P U B L I C A T I O NCentre d’Information et de Documentation sur le Bruit Avec le concours de la Société Française d’Acoustique TRIMESTRIEL D’INFORMATION DES PROFESSIONNELS DE L’ACOUSTIQUE N U M E R O 62 2010 NUMÉRO 62 Characterisation of sound absorbing materials W. Lauriks & al. Harmonisation des réglementations européennes dans le domaine de l’isolation acoustique dans le bâtiment (COST TU0901 V. Desarnaulds & al. Intégration de la ventilation naturelle en façade de bâtiment J.-Ph. Migneron Etude lexicographique de la notion de calme du XVI e siècle à nos jours P. Delaitre & al. Évaluation multicritères des nuisances et de la perception en milieu urbain S. Marry & al. Évaluation des caractéristiques acoustiques d’une rue à partir de mesures A. Billon & J. Picaut La surveillance acoustique des villes, un enjeu en adéquation avec le Grenelle de l’environnement B. Vincent & al. Caractérisation expérimentale du bruit de roulement et du bruit d’impact V. Delavaud & al. Émission acoustique des deux-roues motorisés - 1 ère partie : Scooters et cyclomoteurs L. Toussaint & al. Emission acoustique des deux-roues motorisés - 2 e partie : Les motocyclettes Hubert Lefevre & al. assises nationales de la qualité de l’environnement sonore 6 es sonore NUMERO 4 e T R I M E S T R E 2 0 1 0 ÉDITORIAL 3 DOSSIER SPÉCIAL 6 es ASSISES SONORES Characterisation of sound absorbing materials Walter Lauriks, Jan Descheemaecker, Arne Dijckmans & Gerrit Vermeir 5 Harmonisation des réglementations européennes dans le domaine de l’isolation acoustique dans le bâtiment (COST TU0901 Victor Desarnaulds & Birgit Rasmussen 9 Intégration de la ventilation naturelle en façade de bâtiment Jean-Philippe Migneron 15 Etude lexicographique de la notion de calme du XVI e siècle à nos jours Pauline Delaitre & al. 21 Évaluation multicritères des nuisances et de la perception en milieu urbain Solène Marry & al. 27 Évaluation des caractéristiques acoustiques d’une rue à partir de mesures Alexis Billon & Judicaël Picaut 33 La surveillance acoustique des villes, un enjeu en adéquation avec le Grenelle de l’environnement Bruno Vincent, Julie Vallet, Stéphane Bloquet & Christine Aujard 39 Caractérisation expérimentale du bruit de roulement et du bruit d’impact Virginie Delavaud, Franck Poisson & Christophe Gérault 43 Émission acoustique des deux-roues motorisés 1 ère partie : Scooters et cyclomoteurs Loïc Toussaint, Guillaume Dutilleux & Hubert Lefevre 50 Emission acoustique des deux-roues motorisés 2 e partie : Les motocyclettes Hubert Lefevre, Loïc Toussaint, Guillaume Dutilleux & Laurianne Barguet 54 ACTUALITÉS Réglementation 59 Normes françaises 61 Stages & offres d’emploi 62 Carnet & Actualités 64 Directeur de la publication : Dominique Bidou Rédaction : Brigitte Quetglas Comité de rédaction : Patrick Cellard, Patrick Chevret, Alice Lambert, Jacky Dumas, Bernard Favre, Philippe Guignouard, Jean Kergomard, Jacques Lambert, Catherine Lavandier, Pascal Millot, Jean Tourret. Imprimeur : Imprimerie de Champagne Conception graphique : Antoine Maiffret, Olga Debonnet, Tél. : 06 10 31 86 43 Contact : Acoustique & Techniques, 12/14, rue Jules Bourdais, 75017 PARIS Tél. : 01 47 64 64 61 Fax : 01 47 64 64 63 ISSN : 1263 - 8072 62 > Depuis plus de 15 ans, Impédance intervient auprès des collectivités locales, des industriels, des architectes et des bureaux d’études dans les domaines de la mécanique, de l’acoustique et des vibrations. Cette extraordinaire expérience du terrain, alliée à d’importants travaux de recherches appliquées menés avec le concours d’entités publiques ou privées, permet à Impédance, de proposer à ses clients une véritable approche 360° de leurs problématiques «bruits et vibrations». Des réponses toujours plus précises, des recommandations sans dogme ouvertes sur les réalités extérieures, pour imaginer des solutions créatives et économiques, voilà notre crédo. tél. : +33 1 69 35 15 25
[email protected] www.impedance.fr 5 Editorial Chers lecteurs, A l’occasion des Assises nationales de la qualité de l’environnement sonore, organi- sées tous les trois ans sous le haut patronage du Ministère de l’écologie, la SFA et le CIDB proposent traditionnellement un numéro spécial d’Acoustique & Techniques illustrant l’atelier Recherche de ces assises. Cette année, cet atelier est consacré à une réflexion collective sur les axes de recherche et développement à définir pour l’avenir à partir des verrous scientifiques identifiés par les acteurs de terrain. Aucune contribution écrite n’est donc disponi- ble avant l’issue de cet atelier. C’est pourquoi, nous avons décidé de vous propo- ser plutôt une série d’articles, publiés lors du 10e Congrès Français d’Acoustique, couvrant un large panel des thématiques abordées au cours des 6es Assises et qui vous permettront d’avoir un éclairage complémentaire. Nous vous informons également que le prochain numéro sera quelque peu diffé- rent. En effet, les comités de rédaction d’Acoustique & Technique et d’Echo-Bruit ont souhaité publier un numéro conjoint sur les compatibilités et incompatibilités entre isolation thermique, isolation acoustique et ventilation, problématique au coeur du vaste programme de rénovation des bâtiments mis en oeuvre à la suite du Grenelle de l’environnement. Les contributions sont largement issues des trois colloques organisés sur ce thème par le CIDB, le CSTB, le GIAC et la SFA à Paris, Lyon et Toulouse. Dans le même esprit que ces colloques, ces organismes s’associent de nouveau pour vous proposer les 3 et 4 février 2011 des journées techniques sur le thème des vibrations dans le bâtiment. Notre revue est bien entendue associée à cette manifestation. Nous vous invitons à proposer des articles sur ce sujet. En attendant, le comité de rédaction, les équipes du CIDB et de la SFA vous souhai- tent à tous de bonnes fêtes de fin d’année. Acoustiquement vôtre Le comité de rédaction > Depuis plus de 15 ans, Impédance intervient auprès des collectivités locales, des industriels, des architectes et des bureaux d’études dans les domaines de la mécanique, de l’acoustique et des vibrations. Cette extraordinaire expérience du terrain, alliée à d’importants travaux de recherches appliquées menés avec le concours d’entités publiques ou privées, permet à Impédance, de proposer à ses clients une véritable approche 360° de leurs problématiques «bruits et vibrations». Des réponses toujours plus précises, des recommandations sans dogme ouvertes sur les réalités extérieures, pour imaginer des solutions créatives et économiques, voilà notre crédo. tél. : +33 1 69 35 15 25
[email protected] www.impedance.fr Centre de conseil clients Une équipe de conseillers à votre service de 9h à 18h du lundi au vendredi Un numéro de téléphone unique : 01 30 31 65 96 confort services ergonomie protection technologie innovation performance Le choix, c’est la sécurité Découvrez également tous les produits de la gamme PeltorCom le meilleur de la protection auditive 3M vous offre Optime Alert System vous accompagne dans vos préconisations 7 dvances in numerical methods have made it possible to calculate the absorption and transmission of multilayered structures, taking an increasing number of physical effects into account like finite size effects, the presence of inhomogeneitics or inclusions or the effect of anisotropy of the material proper- ties [1,2]. However, accurate predictions depend i-on the availa- bility of material data. During the last fifteen years, considera- ble work has been done on developing measuring techniques to evaluate the revelant parameters of poro-elastic materials[3]. We will give an overview of the techniques that are currently available. Propagation of sound in poro-elastic materials Materials used for sound absorbing and dampening appli- cations are often much softer than solid materials and have of porosity higher than 90%. As already predicted by Zwikker and Kosten [4], two longitudinal waves can propa- gate in such a medium (apart from a shear wave when the material is insonified at oblique incidence). Due to the high difference in density between the frame and the air in the pores, the properties of one wave (the mechanical wave) is mainly determined by the apparent elastic moduli and the