coton/élasthanne Toile 108 7 10 85 40

4.1.1 Essais de frottement pour la surface S1

Les résultats obtenus par trois essais réalisés pour chaque cas de la surface d’essai S1 et les

vitesses V1, V2, et V3 sont présentés dans les Figures (4.6, 4.7, et 4.8) respectivement.


[dB(A)].

0

20

40

60

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T1.V1.S1

-20

0

20

40

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T1.V1.S1


95

Figure 4. 7 : Spectre sonore pour le tissu Coton / Élasthanne pour la vitesse V2 en [dB] et en

[dB(A)].


[dB(A)].

Les paramètres acoustiques du tissu calculés à partir des spectres sont présentés dans le

Tableau 4.4. Les pressions acoustiques pondérées A du tissu et les fréquences qui

correspondent à ces pressions sont présentées dans le Tableau 4.5.

0 10 20 30 40 50 60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000 A

mp

litu

de

[dB

]

Fréquence [Hz]

T1.V2.S1

-20

0

20

40

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T1.V2.S1

0

20

40

60

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T1.V3.S1

0

20

40

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T1.V3.S1


96

Tableau 4.4 : Paramètres acoustiques du tissu selon les trois vitesses et la surface S1.

Tissu

coton/élasthanne

S1

LPT [dB] ΔL [dB] Δf [Hz] LPT

[dBA] ΔL [dBA] Δf [Hz]

V1 62 ± 0,6 44,59 7875 61 ± 0,6 59,59 7875

V2 62 ± 0,6 36,16 7875 61 ± 0,6 54,56 6187,5

V3 63 ± 0,6 32,22 -93,5 61 ± 0,6 49,23 6170

Tableau 4.5 : Niveau sonore maximum et sa fréquence.

Tissu coton/élasthanne Bruit max du tissu dB(A) F (Hz)

V1 55,4 ± 0,5 8000

V2 54,9 ± 0,9 6250

V3 54,7 ± 1 6250

En analysant ces résultats, nous observons que la vitesse de frottement pour ce type de

tissu ne modifie pas le niveau de bruit obtenu. Pour la vitesse V3, on a un niveau total de 63

dB par rapport à la vitesse V1 et V2 qui reste à 62 dB. À 1 dB de différence, la perception du

bruit par l’oreille reste la même.

Les valeurs du niveau de bruit atténué restent identiques (61 dB(A)) pour les trois vitesses,

indiquant que la perception du bruit du frottement de ce tissu ne sera pas différente par un

individu pour ces trois vitesses. La Figure 4.9 nous montre clairement cette observation de bruit

atténué qui reste constant.

Figure 4.9 : Niveau acoustique total du tissu coton / élasthanne pour les trois vitesses et la

surface S1.

60

60,5

61

61,5

62

62,5

63

63,5

V1 V2 V3

Niv

eau

aco

ust

iqu

e to

tal

Vitesse [m/s]

LPT [dB]

LPT [dBA]


97

L’analyse des spectres de bruit du tissu par rapport au bruit de fond, présentés sur les

Figures (4.10, 4.11, et 4.12) montre que le niveau du bruit de frottement de ce tissu est plus

important du bruit de fond au delà de la fréquence 800 Hz (point d’intersection des deux

graphes). Pour ce tissu, le bruit de frottement est situé dans la bande (800 Hz, 16 kHz) en 1/3

octaves. Nous avons observé que les tissus en polyester et en polyamide ont la même bande de

fréquence pour le bruit de frottement (T13, T14, et T15 en annexe 1), ce qui dénote une

importance de la matière dans la génération du bruit.

Figure 4.10 : Spectre sonore pour le tissu coton / élasthanne et bruit de fond pour la vitesse

V1 en [dB] et en [dB(A)] et la surface S1.



0

20

40

60

80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T1.V1.S1

BF

T1 -10

0 10 20 30 40 50 60

31,5

80

200

500

1250

3150

8000

20000

Am

pli

tud

e [d

B (

A)]

Fréquence [Hz]

T1.V1.S1

BF

T1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T1.V2.S1

BF

T1 0

10

20

30

40

50

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B (

A)]

Fréquence [Hz]

T1.V2.S1

BF

T1


98


V3 en [dB] et en [dBA] et la surface S1.

Si l’on reporte sur le même graphique les trois courbes spectrales obtenues avec des

vitesses de frottement différentes, (en dB sur la Figure 4.13 et en dB(A) sur la Figure 4.14) ; on

observe que les résultats observés sont cohérents avec les calculs de (LPT) précédemment

réalisés et on remarque la faible influence de la vitesse sur les résultats.

Figure 4.13 : Spectre sonore du tissu coton / élasthanne pour les trois vitesses en [dB] et une

surface S1.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T1.V3.S1

BF

T1 0

10

20

30

40

50

60

31,5

80

200

500

1250

3150

8000

20000

Am

pli

tud

e [d

B (

A)]

Fréquence [Hz]

T1.V3.S1

BF

T1

0

10

20

30

40

50

60

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence[Hz]

T1.S1

V1

V2

V3


99


une surface S1.


Dans les cas où la surface de frottement est réduite (surface S2), les résultats ont donné les

courbes spectrales présentées sur les figures 4.15, 4.16, et 4.17 pour les trois vitesses V1, V2, et

V3 comme précédemment, les valeurs sont présentées en dB et en dB(A).


[dB(A)] et la surface S2.

-10

0

10

20

30

40

50

60

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence[Hz]

T1.S1

V1

V2

V3

0

20

40

60

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T1.V1.S2

0

20

40

60

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T1.V1.S2


100



Figure 4.17 : Spectre sonore pour le tissu coton / élasthanne pour la vitesse V3 en [dB].


Par leurs données, nous calculons les paramètres acoustiques du tissu. Les résultats sont

mentionnés dans le Tableau 4.6. Les pressions acoustiques pondérés A du tissu et les

fréquences qui correspondent à ces pressions sont présentées dans le Tableau 4.7.

0

20

40

60

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T1.V2.S2

0

20

40

60

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T1.V2.S2

0

20

40

60

80

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T1.V3.S2

0

20

40

60

80

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T1.V3.S2


101

Tableau 4.6 : Paramètres acoustiques du tissu selon les trois vitesses et la surface S2.

Tissu

coton/élasthanne

S2

LPT [dB] ΔL [dB] Δf [Hz] LPT [dBA] ΔL [dBA] Δf/A [Hz]

V1 59± 1,5 27,44 7875 57± 1,5 44,12 6170

V2 59± 0,6 27,88 12375 57± 1,7 47,26 7960

V3 65± 0,6 35,50 7840 63± 0,6 53,69 6210


Tissu coton/élasthanne Bruit max du tissu dB(A) F (Hz)

V1 50 ± 0,5 6250

V2 50,9 ± 3 8000

V3 57,6 ± 1,5 6250

Les résultats montrent un niveau de bruit plus élevé pour V3 par rapport au V1 et V2. Les

niveaux du bruit pour les vitesses V1 et de V2 sont identiques pour ce tissu (Figure 4.18).

Figure 4.18 : Niveau acoustique total du Tissu coton / élasthanne pour les trois vitesses.

L’analyse des spectres de bruit du tissu par rapport au bruit de fond, présenté sur les

Figures (4.19, 4.20, et 4.21) montre que le niveau du bruit de frottement de ce tissu avec une

surface de frottement réduite, reste plus important au delà de la fréquence de 800 Hz.

Pour ce tissu, le bruit de frottement est situé dans la bande (800 Hz, 16 kHz) en 1/3 octaves

pour les deux surfaces de frottement S1 et S2.

50

55

60

65

70

V1 V2 V3

Niv

eau

aco

ust

iqu

e to

tal

Vitesse [m/s]

LPT [dB]

LPT [dBA]


102


vitesse V1 en [dB]. [dB(A)] et la surface S2.



0 10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

80

200

500

1250

3150

8000

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T1.V1.S2

BF

T1 0

10

20

30

40

50

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B (

A)]

Fréquence [Hz]

T1.V1.S2

BF

T1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

80

200

500

1250

3150

8000

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T1.V2.S2

BF

T1 0

10

20

30

40

50

60 31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000 A

mp

litu

de

[dB

(A

)]

Fréquence [Hz]

T1.V2.S2

BF

T1


103



Les Figures (4.22 et 4.23) présentent le tissu T1 selon les trois vitesses d’essais, on observe

que pour ce type de tissu le bruit de frottement est plus important en V3 pour une surface

réduite de frottement S2.


une surface S2.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T1.V3.S2

BF

T1 0

10 20 30 40 50 60 70

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000 A

mp

litu

de

[dB

(A

)]

Fréquence [Hz]

T1.V3.S2

BF

T1

0

10

20

30

40

50

60

70

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence[Hz]

T1.S2

V1

V2

V3


104


une surface S2.

Ce tissu en coton/élasthanne présente un bruit de frottement entre 61 et 63 dB(A), ce

niveau correspond presque au niveau d’un signal de parole d’une conversation humaine

normale. L’empreinte acoustique du signal est présentée par la Figure 4.24.

Figure 4.24 : Empreinte acoustique du tissu Coton/Élasthanne.

0

10

20

30

40

50

60

70

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence[Hz]

T1.S2

V1

V2

V3

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

20 200 2000 20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]


105

4.2. Échantillon en Polyamide/Polyuréthane (T2)

Les caractéristiques techniques du support textile sont présentées dans le tableau 4.8.

Tableau 4.8 : Caractéristiques techniques du tissu (Polyamide/Polyuréthane).


[g/m²] Chaine (Tex)

Trame

(Tex)

chaine

Fil/cm

trame

Fil/cm

Polyamide/

polyuréthane Toile 316 6 20 41 23


Les résultats obtenus pour la surface d’essai S1 et les vitesses V1, V2, et V3 sont présentés

dans les Figures (4.25, 4.26, et 4.27) respectivement.

Figure 4.25 : Spectre sonore pour le tissu Polyamide/Polyuréthane pour la vitesse V1 en [dB]

et en [dB(A)] et une surface S1.

0

20

40

60

80

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T2.V1.S1

0

20

40

60

80

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T2.V1.S1


106


et en [dB(A)] une surface S1.


et en [dB(A)] une surface S1.

Les paramètres acoustiques du tissu calculés à partir des spectres sont présentés dans le

Tableau 4.9. Les pressions acoustiques pondérés A du tissu et les fréquences qui correspondes à

ces pressions sont présentées dans le Tableau 4.10.

0

20

40

60

80

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T2.V2.S1

0

20

40

60

80

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T2.V2.S1

0

20

40

60

80

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T2.V3.S1

0

20

40

60

80

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T2.V3.S1


107

Tableau 4.9 : Paramètres acoustiques du tissu Polyamide/Polyuréthane

Tissu

Polyamide/polyuréthane

S1

LPT

[dB] ΔL [dB] Δf [Hz]

LPT

[dBA]

ΔL

[dBA] Δf [Hz]

V1 79 ± 0,6 46,15 19875 76 ± 0,6 64,98 6210

V2 79 ± 0,6 47,55 15875 76 ± 0,6 62,67 7960

V3 81 ± 0,6 46,86 19875 78 ± 0,6 61,75 6210


Tissu

Polyamide/polyuréthane S1

Bruit max du tissu dB(A) F (Hz)

V1 68,5 ± 0,4 6250

V2 68,6 ± 0,5 8000

V3 69,9 ± 0,8 6250

Dans le cas de ce tissu, les résultats montrent comme précédemment un bruit plus élevé

pour la vitesse V3 par rapport au deux autres vitesses (V1et V2). Le niveau est plus élevé

(quelle que soit la vitesse) que dans le cas du tissu étudié précédemment. Le niveau du bruit de

ce tissu est de l’ordre de 78 dB(A) pour la vitesse V3. Ce niveau de bruit dépasse largement le

niveau de conversation humaine normale qui est de 65 dB(A). Le niveau du bruit pour la

vitesse V1 et V2 reste identique pour ce tissu (Figure 4.28).

Figure 4.28 : Niveau acoustique total du Tissu Polyamide/Polyuréthane (T2) selon les 3

vitesses et la surface S1.

75

76

77

78

79

80

81

82

V1 V2 V3

Niv

eau

aco

ust

iqu

e to

tal

Vitesse [m/s]

LPT [dB]

LPT [dBA]


108

L’analyse des données de bruit du tissu par rapport au bruit de fond, selon les Figures

(4.29, 4.30, et 4.31) montre que le niveau du bruit de frottement de ce tissu est plus important

au delà de la fréquence de 500 Hz quelle que soit la vitesse. Le domaine fréquentiel de ce bruit

de frottement est (500 Hz, 16 kHz) en le 1/3 d’octaves. Ce même domaine fréquentiel de bruit a

été observé pour un tissu mélange coton/polyester (T7 en annexe).


en [dB] et en [dB(A)] et la surface S1


en [dB] et en [dB(A)] et la surface S1.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

80

200

500

1250

3150

8000

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T2.V1.S1

BF

T2 0

10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000 A

mp

litu

de

[dB

(A

)]

Fréquence [Hz]

T2.V1.S1

BF

T2

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T2.V2.S1

BF

T2 0

10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B (

A)]

Fréquence [Hz]

T2.V2.S1

BF

T2


109


en [dB] et en [dBA] et la surface S1.

Les Figure (4. 32 et 4.33) présentent le spectre sonore du tissu T2 pour les 3 vitesses de

frottement. On observe que le bruit de frottement est important pour la vitesse de V3, pour ce

type de tissu.

Figure 4.32 : Spectre sonore pour le tissu coton / élasthanne trois vitesses en [dB(A)] et la

surface S1.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T2.V3.S1

BF

T2 0

10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000 A

mp

litu

de

[dB

(A

)]

Fréquence [Hz]

T2.V3.S1

BF

T2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence[Hz]

T2.S1

V1

V2

V3


110


[dB] et en [dB(A)] et de la surface S1.



courbes spectrales présentées sur les figures 4.34, 4.35, et 4.36 pour les trois vitesses V1, V2, et

V3. Comme précédemment, les valeurs sont présentées en dB et en dB(A).