apparent density of the material, the air in the pores having only a minor effect of the wave properties. The second wave (the air wave) mainly propagates in the air in the pores, but its properties are strongly determined by the pore geometry due to inertial, viscous and thermal effects in the pores. The material parameters can thus be divided in «mechanical parameters» and «acoustic para- meters». Which wave carries the most energy depends on the method of excitation : if the frame is directly excited, for instance through contact with a vibrating plate, almost all energy is carried by the mechanical wave. If the mate- rial is insonified from air, the air wave is the most intense and the acoustic parameters determine the behaviour. One should realise that the above described simplification is not always valid for every material or for every frequency interval. For instance at low frequencies or for materials with low permeability, movement of the air in the pores may generate a vibration in the frame and vice versa and the full physics of sound propagation in poro-elastic mate- rials should be taken into account [5]. Materials parameters Acoustic parameters The «acoustic» parameters of the material are : - Porosity j - Flow resistivity s - Tortuosity a ∞ - Viscous characteristic length L - Thermal characteristic length L′ Characterisation of sound absorbing materials Abstract During the last 10 years, different techniques have been developed to measure the material parameters of poro-elastic materials. Measuring tortuosity and characteristic lengths using the ultrasonic technique have become a procedure that is available on several laboratories now. Until recently, data of the elastic properties of poro-elastic materials were obtained using quasi-static techniques that only provide data at low frequencies. Since a lot of damping and sound absorbing materials are visco-elastic, the elastic coefficients may depend stringly on frequency and temperature. In this walk, we will give an overview of the diferent techniques available for caractherisation of sound absorbing materials. Résumé Au cours des dix dernières années, plusieurs techniques ont été développées pour mesurer les paramètres des matériaux poro-élastiques. Actuellement, mesurer la tortuosité et les longueurs caractéristiques en utilisant des ultrasons est devenu un procédé disponible dans de nombreux laboratoires. Jusqu’à recemment, les données des propriétés élastiques des matériaux poro-élastiques étaient obtenues grâce à des techniques quasi-statiques qui fournissaient uniquement des données à basses fréquences. Depuis qu’il existe des matériaux acoustiques amortissants ou absorbants visco-élastiques, les coefficients d’élasticité dependent fortement de la fréquence et de la température. Dans cet article, nous allons passer en revue les différentes techniques disponibles pour caractériser les matériaux acoustiques absorbants. Walter Lauriks, Jan Descheemaecker, Arne Dijckmans, Gerrit Vermeir Katholieke Universiteit Leuven Celestijnenlaan 200D Hervelee Belgique A Centre de conseil clients Une équipe de conseillers à votre service de 9h à 18h du lundi au vendredi Un numéro de téléphone unique : 01 30 31 65 96 confort services ergonomie protection technologie innovation performance Le choix, c’est la sécurité Découvrez également tous les produits de la gamme PeltorCom le meilleur de la protection auditive 3M vous offre Optime Alert System vous accompagne dans vos préconisations 8 Characterisation of sound absorbing materials Porosity can be evaluated with commercial equipment (picnometer), based on the measurement of pressure variations as a result of small volume variations in a small cavity or methods derived from this [6]. A few years ago, an elegant method has been proposed to extract the poro- sity from the high frequency selection coefficient of the sample. In the asymptotic limit of the high frequencies, the reflection coefficient of a thick sample depends only on tortuosity and porosity [7,8]. The measurement of the flow resistivity is well described in ISO 9053:1991. An (low frequency) AC and a DC method are described. Since the acoustic behaviour of the material at low frequencies is dominated by the viscous effects, the flow resistivity can also be extracted from the transmission coefficient of the sample at very low frequencies [9]. For a long time, the tortuosity was evaluated by measuring the electrical conducting liquid. The more «tortuous» the pores, the higher the electrical resistivity. The method was developed for geological samples (see for instance the refe- rences on this subject in [1]) and was not always easy to apply this method to plastic foams. Fifteen years ago, Allars [10] proposed a simple method to evaluate the tortuosity from the high frequency asymptotic behaviour of the phase velocity of the acoustic slow wave in the material. At high frequencies, the inertia of the frame is too large and the frame remains immobile, as if the material was rigid. The only wave that can propagate is the air wave. At high frequencies, the viscous skin depth is very small and viscosity does not influence the velocity very much. The compressibility is basically adiabatic and the only parame- ter influencing the phase velocity at these frequencies is the inertia and thus the tortuosity. The experimental set up is shown in Figure 1. Special air-coupled (piezoelectric or capacitive) transdu- cers are used to emit and detect high frequency sound waves in air. The phase velocity is determined as a func- tion of frequency by unwrapping the phase of the Fourier Transform of the received pulse. The viscous and the thermal characteristic lenghts are without any doubt the most difficult to measure among the acoustic parameters. They determine the transition between low and high frequencies velocity profile in the pores and between isothermal and adiabatic compression of the air in the pores respectively. Since viscous effects are dominant in small constrictions in the pores and ther- mal effects are more dependent on the average distance the heat has to travel to reach the pore walls, two diffe- rent characteristic pore sizes are needed, the «viscous» pore size being always smaller or equal to the «thermal» pore size. These characteristic pore sizes can be estima- ted (at least in order of magnitude) from the attenuation of an ultrasonic wave that passes through the material. If discrimination between viscous and thermal characteris- tic length is needed, the attenuation should be measured with different gases (having different viscous and thermal properties) saturating the pores [11]. This is schematically shown in figure 1, where the set-up is build in a transparent container, that can be filled with helium or air. For details on the measurement of L and L′, see the references [1] and [2]. Mechanical parameters If the flow resistivity of the material is not too high and if the material is not in contact with a vibrating plate, the acoustic parameters suffice to describe the acoustic beha- viour of the material. In all other cases, the mechanical parameters are also needed. Techniques to measure the elastic coefficients of soft materials exist (Oberst type experiments) but regarding poro-elastic materials, some supplementary complications occur : - The coupling between air and frame introduces some extra attenuation, that is not a result of the frame’s damping. The experiments should be performed in vacuum or the inver- sion should take the coupling with the air into account. - Since the materials are often designed to have a maxi- mum damping in the audio frequency range, the principle of causality shows that this results in a frequency depen- dent elastic modulus. - Due to the manufacturing process (foam rising or fibrous material build-up), the mechanical parameters (and often to a lesser extend also the acoustic parameters) become anisotropic. In most cases, an orthotropic symmetry descri- bes the material accurately, but it requires the introduc- tion of supplementary elastic coefficients. - The elastic coefficients of materials used in acoustic applications may vary from 10 5 Pa to 10 9 Pa. This enor- mous range makes it difficult to design one single experi- ment that can measure this entire range. A typical set-up for the measurement of the shear modu- lus is shown in Figure 2. A shear wave is generated in two slabs of the porous material (using a shaker attached to a plate). From the position and the width of the reso- nance peak, the shear storage and loss modulus can be determined. Fig. 1 : Experimental set-up for the ultrasonic measurement of the tortuosity (from ref [3]) 9 Characterisation of sound absorbing materials Since the air in the pores does not support any shear wave, the shear velocity and damping is only slightly influence by the air saturating the pores. The main disadvantage is that this measurement typically results in a shear modulus at a few hundred hertz, whereas for a lot of applications, the elastic coefficient is needed at much higher frequencies. Fig. 2 : Set-up to measure the shear modulus of the frame. 1) rigid plate ; 2) moveable plate ; 3) sample ; 4) B&K 8001 impedance head ; 5) shaker (from [3]) One way of overcoming this frequency limitation is to extract the elastic modulus from th phase velocity of propaga- ting waves [12]. This way, the only frequency limitation that remains is a result of the increasing attenuation as a function of frequency : at a certain frequency the signal to noise ration is not good enough. A typical set-up consists of a relativity large slab of the material, a mechanical shaker to generate waves in the structure and a detector, preferentially a laser Doppler vibrometer that can scan the sample as a function of posi- tion. Figure 3 shows a setup from ref [3]. Fig. 3 : Typical set-up for the measurement of propagating mechanical waves. From ref [14] A shaker generates harmonic plane waves at one end of a porous slab (typically a few square meters in size). These waves propagate at the surface of the sample and reflect at a rigid termination, forming a standing wave. The wave- number can be determined with a scanning laser Doppler vibrometer. If the frequency is high enough so that the thickness of the sample is more than a few wavelenghts, only a Rayleigh-type wave can propagate and the extrac- tion of the shear modulus from the phase velocity is rela- tivity easy. Any dispersion that is observed as a function of frequency is the result of the frequency dependence of the elastic coefficients of the material. When the wavelen- ght is too large, the porous slab acts as a waveguide and multiple dispersive modes can propagate. The pahse veloci- ties of the different modes can be extracted by performing a (space ⁄ wavenumber) Fourier Transform of the displace- ment as a function of position of the standing wave in front of the rigid termination. Figure 4 shows the typical disper- sion curves that can be obtained in this configuration. Fig. 4 : Typical dispersion curves for the configuration of figure 3 This configuration is easy to establish, but since the data need to be windowed before the FFT calculation, there is a slight sensitivity of the result on the type and posi- tion of the window. On top of this, the shaker does not couple a lot of energy to the foam which can be detrimen- tal to the signal to noise ratio. Different variations of this method have been tried, including extracting the disper- sion curves from a 2D FFT (space, time) ⁄ (wavenumber, frequency) when the source generates broadband bursts or using Time Frequency analysis [15,16]. To overcome these problems, a symmetrical set-up is preferential. This is shown in figure 5. Fig. 5 : Symmetrical set-up for the generation of guided modes in a porous slab The configuration is now in a «Lamb» condition (free surfa- ces on top and on bottom). The shaker couples much more energy to the foam and due to the symmetric clamping conditions left and right, no spatial windowing in neces- sary. Figure 6 shows some typical standing wave patterns and the corresponding Fourier Transform. Each «peak» in the Fourier Transform corresponds to the wavenumber of a mode excited in the layer. Laser Doppler vibrometer Mirror Focusing lens Rigid backing Air Sample Rigid substrate Shaker Laser Doppler vibrometer Mirror Focusing lens Air Sample Rigid end Shaker Air Rigid end 0 50 100 150 200 250 600 500 400 300 200 100 a) R e a l p a r t o f p h a s e v e l o c i t y ( m / s ) Frenquency*thickness (Hz*m) 10 Characterisation of sound absorbing materials Fig. 6 : Standing wave pattern and spatial Fourier Transform for the configuration of figure 5. Frequency 66 Hz (left) and 800 Hz (right) By fitting the theoretical dispersion curves to the measured ones, the shear modulus as a function of frequency can be extracted. Figure 7 shows a typical result of a shear modulus of a foam as a function of frequency. At present, work is continuing on different configurations that are more easy to realise and on the temperature dependence of the elastic constants. A «simplified» version of this technique has been proposed by Geebelen [17]. Using an acoustic point source made of a compression driver and a tube, a shear wave can be generated in a layer of the sample. The quarter wavelenght resonance of this shear wave can be detected with a laser Doppler vibrometer pointing at an angle towards the surface. This method does not require a complicated set-up. Fig. 8 : Experimental set-up for measuring the shear modulus from the quarter wavelenght resonance in a layer (from ref [16]) Conclusion An overview has been presented of the different methods that can be used to determine the material parameters that govern the acoustic behaviour of a poro-elastic mate- rial. It is now possible to obtain the frequency dependent shear modulus for vibroelastic foams. Remerciements This manuscript describes the activities during the last fifteen year at the «Laboratory foe Acoustics and Thermal Physics» of the K.U. Leuven, Leuven, Belgium. This work would not have been possible without the contribution of numerous doctoral students, postdocs and visitors. Bibliography [1] JF. Allard, N. Attala «Propagation of sound in porous media», Wiley, (2009) [2] TE. Vigran «Building Acoustics», Taylor and Francis, (2008) [3] W. Lauriks and P. Leclaire, «Materials testing» in «Handbook of signal processing in acoustics» ed. David Havelock, Sonoko Kuwano and Michael Vorländer, Springer New York, (2008) [4] C. Zwikker, CW. Kosten, «Sound absorbing materials», Elsevier, (1949) [5] http://apmr.matelys.com/index.html [6] P. Leclaire, O. Umnova, K. Horoshenkov, «Porosity measurements by comparing air volumes», Review of scientific instruments 74 (2003) pp 1366-1370. [7] Z. Fellah, S. Berger, W. Lauriks, C. Depollier, P. Trompette, Y. Chapelon, «Ultrasonic measurement of the porosity and tortuosity of air-saturated random packings of beads», Journal of Applied Physics 94, pp 9352-9359 [8] F. Fellah, S. Berger, W. Lauriks, C. Depollier, M. 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Thoen, «Investigation of the phase velocities of guided acoustic waves in soft porous layers», JASA, 117 (2005) pp 545-554 [15] C. Glorieux, W. Gao, S. Kruger, K. Venderostyne, W. Lauriks, J. Thoen, «Surface acoustic depth profiling of elastically inhomogeneous materials», Journal of Applied Physics 88 (2000) pp 4394-4400 [16] L. Boeckx, P. Leclaire, P. Khurana, C. Glorieux, W. Lauriks, JF. Allard, «Guided elastic waves in porous materials saturated by air under Lamb conditions», Journal of Applied Physics 97, 094911 (2005) [17] N. Geebelen, L. Boeckx, G. Vermeir, W. Lauriks, JF. Allard, O.Dazel, «Measurement of the rigidity coefficients of a Melamine foam», Acta Acustica united with Acustica 93 (2007) pp 783-788 Fig. 7 : Typical result of a shear modulus as a function of frequency 11 es bruits de voisinage dans les bâtiments d’habi- tation constituent un des principaux problèmes affec- tant la qualité de vie de la population. De nombreux pays européens ont procédé durant cette dernière décennie à des enquêtes psychosociales sur cette question (cf. par exemple [1]). Cependant l’utilisation de méthodologies très différentes (il n’existe notamment pas de question- naires uniformes) rend la comparaison des résultats rela- tivement difficile, voire hasardeuse. Toutefois, les résul- tats des études indépendantes