[dBA]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence[Hz]

T2.S1

V1

V2

V3

0

20

40

60

80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

plit

ud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T2.V1.S2

0

20

40

60

80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000 A

mpli

tude

[dB

(A)]

Fréquence [Hz]

T2.V1.S2


111


[dB(A)].


[dB(A)].

Les paramètres acoustiques du tissu sont calculés selon les données obtenues par les

spectres des frottements des tissus présentés par les graphes des Figures (4.34, 4.35, et 4.36).

Les résultats sont dans le Tableau 4.11. Les pressions acoustiques pondérés A du tissu et les

fréquences qui correspondes à ces pressions sont présentées dans le Tableau 4.12.

0

20

40

60

80

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T2.V2.S2

0

20

40

60

80

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T2.V2.S2

0

20

40

60

80

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T2.V3.S2

0

20

40

60

80

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

12500

20000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T2.V3.S2


112

Tableau 4.11 : Paramètres acoustiques du tissu polyamide/polyuréthane selon les trois

vitesses et la surface S2.

Tissu

Polyamide/polyuréthane

S2

LPT

[dB]

ΔL

[dB] Δf [Hz]

LPT

[dBA]

ΔL

[dBA]

Δf/A

[Hz]

V1 78 ± 1 50,79 15875 74 ± 1,5 64,91 9937,5

V2 79 ± 1,5 46,37 19800 75± 1,5 60,93 9937,5

V3 79 ± 2 46,74 19875 74 ± 2 58,92 7937,5


Tissu

Polyamide/polyuréthane S2


V1 67,5 ± 2 10000

V2 68,1 ± 1 10000

V3 66,6 ± 1,7 8000

D’après les résultats, le niveau du bruit de frottement est toujours supérieur au bruit d’une

conversation humaine normale pour ce tissu. On observe aussi une diminution de quelques

décibels du niveau du bruit. Cela peut être dû à la diminution de la surface de frottement. Selon

la Figure 4.37, le bruit en dB(A) reste identique pour les vitesses V1, V2 et V3 a un décibel de

moins. Cela veut dire que la perception du bruit de frottement de ce tissu par un individu sera

un peu difficile pour distinguer la différence du bruit de frottement du tissu par rapport à la

vitesse V1, V2 et V3.

Figure 4.37 : Niveau acoustique total du tissu polyamide/polyuréthane pour les trois vitesses

et la surface S2.

L’analyse des données de bruit du tissu par rapport au bruit de fond, selon les Figures

(4.38, 4.39, et 4.40) montre que le niveau du bruit de frottement de ce tissu est plus important

71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

V1 V2 V3

Niv

eau

aco

ust

iqu

e to

tal

Vitesse [m/s]

LPT[dB]

LPT

[dBA]


113

au-delà la fréquence de 500 Hz quelque soit la vitesse. Pour ce tissu, le bruit de frottement est

situé dans le domaine fréquentiel (500 Hz, 16 kHz) en 1/3 octaves.



Figure 4.39 : Spectre sonore pour le tissu polyamide/polyuréthane et le bruit de fond pour


0 10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T2.V1.S2

BF

T1 0

10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000 A

mp

litu

de

[dB

(A

)]

Fréquence [Hz]

T2.V1.S2

BF

T2

0

20

40

60

80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T2.V2.S2

BF

T2 0

20

40

60

80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B (

A)]

Fréquence [Hz]

T2.V2.S2

BF

T2


114



Les Figure (4. 41 et 4.42) présentent le spectre sonore du tissu T2 pour les 3 vitesses de

frottement. On observe que le bruit de frottement est identique au-delà de 500 Hz pour les trois

vitesses de frottement et cela correspond parfaitement avec les calculs précédent de LPT .



0

20

40

60

80 31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T2.V3.S2

BF

T2 0

10

20

30

40

50

60

70

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B (

A)]

Fréquence [Hz]

T2.V3.S2

BF

T2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence[Hz]

T2.S2

V1

V2

V3


115



Ce tissu en polyamide/polyuréthane présente un bruit de frottement à partir de 500 Hz pour

les trois vitesses. Le niveau du bruit de ce tissu se situe entre 74 et 78 dB(A), il dépasse le

niveau de bruit d’une conversation humaine normale. Son empreinte acoustique est présentée

par la Figure 4.43.

Figure 4.43 : Empreinte acoustique du tissu polyamide/polyuréthane

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence[Hz]

T2.S2

V1

V2

V3

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

20 200 2000 20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]


116

4.3. Échantillon en Soie (T3)

Les caractéristiques techniques sont présentées dans le tableau 4.13.

Tableau 4.13 : Caractéristiques techniques du tissu (Soie).


[g/m²]

Chaine

(Tex)

trame

(Tex)

Chaine

(Fil/cm)

Trame

(Fil/cm)

Soie Toile 35 4 4 59 51


Les résultats obtenus pour la surface d’essai S1 et les vitesses V1, V2, et V3 sont présentés

dans les Figures (4.44, 4.45, et 4.46) respectivement.


S1.


S1.

0

20

40

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000 A

mp

litu

de

[dB

]

Fréquence [Hz]

T3.V1.S1

-20

0

20

40

60 31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T3.V1.S1

0

20

40

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000 A

mp

litu

de

[dB

]

Fréquence [Hz]

T3.V2.S1

0

20

40

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T3.V2.S1


117

Figure 4.46 : Spectre sonore pour le tissu en Soie pour V3 en [dB]. [dB(A)] et la surface S1.

Par la même procédure de calcul et de traitement des données (Figures : 4.44, 4.45 et 4.46),

les résultats des paramètres acoustiques du tissu T3 sont présentés dans le Tableau 4.14. Les

pressions acoustiques pondérés A du tissu et les fréquences qui correspondes à ces pressions

sont présentées dans le Tableau 4.15.

0

20

40

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000 A

mp

litu

de

[dB

]

Fréquence [Hz]

T3.V3.S1

0 10 20 30 40 50

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T3.V3.S1

Tableau 4.14 : Paramètres acoustiques du tissu T3 pour les trois vitesses et la surface S1.

Tissu

Soie S1 LPT [dB]

ΔL

[dB] Δf [Hz]

LPT

[dBA]

ΔL

[dBA] Δf [Hz]

V1 56 ± 1,5 32,48 19875 54 ± 1 47,85 7960

V2 57 ± 0,6 30,19 19800 55 ± 1,7 47,32 7900

V3 56 ± 0,6 24,16 -128,5 53 ± 0,6 40,38 7960


Tissu

Soie S1


V1 46 ± 1,5 8000

V2 47,1 ± 1,3 8000

V3 45,3 ± 0,6 8000


118

Les mêmes observations relevées pour les deux échantillons précédents, on a le même

niveau du bruit de frottement pour les trois vitesses à un décibel près de différence. On observe

cela dans la Figure 4.47.

Figure 4.47 : Niveau acoustique total du tissu en Soie.

Le niveau acoustique de la soie est de 57 dB et de 55 dB(A) pour les trois vitesses et la

surface S1. Il est inférieur à la gamme du niveau de bruit d’une conversation humaine normale.

Ce tissu en Soie présente un bruit de frottement au delà de 1250 Hz selon les Figures (4.46,

4.47, 4.48). Cette fréquence était aussi le seuil de bruit des tissus en coton (T8, T9, T10, T11, et

T12 en annexe). Nous pouvons conclure que cette bande de fréquence correspond au bruit

généré par un tissu en 100 % fibre naturelle.


[dB(A)] et de la surface S1.

51

52

53

54

55

56

57

58

V1 V2 V3

Niv

eau

aco

ust

iqu

e to

tal

Vitesse [m/s]

LPT [dB]

LPT [dBA]

0

20

40

60

80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T3.V1.S1

BF

T3 -10

0

10

20

30

40

50

31,5

80

200

500

1250

3150

8000

20000

Am

pli

tud

e [d

B (

A)]

Fréquence [Hz]

T3.V1.S1

BF

T3


119




[dB(A)] et pour la surface S1.

Les Figure (4.51 et 4.52) présentent le spectre sonore du tissu T3 pour les 3 vitesses de

frottement. Pour ce tissu, le bruit de frottement est situé dans le domaine fréquentiel (1250 Hz

16 kHz) en 1/3 octaves.

0

20

40

60

80 31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T3.V2.S1

BF

T3 0

10

20

30

40

50

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B (

A)]

Fréquence [Hz]

T3.V2.S1

BF

T3

0

20

40

60

80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T3.V3.S1

BF

T3 0

10

20

30

40

50

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B (

A)]

Fréquence [Hz]

T3.V3.S1

BF

T3


120





0

10

20

30

40

50

60

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence[Hz]

T3.S1

V1

V2

V3

-10

0

10

20

30

40

50

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence[Hz]

T3.S1

V1

V2

V3


121



courbes spectrales présentées sur les figures (4.53, 4.54, et 4.55) pour les trois vitesses V1, V2,

et V3. Comme précédemment, les valeurs sont présentées en dB et en dB(A).


Figure 4.54 : Spectre sonore pour le tissu Soie pour V2 en [dB] et en [dB(A)] et la surface

S2

0

20

40

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000 A

mp

litu

de

[dB

]

Fréquence [Hz]

T3.V1.S2

-20

0

20

40

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T3.V1.S2

0

20

40

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000 A

mp

litu

de

[dB

]

Fréquence [Hz]

T3.V2.S2

0 10 20 30 40 50

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T3.V2.S2


122

Figure 4.55 : Spectre sonore pour le tissu Soie pour V3 en [dB] et en [dB(A)] et la surface S2.

Les résultats des paramètres acoustiques du tissu en Soie sont présentés dans le Tableau

4.16. Les pressions acoustiques pondérés A du tissu et les fréquences qui correspondes à ces

pressions sont présentées dans le Tableau 4.17.

Tableau 4.16 : Paramètres Acoustiques du tissu en Soie.

Tissu

Soie S2 LPT [dB]

ΔL

[dB] Δf [Hz]

LPT

[dBA]

ΔL

[dBA]

Δf/A

[Hz]

V1 57 ± 1,5 29,75 12375 55 ± 1,5 50,12 7950

V2 54 ± 2 24,85 -93,5 50 ± 2 37,91 7937,5

V3 58 ± 0,6 26,38 4875 56 ± 0,6 48,11 7937 ,5


Tissu

Soie S2


V1 48,1 ± 2 8000

V2 41,5 ± 2 8000

V3 51 ± 0,5 8000

Le niveau du bruit pour V2 est différent, mais les deux niveaux correspondant à la vitesse

V1 et V3 ont un décibel de différence. Ces résultats sont proches de ceux obtenus pour la

surface de frottement la plus grande S1. La Figure 4.56, présente plus clairement cette

différence.

0

20

40

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000 A

mp

litu

de

[dB

]

Fréquence [Hz]

T3.V3.S2

0

20

40

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence [Hz]

T3.V3.S2


123

Figure 4.56 : Niveau acoustique total du tissu en Soie pour les trois vitesses et la surface S2.

Le son du frottement de la Soie est situé au delà de 1250 Hz selon les Figures (4.57, 4.58,

4.59).


la surface S2.

46

48

50

52

54

56

58

60

V1 V2 V3

Niv

eau

aco

ust

iqu

e to

tal

Vitesse [m/s]

LPT[dB]

LPT[dBA]

0

20

40

60

80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T3.V1.S2

BF

T3 -10

0

10

20

30

40

50

60 31,5

80

200

500

1250

3150

8000

20000

Am

pli

tud

e [d

B (

A)]

Fréquence [Hz]

T3.V1.S2

BF

T3


124


la surface S2.


la surface S2.

Les Figures (4.60 et 4.61) montrent que le bruit de frottement de ce tissu est important

pour la vitesse V1 et V3 au delà de 1250 Hz. L’empreinte acoustique de ce tissu est présentée

par la Figure 4.62. Pour ce tissu, le bruit de frottement est situé dans le domaine fréquentiel

(1250 Hz, 16 kHz) en 1/3 octaves.

0

20

40

60

80 31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T3.V2.S2

BF

T3 0

10

20

30

40

50

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B (

A)]

Fréquence [Hz]

T3.V2.S2

BF

T3

0

20

40

60

80

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

T3.V3.S2

BF

T3 0

10

20

30

40

50

60

31,5

62,5

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

Am

pli

tud

e [d

B (

A)]

Fréquence [Hz]

T3.V3.S2

BF

T3


125

Figure 4.60 : Spectre sonore pour le tissu en Soie (T3) des trois vitesses en [dB] et en


Figure 4.61 : Spectre sonore pour le tissu en Soie (T3) des trois vitesses en [dB] et en


0

10

20

30

40

50

60

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence[Hz]

T3.S2

V1

V2

V3

-10

0

10

20

30

40

50

60

Am

pli

tud

e [d

B(A

)]

Fréquence[Hz]

T3.S2

V1

V2

V3


126

Figure 4.62 : Empreinte acoustique du tissu en Soie.

Les trois tissus présentent des niveaux de bruit différents dans les mêmes conditions

d’essais de vitesses et de surface de frottement. Les tableaux (4.18 et 4.19) présentent les

pressions acoustiques des tissus T1, T2, et T3 qui diffèrent selon la nature et les propriétés de

chaque tissu. Les Figures (4.63 et 4.64) illustrent ces différences de niveau acoustique total. Le

bruit de frottement du tissu T2 a un domaine fréquentiel plus grand que celui du tissu T1et T3.

Tableau 4.18 : Pressions Acoustiques des trois tissus pour S1.

Surface de

frottement S1

T1 T2 T3

dB dB(A) dB dB(A) dB dB(A)

V1 62 61 79 76 56 54

V2 62 61 79 76 57 55

V3 63 61 81 78 56 53

Tableau 4.19 : Pressions Acoustiques des trois tissus pour S2.

Surface de

frottement S2

T1 T2 T3

dB dB(A) dB dB(A) dB dB(A)

V1 59 57 78 74 57 55

V2 59 57 79 75 54 50

V3 65 63 79 74 58 56

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

20 200 2000 20000

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]


127

Figure 4.63 : Niveau acoustique total des trois Tissus pour S1.