sur l’exposition à divers types de bruits et à la gêne qui leur est liée montrent que le bruit de voisinage à l’intérieur des bâtiments consti- tue l’une des principales nuisances sonores, la deuxième après le bruit routier (cf. Figure 1). On peut ainsi estimer qu’environ 50 millions de personnes en Europe souffrent du bruit de leurs voisins [2]. Fig. 1 : Pourcentage, selon 3 études indépendantes, des personnes fortement gênées par le bruit pour différentes sources sonores. Figure tirée de [1]. La comparaison des réglementations nationales sur l’iso- lation acoustique dans le bâtiment montre que les descrip- teurs utilisés, les systèmes de classification et les valeurs limites varient très largement d’un pays à l’autre au sein de l’Europe [2, 3]. Sans effort d’harmonisation, la révision ou l’apparition de nouvelles réglementations nationales, a pour conséquence une divergence toujours plus grande entre elles. Cette importante disparité réglementaire entraîne non seulement des difficultés au niveau de l’échange de données et d’expériences entre pays, mais elle constitue également un frein au libre-échange entre pays. Une harmonisation minimale des réglementations nationales, en particulier au niveau des descripteurs et des systèmes de classification utilisés, serait bénéfique non seulement au niveau scientifi- que, mais également économique (qualité et rationalisation des constructions) et permettrait de promouvoir la qualité de vie et le confort de la population, dans l’esprit du déve- loppement durable. Ce sont les objectifs fixés par l’action de coopération européenne COST TU0901, qui vient d’être lancée et qui est présentée dans cet article . Réglementations nationales Les premières réglementations concernant l’isolation acoustique apparurent dans certains pays européens au milieu des années 50. Dès cette période, on assiste à l’émergence et au développement de diverses méthodo- logies d’évaluation et de mesurages. Choix du descripteur Les premiers descripteurs utilisés pour quantifier l’iso- lation étaient très simples, par exemple la moyenne arithmétique des isolations brutes par bandes d’octave Harmonisation des réglementations européennes dans le domaine de l’isolation acoustique dans le bâtiment (COST TU0901) Résumé En Europe, les réglementations nationales dans le domaine de l’isolation acoustique dans le bâtiment (bruit aérien et bruit de choc) varient très largement d’un pays à l’autre, tant en ce qui concerne les descripteurs utilisés, que les systèmes de classification, ou encore les valeurs limites. L’action COST TU0901 du projet de Coopération européenne dans le domaine de la recherche scientifique et technique (COST), qui réunit 26 pays, vise à harmoniser ces pratiques. Elle se base sur 3 groupes de travail qui traitent de l’analyse des réglementations nationales et internationales actuelles, de l’évaluation psychoacoustique de la gêne liée aux bruits de voisinage et au confort acoustique dans les logements, et enfin de l’établissement d’une banque de données de solutions pour l’isolation de constructions tant traditionnelles qu’innovantes (constructions nouvelles ou existantes). Victor Desarnaulds EcoAcoustique SA 25 Vinet CH-1004 Lausanne Suisse E-mail :
[email protected] Birgit Rasmussen SBi Danish Building Research Institute Aalborg University DK-2970 Hørsholm E-mail:
[email protected] L 12 Harmonisation des réglementations européennes dans le domaine de l’isolation acoustique dans le bâtiment (COST TU0901) ou 1/3 d’octave (par exemple Rm de 100 Hz à 3 150 Hz). Dès 1968, la norme ISO/R 717 utilise des courbes de gaba- rit pour déterminer l’isolation in situ (Ia et Ii). La révision de 1982 de cette norme introduit de nouveaux descripteurs pour l’isolation au bruit aérien (R’ w , D w , D nTw ) et l’isolation au bruit de choc (L n , w , L’ nT,w ) en distinguant les essais en laboratoire ou in situ. La dernière révision de 1996 ajoute des termes d’adaptation spectrale C et C tr (pour combiner les approches française et allemande) avec une possible extension de la bande d’analyse fréquentielle (de 50 Hz à 5 000 Hz). Les différentes combinaisons possibles entre descripteurs de base (par exemple R’ w , D n,w et D nT,w pour le bruit aérien) et les éventuels termes d’adaptation (Aucun, C, C tr avec 100-3 150Hz, 50-3 150 Hz, 100-5 000 Hz ou 50-5 000 Hz comme bandes fréquentielles possibles) multiplie le choix possible du descripteur global. Dans le cas du bruit aérien, il y a donc pas moins de 3 x ((2 x 4)+1)=27 descripteurs possibles conformes à la norme ISO 717, cf. [2, 3]. Chaque pays choisit ainsi le descripteur qui correspond le mieux à l’état de la technique et au type constructif qui lui est le plus familier (construction massive ou légère) [3]. Les descripteurs utilisés dans 24 pays européens ont été récemment décrits et analysés [2, 3]. Les plus utili- sés pour quantifier l’isolation au bruit aérien sont le R’ w (CZ, DK, EE, FI, DE, HU, IS, IT, LT, NL, NO, PL, SK, SI, SE) et le D nT,w (AT, BE, FR, EI, LT, CH, UK) avec éventuellement l’ajout du facteur C (FR, HU, PO, ES, SE, CH). L’isolation au bruit de choc est principalement déterminée par l’utilisa- tion du L’ n,w (CZ, DK, EE, FI, DE, HU, EI, IT, LT, NL, NO, PL, PT, SK, SI) et du L’ nT,w (AT, BE, FR, IR, ES, CH) avec éven- tuellement l’ajout du facteur CI (SE, CH). Il faut enfin noter que dans certains pays, des descrip- teurs différents sont utilisés suivant les classes de quali- tés. Les pays scandinaves étendent la bande fréquen- tielle aux basses fréquences jusqu’à 50 Hz uniquement pour les meilleures classes de confort (cf. exemple de la norme danoise, Tableau 2), Cette extension fréquentielle est également utilisée en présence de sources sonores riches en basses fréquences (par exemple discothèque, cf. exemple pour la Suisse §2.5). Country Classes (1), (2) Year of implementation Reference Denmark (DK) A / B / C / D 2001/2007 DS 490 Finland (FI) A / B / C / D 2004 SFS 5907 Iceland (IS) A / B / C / D 2003 IST 45 Norway (NO) A / B / C / D 1997/2005/2008 NS 8175 Sweden (SE) A / B / C / D 1996/1998/2004 SS 25267 France (FR) QLAC / QL (3) 1993/1995/2000/2008 Qualitel Germany (DE) III / II / I 1994/2007 VDI 4100 Lithuania (LT) A / B / C / D / E 2004 STR 2.01.07 Netherlands (NL) I / II / III / IV / V 1999 NEN 1070 (1) Classes are indicated in descending order, i.e. the best class first. (2) In five countries (DK, FIN, N, S, LT) the building codes refer to class C as minimum requirements for sound insulation between dwellings. The higher classes and the shemes in the other countries are voluntary. (3) The indicated class denotations are applied for sound insulation between dwellings, not for facade sound insulation. Tabl. 1 : Systèmes de classification de l’isolation acoustique dans 9 pays européens. Tableau tiré de [2] Système de classification Chaque pays adopte son propre système de classification pour définir les différents degrés de confort acoustique. Certains pays ne définissent qu’une seule valeur limite, d’autres distinguent 2 ou 3 catégories (par exemple le label français Qualitel, ou les exigences suisses, ci-après), d’autres enfin, comme les pays scandinaves, définissent 4 à 5 classes de confort (cf. Tableaux 1 et 2). En considérant le système de classification danois DS 490 2007 (cf. Tableau 2), on constate que l’écart typi- que entre deux classes successives est de 5 dB. Dans la plupart des systèmes comportant plusieurs classes de confort, la réglementation nationale impose le respect d’une classe minimale de la norme (classe C dans le cas du Danemark, cf. Tableaux 2 et 3). Isolation entre appartements Critères selon DS 490:2007 Classe Bruit aérien Bruit de choc A R’ W + C 50-3150 ≥ 63 dB L’ n.w ≤ 43 dB et L’ n.w + C I.50-2500 ≤ 43 dB B R’ W + C 50-3150 ≥ 58 dB L’ n.w ≤ 48 dB et L’ n.w + C I.50-2500 ≤ 48 dB C R’ W ≥ 55 dB L’ n.w ≤ 53 dB D R’ W ≥50 dB L’ n.w ≤ 58 dB Tabl. 2: Principaux critères de la classification danoise pour l’isolation au bruit aérien et de choc. Tableau tiré de [2] Les différentes classes utilisées dans les réglementations ou les recommandations correspondent à différents niveaux de confort acoustique. Pour être capable de faire un choix éclairé d’une classe, il faut donc connaître le degré de