Figure 4.64 : Niveau acoustique total des trois Tissus pour S2.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

V1 V2 V3

Niv

eau

aco

ust

iqu

e

to

tal

[dB

]

Vitesse [m/s]

S1

T1

T2

T3

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

V1 V2 V3

Niv

eau

aco

ust

iqu

e

tota

l [d

BA

]

Vitesse [m/s]

S1

T1

T2

T3

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

V1 V2 V3

Niv

eau

aco

ust

iqu

e

to

tal[

dB

]

Vitesse [m/s]

S2

T1

T2

T3 0

10

20

30

40

50

60

70

80

V1 V2 V3

Niv

eau

aco

ust

iqu

e

tota

l[d

BA

]

Vitesse [m/s]

S2

T1

T2

T3


128

5. Conclusion

Les trois tissus étudiés dans ce chapitre présentent une grande différence dans leur niveau

du bruit de frottement. Cela est dû à la différence de la matière pour chaque support textile. Le

tissu en polyamide/polyuréthane présente le plus haut niveau du bruit qui dépasse le bruit d’une

conversation normale. Le niveau du bruit de la soie est le plus faible, les tissus coton/élasthanne

et le tissu polyamide/polyuréthane présentent des niveaux importants. Les vitesses de

frottement influent sur les niveaux de bruit pour la soie et pour le tissu en

polyamide/polyuréthane, mais moins sur le tissu en coton/élasthanne. La surface de frottement

influe sur le niveau du bruit : une grande surface de frottement engendrera plus de bruit qu’une

plus petite surface et cela quelque soit le type d’étoffe.

La bande de fréquence du bruit de frottement est liée à la nature de la matière du tissu, pour

le polyester et le polyamide, elle est de [800 Hz à 16 kHz] en 1/3 octaves, et pour le coton et la

soie, elle est de [1250 Hz à 16 kHz] cela correspond aux échantillons analysés durant cette

étude. Selon les essais et ces conditions, chaque tissu dans ce chapitre présente une empreinte

acoustique spécifique. Un mélange binaire de la matière première qui constitue l’étoffe

influence le bruit de frottement, nous avons constaté qu’un mélange à la base de deux matières

synthétiques présente un niveau plus élevé par rapport à un mélange binaire à base d’une

matière naturelle et matière synthétique comme il a été constaté pour le tissu polyamide/

polyuréthane (T2), coton / élasthanne (T1) et coton / polyester (T7 en annexe). Le niveau du

bruit des étoffes en matière naturelle est généralement le plus faible, c’est ce que nous avons

constaté pour la soie T3 et le coton pour (T10, T11 et T12 en annexe). Ils restent ainsi dans la

gamme de bruit correspondant à une conversation normale.

Pour les tissus en matière synthétique (polyamide et polyester) qui ont été étudiés (T4, T13,

T14 et T15 en annexe) leur niveaux sonores sont plus élevé que le bruit des étoffes à base de

fibres naturelles mais cependant moins élevé que le niveau du bruit des mélanges binaires de

matière synthétique.

129

CHAPITRE 5

CONCLUSION ET PERSPECTIVES

Chapitre 5 : Conclusion Et Perspectives

130

1. Conclusion

Cette étude avait pour objectif, la compréhension du phénomène de bruit généré par

frottement tissu sur lui même, un bruit constaté le plus souvent durant une activité sportive en

portant un vêtement imperméable. Dans le premier chapitre, nous avons décrit l’évaluation de

la compréhension du frottement, depuis les premières notions énoncées à la fin du 17ème

siècle

par Amontons et Coulomb, jusqu’à aujourd’hui par des recherches qui lient le frottement à

l’acoustique.

Notre étude bibliographique a mis en lumière plusieurs recherches sur ce phénomène, qui

sont majoritaire appliquées aux cas des matériaux rigides, tandis que peu de recherche était

dédiées au domaine textile. Le présent travail apporte une contribution pour cette nouvelle

technique d’analyse du textile par méthode fréquentielle du bruit généré par frottement.

Notre approche s’est focalisée sur les éléments essentiels impliqués dans la génération du

son lors du frottement entre l’avant-bras et le tronc d’un individu en marche. Cette partie a été

détaillé dans le deuxième chapitre, où nous nous sommes concentrés sur les paramètres qui sont

impliqués dans le frottement sous l’emmanchure du vêtement. Conscient de la complexité du

mouvement du corps humain, nous ne nous sommes intéressés qu’au mouvement en lui-même

sans aborder les aspects physiologique ou dynamique, en se limitant au déplacement de la

partie supérieure du corps humain. Nous avons obtenus expérimentalement des paramètres qui

correspondent au mode (marche (2km/h), jogging (7km/h) et course (9km/h)) et qui ont permis

de définir les vitesses du frottement, les surfaces de frottement et les pressions de frottement.

Les méthodes utilisées pour l’obtention des résultats des vitesses de mouvement et de

surface de frottement, se sont basées sur des méthodes de capture d’images et de séquences de

films utilisées le plus souvent pour l’étude des mouvement du corps humain dans le domaine

du sport de haut niveau et dans le domaine de la biomécanique. La pression a été obtenue par

des capteurs de pression flexibles intégrable dans un vêtement et par traitement du signal

obtenu par plusieurs essais réalisés avec des volontaires sur un tapis de course.


131

Les essais expérimentaux ont montré que la surface et la pression de frottement augmentent

avec la vitesse de frottement. Ces paramètres sont spécifiques pour les modes de mouvement

choisis pour cette étude.

Le protocole qui a été défini dans ce chapitre, reste valide pour d’autres modes de

mouvement. Ces méthodes ont été mises au point pour définir les paramètres indispensables à

la conception et la réalisation d’un instrument expérimental. Le choix de concevoir et de

réaliser un tel instrument était fondé par l’inexistence d’un dispositif qui reproduise fidèlement

le mouvement réel du frottement.

Nous avons conçu et fabriqué cet instrument dans notre atelier mécanique. Les étapes du

travail réalisé sont détaillées dans le troisième chapitre. Il est constitué de trois parties

essentielles :

Une partie mécanique, assurant le mouvement du balayage du porte-échantillon mobile

sur le porte-échantillon fixe,

Une enceinte acoustique, isolant les deux porte-échantillons de la partie mécanique,

Une chaîne d’enregistrement (microphone, préamplificateur et amplificateur), un

enregistreur et un logiciel de traitement des enregistrements.

La partie mécanique de l’instrument est conçue et réalisée par des pièces en alliage

d’aluminium. L’enceinte acoustique est conçue en bois aggloméré avec une isolation par

mousse alvéolaire en polyuréthane, collée sur toutes les parois intérieures. Durant la réalisation

de la partie mécanique, nous avons observé une vibration du porte échantillon pour la vitesse la

plus élevée des essais. Pour remédier à ce problème, nous avons amélioré le mécanisme par

changement de l’accouplement rigide du moteur par un accouplement flexible en alliage

d’aluminium. Les pièces portant la tige et la pièce du porte échantillon ont été remplacées, par

des pièces ayant une épaisseur supérieure aux pièces du premier prototype. La liaison entre les

pièces qui était assurée par une rotule a été remplacée par une liaison fixe. Le socle de la partie

mécanique a été profondément remanié : il a été monté sur un cadre fabriqué en profilé avec

quatre pieds réglables portant des embouts en caoutchouc à leur extrémité.