confort acoustique correspondant à chacune des classes. Les niveaux de confort peuvent être soit décrits, soit expli- cités soit sous forme de taux de satisfaction statistique des occupants (cf. exemple danois DS 490 2007, Tableau 3). Classe décrivant les conditions Évaluation acoustiques dans les logements des occupants Informations résumées et tirées de DS 490 Classe Caractéristiques Bon à très bon Faible A Excellentes conditions acoustiques. Les occupants ne sont dérangés qu’occasionnellement par le bruit > 90% B Amélioration significative des condi- tions acoustiques par rapport à la classe C. Les occupants sont parfois dérangés par le bruit 70 à 85% < 10% C Classe d’isolation minimale pour les nouveaux bâtiments 50 à 65% < 20% D Classe d’isolation pour les bâtiments anciens (rénovation d’appartement) avec des conditions acoustiques moins satisfaisantes 30 à 45%25 à 40% Note : Pour chaque classe d’isolation, le pourcentage d’occupants satisfaits ou insatisfaits peut dépendre du type de critère. L’évaluation globale est basée principalement sur l’évaluation de l’isolation au bruit aérien et de choc par rapport aux logements mitoyens. Tabl. 3 : Description du confort et évaluation du degré de satisfaction pour les différentes classes danoises selon DS 490 2007. Tableau traduit de [4]. 13 Harmonisation des réglementations européennes dans le domaine de l’isolation acoustique dans le bâtiment (COST TU0901) La Société Allemande d’Acoustique (DEGA) a récem- ment proposé une méthodologie d’évaluation acoustique complète des bâtiments en attribuant à chaque élément du bâtiment des points selon un barème et une pondé- ration clairement définis. La classification acoustique globale du bâtiment (somme des points de chaque élément évalué) se fait alors selon un code lettre+couleur (7 clas- ses) basé sur le principe de labellisation européenne de certains produits [5]. Fig. 2 : Classification globale de l’acoustique d’un bâtiment selon la recommandation allemande. Tirée de [4]. Valeurs limites Chaque pays fixe enfin les valeurs limites pour les diffé- rents types de bruit, suivant les descripteurs utilisés, le système de classification adopté et le degré de protec- tion visé. De façon plus générale, les exigences varient souvent en fonction de la sensibilité au bruit des locaux subissant les nuisances (une salle de repos ou de lecture ne requiert pas la même protection qu’un atelier ou une salle de bains, cf. exemple pour la Suisse §2.5). Les valeurs limites varient également suivant le type de locaux et le degré de nuisance potentiel. On trouve ainsi dans de nombreux pays des réglementations spécifiques pour l’iso- lation entre une discothèque et un logement [6]. E s t i m a t e d E q u i v a l e n t R ’ w ( d B ) A u s t r i a B e l g i u m C z e c h R e p . D e n m a r k E s t o n i a F i n l a n d F r a n c e G e r m a n y H u n g a r y I c e l a n d I r e l a n d I t a l y L a t v i a L i t h u a n i a N e t h e r l a n d s N o r w a y P o l a n d P o r t u g a l S l o v a k i a S l o v e n i a S p a i n S w e d e n S w i t z e r l a n d E n g l a n d Fig. 3 : Synthèse, pour 24 pays, des exigences minimales, exprimé en R’w équivalent (valeur parfois estimée), pour l’isolation au bruit aérien entre appartements, respectivement entre maisons mitoyennes. Tirée de [2]. Vu la grande diversité des descripteurs utilisés et des systè- mes de classification adoptés, il est très difficile de comparer directement les valeurs limites applicables dans les divers pays sans faire de nombreuses hypothèses, notamment en ce qui concerne le passage d’un descripteur à l’autre. Lorsque l’on ramène tous les descripteurs d’isolation au bruit aérien à un R’ w équivalent (valeur parfois estimée lorsque la conversion n’est pas possible, cf. Figure 3), on constate que la protection préconisée entre deux appartements d’un même immeuble est relativement cohérente entre les pays européens, soit R’ w = 50 dB (pour les pays du Sud ou de l’Est de l’Europe et le Royaume-Uni) à 55 dB (pour les pays du Centre et du Nord de l’Europe) [2]. On constate par ailleurs que certains pays modifient les valeurs limites en fonction du type de sépara- tifs. Ainsi l’exigence pour un mur entre maisons mitoyennes est, dans certains cas, de 3 à 5 dB plus sévère que pour un mur entre deux appartements. En ce qui concerne l’isolation au bruit de choc (cf. Figure 4), la dispersion est beaucoup plus importante entre les pays. Les exigences pour le L’ n,w équivalent (valeur parfois estimée lorsque la conversion n’est pas possible) vont de 47 dB pour l’Autriche à 64 dB pour l’Espagne, avec une moyenne d’envi- ron 53 dB pour les pays du Centre et du Nord de l’Europe. E s t i m a t e d E q u i v a l e n t L ’ n , w ( d B ) A u s t r i a B e l g i u m C z e c h R e p . D e n m a r k E s t o n i a F i n l a n d F r a n c e G e r m a n y H u n g a r y I c e l a n d I r e l a n d I t a l y L a t v i a L i t h u a n i a N e t h e r l a n d s N o r w a y P o l a n d P o r t u g a l S l o v a k i a S l o v e n i a S p a i n S w e d e n S w i t z e r l a n d E n g l a n d Fig. 4 : Synthèse, pour 24 pays, des exigences minimales, exprimé en L’n,w équivalent (valeur parfois estimée), pour l’isolation au bruit de choc entre appartements, respectivement entre maisons mitoyennes. Tirée de [2]. Évaluation subjective Cependant, pour les habitants, le critère déterminant d’évaluation reste la gêne subjective qu’ils ressentent en présence de bruits de voisinage. Cette gêne est liée à l’audibilité, ou plus précisément l’émergence des bruits de voisinage par rapport au bruit de fond. Ainsi le confort acoustique subjectif est déterminé par le type et le niveau du bruit à l’émission (voisinage), l’isolation acoustique et enfin le niveau du bruit de fond à la réception. L’influence de ces trois paramètres est illustrée par le Tableau 4 qui décrit l’audibilité des bruits de choc. Tabl. 4 : Audibilité des bruits de chocs suivant le type de bruit, l’isolation et le bruit de fond. Tableau tirée de [7] 14 Harmonisation des réglementations européennes dans le domaine de l’isolation acoustique dans le bâtiment (COST TU0901) Plusieurs pays européens ont procédé à des études psychoacoustiques sur la relation entre l’isolation acous- tique et la perception subjective des nuisances liées aux bruits de voisinage. Cependant les méthodologies utilisées diffèrent largement, tant au niveau de l’évaluation objec- tive de l’isolation (utilisation de divers descripteurs), que pour l’appréciation subjective des nuisances ou de la gêne ressentie (il n’existe notamment pas dans ce domaine de questionnaires uniformes). Cette disparité méthodologi- que rend souvent très difficile la comparaison des résultats entre les études. Les résultats des enquêtes psychosocia- les ou psychoacoustiques convergent en ce qui concerne la pente, relativement linéaire, de la relation entre isola- tion acoustique et perception subjective, soit environ 4% par dB (cf. [3]). Un écart de 5 dB entre classe de confort correspond ainsi à une différence de taux de satisfaction d’environ 20% (cf. Tableau 3). Selon la norme danoise DS490, une isolation conforme aux exigences minima- les (classe C, soit R’ w ≥55 dB et L’ n,w ≤ 53 dB) est jugée bonne à très bonne par 50 à 65% des habitants et trop faible par moins de 20% des occupants. Certaines études montrent que la perception subjective dépend non seule- ment de la valeur de l’isolation mais également parfois du type de séparatif (plancher, mur, mur entre maisons mitoyennes) ce qui explique la différenciation des valeurs limites suivant ce paramètre dans certaines réglementa- tions, par exemple en Allemagne. Exemple de la Suisse L’exemple d’un pays particulier permet de mieux compren- dre la structure et la complexité de la normalisation dans le domaine de l’isolation acoustique du bâtiment. En Suisse, la méthodologie d’évaluation et les exigen- ces applicables sont contenues dans la norme SIA181 : Protection contre le bruit dans le bâtiment [7]. D’abord éditée sous forme d’une recommandation en 1970, elle prend le statut de norme privée lors de sa première révision en 1976, puis celui d’une obligation d’application pour sa troisième version en 1988. Elle a fait l’objet d’une nouvelle