132

Une autre contrainte est apparue due au phénomène des fréquences stationnaires à

l’intérieur de l’enceinte acoustique durant les acquisitions sonores, qui gênait les

enregistrements du son de frottement. Le comportement des ondes sonores est en effet affecté

par les dimensions, la forme et la matière de l’isolation de l’enceinte acoustique. Nous avons

remédié à ce problème par l’augmentation des dimensions de l’enceinte acoustique. Les calculs

comparatifs de la résonance entre les deux enceintes acoustiques ont montré le décalage des

fréquences stationnaires dans la bande des basses fréquences. Étant donné que nous allons se

baser sur les moyennes et hautes fréquences pour le textile, la résonance ne va pas affecter les

enregistrements des frottements des tissus.

Comme il s’agissait d’un premier travail dans ce domaine, les essais menés pour la

conception et la réalisation de cet instrument ont pris une grande part de notre étude, en

commençant par la mise en place du protocole d’essais de l’étude du mouvement de l’avant

bras, pour aller jusqu’aux essais d’atténuation de l’enceinte acoustique. Nous avons aussi fait

les conceptions de toutes les composantes mécaniques et acoustiques de l’instrument. Nous

avons réalisé, monté et ajusté l’instrument final. Les essais de l’atténuation de l’enceinte

acoustique ont été réalisés dans une chambre sourde dans un champ diffus10

avec un bruit rose7.

L’enceinte a une bonne atténuation dans les moyennes et hautes fréquences ce qui correspond

aux exigences de nos travaux.

Nous avons testé dans un premier temps la reproductibilité par plusieurs enregistrements

menés dans les mêmes conditions. Les résultats obtenus pour un tissu en

polyamide/polyuréthane se sont avérés concluants. Un mode opératoire de reproductibilité du

frottement des échantillons avec un temps d’enregistrement adéquat a été établi puis appliqué

en tant que protocole d’essai pour les différents échantillons tissus testés par la suite.

La méthode de mesure a consisté à frotter deux tissus identiques et enregistrer le bruit

généré par un microphone positionné au dessus de la zone de frottement durant 10 s. Ces essais

nous ont permis de valider la méthode que nous avons proposée de simulation du mouvement

de frottement de l’avant-bras par un instrument, et d’enregistrer le son de façon rapide pour

plusieurs échantillons. Les manipulations de montage et de démontage des porte- échantillons

se sont avérées aisées et rapides.


133

La seconde étude menée dans la partie finale, a consisté à étudier de l’influence des

paramètres tels que la vitesse et la surface de frottement sur l’amplitude du niveau du son

obtenu. Pour les trois tissus d’armure toile, ayant des matières différentes : un tissu en

polyamide/polyuréthane, un tissu en coton /élasthanne et un tissu en soie. Nous avons quantifié

trois paramètres sonores par l’analyse des spectres acoustiques obtenus du frottement de ces

tissus :

La pression du niveau acoustique totale (LPT) en dB,

La plage de niveau sonore (ΔL) en dB,

L’écart de fréquence ( Δf) en Hz.

Après un traitement de données pour les enregistrements, les résultats obtenus révèlent un

important niveau de bruit pour le tissu en polyamide / polyuréthane comparativement avec les

deux autres tissu. Cependant nous ne pouvons conclure que cela est dû à la différence de la

matière du support textile, puisque le seul paramètre identique entre ces trois tissu était

l’armure.

Nous avons constaté une influence de la vitesse du frottement sur le niveau du bruit pour

les trois tissus mais, d’une différence en dB faible. De façon générale, le niveau du bruit

augment quand la vitesse de frottement augmente.

En ce qui concerne l’influence de la surface sur le niveau de bruit du frottement, nous

avons constaté qu’il augmente pour les trois tissus lorsque la surface frottée augmente ; mais

avec une faible différence en dB.

Il est important de relever que les empreintes acoustiques sont totalement différentes entre

tous les tissus testés et mettent en évidence les différences de matière et de texture, ce qui

laisse à dire qu’elle peut être spécifique à leurs caractéristiques techniques.


134

2. Perspectives

Plusieurs perspectives peuvent être envisagées pour poursuivre ce travail. Tout d’abord, la

validation expérimentale devra être poursuivie en prenant en compte les vitesses, les surfaces et

les pressions pour des échantillons ayant les mêmes caractéristiques techniques à l’exception

d’un seul. Cela aidera énormément à établir d’éventuelles corrélations entre les paramètres

acoustiques et les paramètres du support textile.

Cette étude nous a conduit à développer un instrument de simulation du mouvement de

l’avant-bras par des méthodes expérimentales pour des conditions réelles. Nous proposons de

suivre la même démarche pour définir les conditions du mouvement des jambes, en prenant la

vitesse de marche de 3 à 5 km/h et d’utiliser une caméra à infra-rouge pour identifier les

surfaces du frottement ou une poudre réfléchissante à la lumière noire pour avoir plus de

précision que la peinture à eau.

Il serait également envisageable de faire une étude comparative des bruits obtenus par les

conditions du mouvement de l’avant-bras et des bruits obtenus par les conditions du

mouvement des jambes, pour le même support textile. Cela donnera une idée sur le niveau du

bruit le plus élevé qui sera entendu par l’individu.

Pour augmenter la précision des enregistrements, nous proposons d’installer un

accéléromètre sur le porte-échantillon. Ceci permettra de relever la vitesse du mouvement

durant les essais sans arrêt de l’enregistreur. Cette méthode permettra ainsi de donner plus de

précision aux résultats obtenus et sera utile notamment pour analyser l’influence de la variation

de la vitesse sur le niveau de bruit, puisqu’ils seront pris dans le même intervalle de temps et

dans les mêmes conditions d’essais.

En ce qui concerne le dispositif de frottement, il pourrait s’avérer intéressant de mettre un

capteur de pression directement sur la plaque de silicone sous l’échantillon, pour avoir le signal

de pression en temps réel au cours des essais. Cela aidera à savoir à quelle pression nous étions

sur une période d’enregistrement. Il pourrait être intéressant d’utiliser également une matière en

silicone pour recouvrir le porte-échantillon mobile.


135

L’amélioration de l’enceinte acoustique peut être elle aussi envisageable par une double

cloison des parois de l’extérieur avec une couche de fibre de verre entre eux. En effet,

l’isolation obéit à la loi de la masse des parois et un tel renforcement contribuerait de façon

positive à l’isolation acoustique de l’enceinte.

Enfin, les enregistrements obtenus par cet instrument du frottement des échantillons de

textile pourraient être rassemblés dans une base de donnés pour une étude sensorielle de la

perception du son. Cette étude devrait être menée par un panel, entrainé ou non selon que l’on

souhaiterait procéder à une analyse descriptive quantitative des sons perçus ou une étude

hédonique.