révision en 2006 [8]. Les niveaux d’exigence sont fixés selon 3 classes : les exigences minimales (applicables dans tous les cas, y compris les rénovations), accrues (+3 dB par rapport aux exigences minimales, applica- bles pour les maisons mitoyennes et les propriétés par étages), et particulières (exigences plus élevées à déter- miner contractuellement selon la situation). Pour chaque type de bruit (isolation extérieure, isolation au bruit aérien, de choc, des installations techniques et sanitaires), les valeurs limites sont fixées, sous forme de tableau (cf. Tableaux 5 et 6), en fonction du degré de nuisance de la source sonore à l’émission (classé selon 4 niveaux) et de la sensibilité du bruit du local de récep- tion (classé selon 3 niveaux). Pour le bruit aérien (cf. Tableau 5), le niveau global mesuré ou calculé D i,tot = D nT,w + C – C v doit être supérieur ou égal au niveau d’exigence D i . Le terme C v , spécifique à la Suisse, est une correction liée aux grands volumes de récep- tion (de 2 dB pour 200 m 3 à 5 dB pour plus de 800 m 3 ). Le terme d’adaptation utilisé (C) est remplacé, pour les établissements publics diffusant de la musique (cf. Annexe A de la norme SIA181), par le C tr,50-3 150 . Pour le bruit de choc, le niveau global mesuré ou calculé L’ tot = L’ nT,w + C I + C v doit être inférieur ou égal au niveau d’exigence L’ (cf. Tableau 6). Le terme d’adaptation utilisé C I est considéré uniquement lorsque sa valeur est positive. Dans certains cas où la présence de basses fréquences peut être gênante, il est recommandé de faire son évalua- tion de 50 à 2 500 Hz. Dans le cas de rénovation, les exigences sont diminuées de 2 dB. Pour le bruit des installations techniques, la norme fait la distinction entre les bruits de courte durée (< 3 min.) et les bruits continus ainsi qu’entre les bruits de fonctionnement ou ceux provoqués par l’utilisateur. Pour ce dernier cas, la Suisse a développé une méthode d’évaluation particulière qui se base sur l’utilisation d’un marteau pendulaire [9]. Tabl. 5 : Valeurs limites Di (exigences minimales) en Suisse pour l’isolation au bruit aérien. Tableau tiré de [7] Tabl. 6 : Valeurs limites L’ (exigences minimales) en Suisse pour l’isolation au bruit de choc. Tableau tiré de [7] La dernière version de cette norme, qui utilise de multi- ples descripteurs (la table des symboles ne fait pas moins de 11 pages) et des valeurs limites, est devenue si complexe qu’elle ne peut être comprise et utilisée que par des spécialistes. 15 Harmonisation des réglementations européennes dans le domaine de l’isolation acoustique dans le bâtiment (COST TU0901) Action COST TU0901 Action Cost COST (Coopération européenne dans le domaine de la recherche Scientifique et Technique) est une structure de coopération européenne permettant une coordination des recherches nationales. Fondée en 1971 par une conférence ministérielle, COST a été la première des initiatives euro- péennes de coopération scientifique et technique ; elle compte aujourd’hui 34 membres. Cette initiative permet aux établissements et aux organismes nationaux (instituts, universités) ainsi qu’au secteur privé (industrie) de travailler en commun et de former et développer des réseaux. L’action COST TU0901 «Integrating and Harmonizing Sound Insulation Aspects in Sustainable Urban Housing Constructions» [10] a été approuvée en 2009 et durera 4 ans. Son comité de pilotage et ses groupes de travail comptent aujourd’hui plus de 70 personnes issues de 26 pays (AT, BE, HR, DK, EE, FI, MK, FR, DE, GR, HU, IS, IT, LT, NL, NO, PL, PT, RO, RS, SK, SI, ES, SE, CH, UK). Les principales raisons de cette action est de permettre les échanges entre experts afin de diminuer la redondance des recherches similaires au sein des pays participants, de favoriser le partage d’expériences et de conceptions constructives pour optimiser l’isolation acoustique des bâti- ments. Cet effort de coopération et d’harmonisation aura donc pour effets non seulement de consolider les bases scientifiques de l’acoustique du bâtiment et de diminuer les barrières commerciales entre les pays, mais surtout d’améliorer les conditions de vie de la population. Objectifs Cette action de coopération a pour principal objectif de proposer des descripteurs communs pour l’évaluation de l’isolation au bruit aérien et au bruit de choc ainsi qu’un cadre commun de classification pour les qualités d’isolation. Cette action a également pour but d’élaborer un ques- tionnaire uniforme pour la détermination de la gêne liée au bruit du voisinage. Son utilisation permettra de mieux connaître la corrélation entre l’isolation acoustique et ce type de gêne. Le projet se penchera également sur la meilleure prise en compte possible des basses fréquen- ces dans l’évaluation de l’isolation et de la gêne, en tenant compte des difficultés de mesurages liées à l’extension de la bande fréquentielle d’évaluation. Enfin cette action conduira à mettre en place une large banque de données de valeurs d’isolation pour les divers types de construction qu’on peut trouver en Europe. Cet outil permettra d’établir un catalogue de solutions pour atteindre divers niveaux d’exigences et de fixer les règles de l’art en la matière. Coordination et coopération Tous les participants à cette action sont membres de programmes de recherche au niveau national ou interna- tional dans le domaine de l’acoustique du bâtiment et/ou de la psychoacoustique. Bon nombre des participants sont impliqués par ailleurs dans le domaine de la normalisation au niveau national ou international (par ex. ISO, CEN). Cette action se fera en collaboration et en coordination avec les divers organismes de normalisation au niveau internatio- nal (CEN/TC 126 Acoustic properties of building products and of building, ISO/TC 43/SC2 Building Acoustics) et national, les actions COST FP0702, TU0701 and TD0804 (Isolation des constructions légères, Qualité des construc- tions en banlieues urbaines, Paysages sonores). Elle sera menée de concert avec les projets de recherche européens basés sur la réduction du bruit et en lien avec les autorités compétentes dans le domaine de la construction ou de la rénovation de logements. L’action travaillera également en collaboration avec les sociétés d’acoustique nationales et internationales. Elle renforcera le réseau d’experts euro- péens dans le domaine de l’acoustique du bâtiment et colla- borera étroitement avec l’Association Européenne d’Acous- tique (EAA) par la diffusion d’informations (notamment via sa plateforme Internet) et l’organisation de colloques, en relation avec le Comité technique dans le domaine l’acous- tique du bâtiment et des salles (TCRBA). Les résultats attendus de cette action devraient bénéfi- cier non seulement aux organismes susmentionnés mais également à divers domaines de l’industrie. Les connais- sances acquises et diffusées par cette action intéresseront ainsi directement les producteurs de matériaux isolants, les architectes, les acousticiens, les constructeurs et les organismes de certification. Elle permettra d’optimiser les performances et d’élargir les marchés. La diffusion des connaissances objectives et la prise de conscience de l’importance de l’isolation acoustique dans le bâtiment devraient avoir un effet bénéfique sur la qualité de vie de la population. Groupes de travail Les divers domaines de l’action COST seront traités dans le cadre de plusieurs groupes de travail (WG) qui se réuni- ront de façon indépendante mais collaboreront étroite- ment entre eux. WG1 Descripteurs et classifications en Europe Le premier groupe étudiera les divers descripteurs et sché- mas de classification utilisés en Europe dans le domaine de l’acoustique du bâtiment. Il recensera les descripteurs, indices, grandeurs utilisés dans les pays participants à l’action, ainsi que les diverses métho- des d’évaluation par mesurages ou prédiction, basés sur des normes internationales (ISO 717, ISO 140, EN 12354). Il étudiera par ailleurs les cadres législatifs, les schémas de classification et les valeurs limites utilisées ou en déve- loppement dans ces pays. Sur la base de ce recensement et des résultats des autres groupes de travail, il visera à proposer une harmonisation européenne pour les descripteurs et schémas de classifi- cation dans le domaine de l’acoustique du bâtiment. WG2 Évaluation psychoacoustique de l’isolation et de la gêne Le deuxième groupe de travail effectuera un recensement et une analyse détaillée des résultats d’études sur l’évalua- tion sociologique et psychoacoustique du bruit de voisinage dans le bâtiment. Il étudiera en particulier les problématiques liées à la gêne, à l’impact sur la santé, sur la qualité de vie, et la corrélation avec la notion de confort acoustique. Ce recensement portera aussi bien sur des études menées en laboratoire que sur le terrain. Son analyse permettra de comparer les diverses méthodologies utilisées. Il tentera de proposer une approche commune pour les recherches futures dans ce domaine, afin de pouvoir mieux comparer et échan- ger les résultats entre les pays participants à cette action. Son objectif sera notamment de réaliser un questionnaire harmonisé sur la perception du bruit dans le bâtiment. 