Références bibliographiques

136

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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[37] M. Yokoi et M. Nakai, « A Fundamental Study on Frictional Noise (5th report, the

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139

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http://www2.brooklyn.liu.edu/bbut04/adamcenter/Instrumented%20Analysis%20Website/

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140

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[66] http://www.dartfish.com/.

[67] http://inkscape.org/.

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[71] http://www.tekscan.com/a401-force-sensor-released.

[72 http://www.ni.com/labview/signalexpress/f/.

[73] http://www.proengineer.com/.

[74] http://www.acouphile.fr/.

[75] http://www.antibruit.org/echelle.htm.

141

CHAPITRE 6

ANNEXES

142

SOMMAIRE DES ANNEXES

ANNEXE 1 : Spectres sonores des tissus ……………………………………144

Spectre sonore pour le tissu T4 en polyester……………………………145

Spectre sonore pour le tissu T5 en Laine……………………………….146

Spectre sonore pour le tissu T6 en viscose / élasthanne………………...147

Spectre sonore pour le tissu T7 en coton /polyester…………………….148

Spectre sonore pour le tissu T8 en coton……………………………….149

Spectre sonore pour le tissu T9 en coton ………………………………...150

Spectre sonore pour le tissu T10 en coton ………………………………151

Spectre sonore pour le tissu T11 en coton………………………………. 152

Spectre sonore pour le tissu T12 en coton………………………………. 153




ANNEXE 2 : Dessins des pièces de l’instrument expérimental………………157

Instrument expérimental 3D……………………………………………..158

Instrument expérimental…………………………………………………159

143

Partie mécanique…………………………………………………………160

Plateau……………………………………………………………………161

Pièce plate………………………………………………………………...161

Support règle métallique………………………………………………… 162

Disque de support………………………………………………………...162

Moteur électrique…………………………………………………………163

Pièce filetée………………………………………………………………163

Rotule en acier……………………………………………………………164

Cornière…………………………………………………………………..164

Disque…………………………………………………………………….165

Pièce filetée M8…………………………………………………………..165

Pièce en Téflon…………………………………………………………...166

Tube fileté M6…………………………………………………………...166

Tige en acier………………………………………………………………167

Rondelle métallique………………………………………………………167

Profilé pour enceinte Acoustique………………………………………...168

Rail de guidage…………………………………………………………...168

Coussinet en bronze………………………………………………………169

144

Bague de serrage………………………………………………………….169

Joint en caoutchouc……………………………………………………….170

Tige en acier………………………………………………………………170

Accouplement…………………………………………………………….171

Tige……………………………………………………………………….171

Profilé pour support du socle……………………………………………..172

Profilé 40x40……………………………………………………………..172

Profilé pour enceinte acoustique…………………………………………173

Profilé 40x40……………………………………………………………..173

Planche en bois (dessous)………………………………………………...174

Planche en bois (dessus)………………………………………………….174

Planche en bois (face latérale)……………………………………………175

Planche en bois (porte)…………………………………………………...175

ANNEXE 3 :

Perception du son…………………………………………………………177

ANNEXE 4 : Fiches techniques………………………………………………179

Fiche technique du capteur de force FlexiForce…………………………180

Fiche technique du Microphone Preamplifier Type 2669……………….181

Fiche technique de la mousse acoustique…………………………………185

145

ANNEXE 1

146

Figure 6.1: Spectre sonore pour le tissu T4 en polyester pour V2 et surface S1en [dB] et en

[dB(A)].

Figure 6.2 : Spectre sonore pour le tissu T4 et le bruit de fond pour V2 et surface S1 en

[dB] et en [dB(A)].

Tableau 6.1 : Caractéristiques techniques du tissu T4 (polyester)


[g/m²]

Fils de chaine

[Tex]

Fils de trame

[Tex]

Densité

En

chaine

Fil/cm

Densité

En

trame

Fil/cm

polyester satin 110 7 14 75 32

0

10

20

30

40

50

Am

pli

tud

e[ d

B]

Fréquence [Hz]

T4 V2 S1

0

10

20

30

40

50

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

T4 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit

de fond

T4

0

10

20

30

40

50

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T4

147

Figure 6.3 : Spectre sonore pour le tissu T5 en Laine pour V2 et surface S1 en [dB] et en

[dB(A)].

Figure 6.4 : Spectre sonore pour le tissu T5et le bruit de fond pour V2 et surface S1 en [dB]

et en [dB(A)].

Tableau 6.2 : Caractéristiques techniques du tissu T5 (Laine)


[g/m²]

Fils de

colonne

[Tex]

Fils de

rangée

[Tex]

Densité

En

colonne

Densité

En

rangée

Laine maille 276 / / 22 19

0

10

20

30

40

50

Am

pli

tud

e [

dB

]

Fréquence [Hz]

T 5V2 S1

-10 0

10 20 30 40 50

31

,5

62

,5

12

5

25

0

50

0

10

00

20

00

40

00

80

00

16

00

0 A

mp

litu

de

[dB

A]

Fréquence [Hz]

T 5 V2 S1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

31

,5

62

,5

12

5

25

0

50

0

10

00

20

00

40

00

80

00

16

00

0

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit

de

fond

T5

-10

0

10

20

30

40

50

31

,5

62

,5

12

5

25

0

50

0

10

00

20

00

40

00

80

00

16

00

0

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T5

148

Figure 6.5 : Spectre sonore pour le tissu T6 en viscose / élasthanne pour V2 et surface S1 en

[dB] et en [dB(A)].


et en [dB(A)].

Tableau 6.3 : Caractéristiques techniques du tissu T6 (viscose / élasthanne)

0

10

20

30

40

50

Am

pli

tud

e [

dB

]

Fréquence [Hz]

T 6 V2 S1

0

10

20

30

40

50

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

T 6 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31,5

80

200

500

1250

3150

8000

2000

0

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T6

0

10

20

30

40

50

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T6


[g/m²]

Fils de

colonne

[Tex]

Fils de

rangée

[Tex]

Densité

En

colonne

Densité

En

rangée

viscose /

élasthanne maille 161 / / 24 18

149

Figure 6.7 : Spectre sonore pour le tissu T7 en coton / polyester pour V2 et surface S1 en

[dB] et en [dB(A)].

Figure 6.8 : Spectre sonore pour le tissu T7et le bruit de fond pour V2 et surface S1 en

[dB] et en [dB(A)].

Tableau 6.4 : Caractéristiques techniques du tissu T7 (coton / polyester)


[g/m²]

Fils de

chaine

[Tex]

Fils de

trame

[Tex]

Densité

En chaine

Fil/cm

Densité

En trame

Fil/cm

coton / polyester Toile 114 9 33 85 40

0

10

20

30

40

50

60

70

Am

pli

tud

e [

dB

]

Fréquence [Hz]

T7 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

T7 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T7

0

10

20

30

40

50

60

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit

de fond

T7

150


[dB(A)].