16 Harmonisation des réglementations européennes dans le domaine de l’isolation acoustique dans le bâtiment (COST TU0901) Ce second groupe de travail établira les bases dans le domaine de la psychoacoustique, éléments nécessaires pour le travail et les décisions du premier groupe de travail. WG3 Base de données et catalogue de solutions Le troisième groupe de travail recensera et analysera les données d’isolation existantes dans chaque pays membre. En parallèle, une étude bibliographique sera réalisée sur les performances de divers types de constructions en ce qui concerne les bruits aériens et de chocs dans le bâti- ment. Il constituera ainsi une large base de données sur les résultats de mesurages pour divers types de construc- tions, aussi bien traditionnelles, qu’exemplaires ou innovan- tes, qu’on peut trouver en Europe. Cette base de données permettra de comparer, de développer et d’optimiser les systèmes constructifs utilisés dans les divers pays. Ce groupe de travail sera constitué de sous-groupes trai- tant chacun d’un aspect technique particulier (élaboration de détails pour la façade, les planchers, les murs, etc.). Chaque sous-groupe sera constitué d’experts européens dans le domaine de la construction qui analyseront la pertinence et la cohérence des détails proposés, en regard d’autres contraintes (thermique, développement durable, etc.). Cet outil permettra d’établir un catalogue de solutions pour atteindre divers niveaux d’exigences, en particulier ceux préconisés par le premier groupe de travail. Il permettra également de fixer les règles de l’art en la matière, en particulier par l’optimisation des méthodes de construction et éléments à observer pour éviter les défauts d’isolation. Fig. 5 : Structures organisationnelles des groupes de travail Conclusion La comparaison des réglementations nationales sur l’isola- tion acoustique dans le bâtiment montre l’immense dispa- rité qui existe entre les pays européens. Le choix du descripteur pour évaluer objectivement l’isola- tion acoustique (par exemple R’w ou DnT,w, pour le bruit aérien et L’n,w et du L’nT,w pour le bruit de choc) varie d’un pays à l’autre. De la valeur unique à la définition de classes de confort, chaque pays adopte par ailleurs son propre système de classification pour définir les diffé- rents degrés d’isolation acoustique à atteindre. Il devient très difficile dans ces conditions de comparer les valeurs limites adoptées dans les pays européens d’autant plus que ces niveaux d’exigences dépendent suivant les cas également de nombreux autres paramètres, spécifiques à chaque pays, comme le type de séparatifs, la sensibilité au bruit des locaux subissant les nuisances ou le degré de nuisance potentiel. L’analyse de la réglementation suisse montre le haut degré de complexité et de spécificités que les normes ont atteint aujourd’hui. En ce qui concerne la perception subjective des nuisan- ces liées aux bruits de voisinage, les grandes différen- ces entre les méthodologies utilisées par les nombreuses enquêtes psychosociales ou études psychoacoustiques rendent très hasardeuse la comparaison des résultats obtenus dans différents pays. Pour favoriser l’échange de données et d’expériences entre pays, limiter les entraves au libre-échange entre pays, et promouvoir une meilleure qualité de vie dans les habita- tions, il est nécessaire d’harmoniser les réglementations dans le domaine de l’isolation acoustique dans le bâtiment, en particulier en ce qui concerne les descripteurs et les systèmes de classification utilisés. L’Action de coopération européenne COST TU0901 «Integrating and Harmonizing Sound Insulation Aspects in Sustainable Urban Housing Constructions» a été lancée en 2009 et compte déjà 26 pays participants (état au 1er mars 2010). Cette action vise à pallier les différents problè- mes soulevés par la disparité des réglementations nationa- les dans le domaine de l’acoustique du bâtiment. Son prin- cipal objectif est de proposer des descripteurs communs pour l’évaluation des isolations au bruit aérien et au bruit de choc ainsi qu’un cadre commun de classification pour les qualités d’isolation. Cette action se fera en collaboration et en coordination avec les divers organismes aux niveaux national et international. Les divers domaines seront traités dans le cadre des groupes de travail suivants : Descripteurs et classifications en Europe ; Évaluation psychoacoustique de l’isolation et de la gêne ; Base de données et catalogue de solutions. Les connaissances acquises et diffusées par cette action intéresseront non seulement les organismes susmentionnés mais également les divers domaines de l’in- dustrie. Elle permettra d’élargir les marchés, d’optimiser les performances acoustiques des constructions et d’avoir un effet bénéfique sur la qualité de vie de la population. Références bibliographiques [1] Van den Berg, M.., “Neighbour Noise: A Rational Approach” 2nd WHO International Housing and Health Symposium, Vilnius, 2004. [2] Rasmussen B., “Sound insulation between dwellings – Requirements in building regulations in Europe» Applied Acoustics, 2010, 71(4), 373-385. [3] Rasmussen B, & Rindel J. H., “Sound insulation between dwellings – Descriptors in building regulations in Europe» Applied Acoustics, 2010, 71(3), 171-180. [4] Rasmussen, B., «Sound classification of dwellings – Comparison of schemes in Europe», NAG/DAGA 2009, Rotterdam, Netherlands. Paper ID 453. [5] DEGA-Empfehlung 103, “Schallschutz im Wohnungsbau – Schallschutzausweiz”, DEGA, March 2009. [6] Desarnaulds V. et al. , “Noise from amplified music played in discotheques, pubs and clubs – A review of national regulations”, Euronoise 2003, Naples. [7] Norme Suisse SIA 181:2006, “Protection contre le bruit dans le bâtiment », SIA, (2006). [8] Desarnaulds V. et al. , “Full revision of the Swiss standard on building acoustics SIA181”, InterNoise 2004, Prague. [9] Walk M., Emrich F., Leuthardt F., “Entwicklung von Simulationsmethoden für haustechnische Benutzungs-geräusche“. DAGA 03, Aachen, S.168-169 (2003). [10] COST Action TU0901 «Integrating and Harmonizing Sound Insulation Aspects in Sustainable Urban Housing Construc-tions», 2009-2013. http://w3.cost.esf. org/index.php?id=240&action_number=tu0901 17 Intégration de la ventilation naturelle en façade de bâtiment intérêt pour la ventilation naturelle ou pour les systè- mes hybrides étant croissant, la question de l’isolement acoustique devient un élément très important lors de la conception de l’enveloppe des bâtiments. En Amérique du Nord, par exemple, une grande partie des nouveaux projets de construction cherche à obtenir la certification LEED. Puisque la ventilation naturelle, ou sa combinaison avec des équipements mécaniques pour former un système hybride, permet une réduction de la consommation éner- gétique [1], ainsi qu’une augmentation de l’impression de confort des occupants [2], il est de plus en plus recom- mandé que ces techniques soient prises en compte lors de l’évaluation des critères de performance. L’ajout d’ouvertures en façade d’édifice ne se conjugue pas nécessairement avec la qualité de l’environnement acous- tique régnant à extérieur, comme c’est généralement le cas en milieu urbain ou à proximité des voies de trans- port. Cette situation amène