[dB] et en [dB(A)]

Tableau 6.5 : Caractéristiques techniques du tissu T8 (coton)


[g/m²]

Fils de

chaine

[Tex]

Fils de

trame

[Tex]

Densité

En chaine

Fil/cm

Densité

En trame

Fil/cm

coton Toile 112 13 11 53 32

0

10

20

30

40 3

1,5

62

,5

12

5

25

0

50

0

10

00

20

00

40

00

80

00

16

00

0

Am

pli

tud

e [

dB

]

Fréquence [Hz]

T 8 V2 S1

-40

-20

0

20

40

60

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

T 8 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T8

-30 -20 -10

0 10 20 30 40 50

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T8

151


[dB(A)].


[dB] et en [dB(A)].



[g/m²]

Fils de

chaine

[Tex]

Fils de

trame

[Tex]

Densité

En chaine

Fil/cm

Densité

En trame

Fil/cm

coton Toile 111 15 11 72 33

0

10

20

30

40

50

60

Am

pli

tud

e [

dB

]

Fréquence [Hz]

T 9 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

T 9 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T9 0

10

20

30

40

50

60

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit

de

fond

T9

152

Figure 6.13 : Spectre sonore pour le tissu T10 en coton pour V2 et surface S1 en [dB] et

en [dB(A)].


[dB] et en [dB(A)].



[g/m²]

Fils de

chaine

[Tex]

Fils de

trame

[Tex]

Densité

En chaine

Fil/cm

Densité

En trame

Fil/cm

coton Toile 113 12 13 52 34

0

10

20

30

40

50

Am

pli

tud

e [

dB

]

Fréquence [Hz]

T 10 V2 S1

0

10

20

30

40

50

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

T 10 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T10 0

10

20

30

40

50

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T10

153

Figure 6.15 : Spectre sonore pour le tissu T11 en coton pour V2 et surface S1 en [dB] et

en [dB(A)].


et en [dB(A)].



[g/m²]

Fils de

chaine

[Tex]

Fils de

trame

[Tex]

Densité

En

chaine

Fil/cm

Densité

En

trame

Fil/cm

coton Toile 92 7 7 80 50

0

10

20

30

40

50

60 3

1,5

62

,5

12

5

25

0

50

0

10

00

20

00

40

00

80

00

16

00

0

Am

pli

tud

e [

dB

]

Fréquence [Hz]

T11 V2 S1

-10

0

10

20

30

40

50

60

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

T11 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond T11

-10

0

10

20

30

40

50

60

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T11

154


[dB(A)].


[dB] et en [dB(A)].



[g/m²]

Fils de

chaine

[Tex]

Fils de

trame

[Tex]

Densité

En chaine

Fil/cm

Densité

En trame

Fil/cm

coton Toile 172 15 15 53 34

0

10

20

30

40

50

60

31

,5

62

,5

12

5

25

0

50

0

10

00

20

00

40

00

80

00

16

00

0

Am

pli

tud

e [

dB

]

Fréquence [Hz]

T 12 V2 S1

0

10

20

30

40

50

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

T 12 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit

de

fond T12

0

10

20

30

40

50

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T12

155


[dB(A)].


et en [dB(A)].


[g/m²]

Fils de

chaine

[Tex]

Fils de

trame

[Tex]

Densité

En chaine

Fil/cm

Densité

En trame

Fil/cm

polyester Toile 124 9 19 65 29

0

10

20

30

40

50

60

Am

pli

tud

e [

dB

]

Fréquence [Hz]

T 13 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

T 13 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit

de fond

T13

0

10

20

30

40

50

60

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit de fond

T13

156


[dB(A)].


et en [dB(A)].

Tableau 6.11 : Caractéristiques techniques du tissu T14 (polyester)


[g/m²]

Fils de

chaine

[Tex]

Fils de

trame

[Tex]

Densité

En chaine

Fil/cm

Densité

En trame

Fil/cm

polyester Toile 120 10 19 54 31

0

10

20

30

40

50

60

Am

pli

tud

e [

dB

]

Fréquence [Hz]

T 14 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

T 14 V2 S1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

31

,5

62

,5

12

5

25

0

50

0

10

00

20

00

40

00

80

00

16

00

0

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T 14

0

10

20

30

40

50

60

31

,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T 14

157


[dB(A)].

Figure 6.24 : Spectre sonore pour le tissu T15 et le bruit de fond pour V2 et surface S1 en [dB] et en [dB(A)]

Tableau 6.12 : Caractéristiques techniques du tissu T15 (polyamide)


[g/m²]

Fils de

chaine

[Tex]

Fils de

trame

[Tex]

Densité

En chaine

Fil/cm

Densité

En trame

Fil/cm

polyamide Toile 68 8 8 44 31

0

10

20

30

40

50

60

70

Am

pli

tud

e[ d

B]

Fréquence [Hz]

T 15 V2 S1

0

20

40

60

80

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

T 15 V2 S1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

31

,5

62

,5

12

5

25

0

50

0

10

00

20

00

40

00

80

00

16

00

0

Am

pli

tud

e [d

B]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T 15

0

10

20

30

40

50

60

70 3

1,5

80

20

0

50

0

12

50

31

50

80

00

20

00

0

Am

pli

tud

e [d

BA

]

Fréquence [Hz]

Bruit de

fond

T 15

158

ANNEXE 2

177

ANNEXE 3

178

Perception du son

L'étude de la perception humaine du son est liée étroitement à la psychologie. La Psycho

acoustique est un terme récent englobant la structure physique de l'oreille et la perception du

son. Elle met l'accent sur la structure et la fonction de l'oreille humaine.

Le mécanisme de l'audition

La réception et l'analyse du son par le mécanisme de l'audition humain, est un processus

complexe qui n'est pas encore complètement élucidé, et l'oreille elle-même est un instrument

complexe ayant d'excellente capacité de discrimination pour une large plage de fréquences et

des intensités sonores. L'oreille humaine se compose de trois parties principales, comme le

montre figure 1.

.

Figure 1. Composition de l’oreille humaine.

L’oreille externe L’oreille externe est le premier maillon de la chaîne qui constitue

l’appareil auditif. Elle reçoit les variations de pression atmosphérique et les transmet à l’oreille

moyenne. elle est composée du pavillon et du conduit auditif externe figure 1.

L’oreille moyenne L’oreille moyenne est l’élément essentiel de la transmission des

vibrations acoustiques, elle est composée principalement par la membrane tympanique et la

chaîne des osselets.

179

L’oreille interne L’oreille interne est l’organe principal de l’audition, c'est la partie de la

transduction du signal acoustique en message nerveux. Elle regroupe deux organes sensoriels

distincts: le vestibule, organe de l'équilibre et la cochlée, organe de l'audition.

Fonctionnement global de l’appareil auditif

Captées par l’oreille externe, les vibrations acoustiques sont transmises par l’oreille

moyenne au milieu liquidien de la cochlée, organe de l’audition de l’oreille interne. Au sein de

la cochlée, les vibrations provoquent la mise en mouvement des liquides et des différentes

membranes qui la constituent. Ces mouvements provoquent à leur tour l’inclinaison des

stéréocils des cellules ciliées déclenchant ainsi l’activation des fibres nerveuses. Ces dernières

transmettent alors un message électrique vers le cortex cérébral.

180

ANNEXE 4

n° : année 2013 École doctorale ed-494 jean-henri … · iii remerciements ce travail a été...

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