donc de sérieuses contraintes pour les constructeurs qui veulent maximiser les perfor- mances de leurs réalisations : il faut trouver des solutions qui répondent correctement à chaque élément affectant le confort, tout en demeurant rentable économiquement. D’ailleurs, C. Field décrit bien l’interaction entre l’acoustique et la conception architecturale [3]. Cette préoccupation a servi de point de départ pour un projet de recherche axé sur les possibilités menant à une intégration efficace de la ventilation naturelle en façade, tant d’un point de vue acoustique, que thermique ou architectural. Plusieurs chercheurs abordent le sujet selon diverses approches. Les connaissances concernant la transmis- sion du bruit à travers les fenêtres ouvertes sont assez bien appuyées [4,5,6]. Plusieurs idées innovatrices ont été proposées, comme l’utilisation de films microperforés [7] ou l’ajout de système d’atténuation active du bruit [8]. Néanmoins, les résultats demeurent assez variables et l’in- tégration de celles-ci nécessiterait encore des efforts de recherche et développement. Il semble, selon M. H. F.De Salis, que la solution idéale combinerait plusieurs techni- ques d’atténuation du bruit [9]. Dans le cadre du présent projet de recherche, deux premiè- res possibilités ont été analysées, soit une fenêtre à double paire de vitrages coulissants, ou un dispositif d’aération intégré dans l’épaisseur de la façade. En plus d’offrir de bonnes performances au niveau thermique, de tels assem- blages présentent un avantage, puisque plusieurs confi- gurations d’ouverture sont envisageables. Procédures de mesure L’ensemble des mesures a été réalisé au Laboratoire d’Acoustique de l’Université Laval, à Québec (Canada). Ce dernier est équipé de deux chambres réverbérantes, respectivement de 60 et 200 m 3 , séparées par une ouver- ture de 7,9 m 2 . La figure 1 illustre la disposition du labo- ratoire pour les tests. Jean-Philippe Migneron Groupe de recherche en ambiances physiques École d’architecture Université Laval 1, côte de la Fabrique Québec, Qc Canada, G1K 7P4 E-mail :
[email protected] L’ Résumé Les nouvelles tendances dans le monde de la construction se tournent vers le bâtiment éco-énergétique. En Amérique du Nord, l’utilisation et la vérification des récentes normes en matière de développement durable deviennent choses communes. Parmi les multiples possibilités d’augmentation de l’efficacité des édifices, il est maintenant reconnu que l’utilisation de la ventilation naturelle permet de diminuer la consommation et d’accroître la satisfaction des occupants. L’intégration de la fenestration et des ouvertures d’aération en façade demeure cependant un défi, lorsqu’on considère la nécessité d’atténuer le bruit urbain à travers l’enveloppe du bâtiment. Dans le cadre d’un projet de recherche, différents dispositifs ont été testés expérimentalement par rapport à leurs capacités de réduire la transmission du bruit et de permettre un échange d’air frais. Notamment, une fenêtre coulissante double et un prototype d’aérateur passif ou mécanisé ont fait l’objet de mesures détaillées d’isolation acoustique et de comportement aéraulique sous différentes pressions. 18 Intégration de la ventilation naturelle en façade de bâtiment Fig. 1 : Aménagement du laboratoire pour la réalisation des mesures d’isolation et de débits d’air Sur cette figure, on peut noter que pour ce projet, un système de ventilation a été ajouté aux installations existantes. Un mur porte-échantillon a été ensuite installé dans l’espace de trans- mission afin de recevoir tant la fenêtre que le dispositif d’aé- ration dissimulé. Pour permettre de tester différents échan- tillons, un cadre fixe a été scellé dans le mur de façade. La fenêtre a d’abord été positionnée dans son cadre fixe, puis le dispositif a été inséré dans l’allège de la fenêtre. Les mesures d’isolation acoustique ont été réalisées grâce à une source omnidirectionnelle de bruit rose placée dans la grande chambre réverbérante, en accord avec la norme ASTM E90 [10]. Les acquisitions de niveaux de pression ont été effectuées avec un analyseur acoustique temps réel multicanal. Les indices normalisés de transmission du bruit (STC) ont été compilés pour chacune des confi- gurations selon la norme ASTM E413 [11]. Pour l’évaluation des capacités d’échange d’air à travers les éléments de façade, un ventilateur (d’une capacité maxi- male de 825 l/s) a été employé pour créer une circulation d’air entre les chambres d’essais. De cette manière, il est possible d’obtenir un environnement pressurisé contrôlé dans la petite salle réverbérante, où se trouve le côté exté- rieur de la façade. Des mesures de débits d’air à pression constante, la régulation se faisant sur la vitesse du ventila- teur, ont été notées grâce à un anémomètre et un micro- manomètre numérique. Cette procédure déjà employée par C. Buratti pour une étude comparable [12, 13], suit en partie la norme ASTM E779 [14]. Enfin, des tests de réciprocité ont été effectués, afin de vérifier que la transmission du bruit se faisait de manière symétrique dans les deux sens de propagation. Il s’avère effectivement que la plupart des résultats sont similaires, les différences demeurant sous les marges d’incertitude. Description des échantillons Mur résidentiel porte-échantillon Pour le mur porte-échantillon, une construction de type rési- dentielle a été choisie, car elle est assez représentative de la construction nord-américaine et s’appuie sur une concep- tion à haute efficacité énergétique. La division est donc constituée d’une structure en bois de 140 mm, remplie de laine de verre, couverte des deux côtés par des matériaux isolants (panneaux de fibres de bois, isolant extérieur à forte perméance, coupe-vapeurs) et complétée par un système de briques sans mortier (136 kg/m 2 ) à l’extérieur et de plaques de plâtre de 16 mm à l’intérieur (13 kg/m 2 ). Il est à noter que la structure a été prévue pour être faci- lement modifiable, afin de procéder à l’ajout du disposi- tif intégré. Fenêtre coulissante à triple verre L’échantillon de fenêtre correspond à un modèle de fabri- cation mixte, c’est-à-dire un cadre structural en bois recou- vert complètement de plastique (PVC). Il s’agit d’un type de fenêtre assez commun en construction résidentielle, qui est largement distribué et relativement économique. Les dimensions du cadre sont de 1 225 x 1 225 mm, ce qui correspond à une surface de 1,50 m 2 . Fig. 2 : Configurations d’ouverture (fermée, directe, en chicane) de la fenêtre coulissante à triple verre La fenêtre est composée de quatre panneaux coulissants au total. Du côté extérieur se trouve une paire d’unités scellées munies de verres de 3,2 mm d’épaisseur et d’une lame d’air de 15,9 mm. À l’intérieur, une paire de verres simples de 4,8 mm d’épaisseur constitue la troi- sième couche vitrée. Tel que mentionné précédemment, un assemblage de ce type offre de bonnes performances pour l’isolation thermique et permet une multitude d’ajus- tements de l’ouverture de la fenêtre. Comme le montre la figure 2, le passage de l’air peut-être direct (avec les panneaux entrouverts du même côté) ou le passage de l’air peut se faire en chicane, entre les panneaux de verres simples et scellés. Pour la présente étude, trois différentes épaisseurs de la lame d’air séparant les deux paires de panneaux mobiles ont été évaluées, soit de 15 à 155 mm. Cet espace n’est cependant pas uniforme, car le croisement des panneaux mobiles avec leurs cadrages respectifs réduit partielle- ment la section du passage de l’air. 19 Intégration de la ventilation naturelle en façade de bâtiment Dispositif d’aération intégré Le dispositif d’aération intégré est un prototype développé pour permettre une atténuation significative du bruit à travers une ouverture destinée à la ventilation naturelle. Dans un premier temps, il était nécessaire de créer un modèle de base, afin d’en estimer les performances par une réduction passive du bruit. Un conduit d’aération a donc été conçu pour s’insérer verticalement dans le mur porte-échantillon. Les dimensions maximales de l’ouverture mesurent 506 x 140 mm, mais la surface libre pour la circulation de l’air est réduite proportionnellement à l’ajout de matériel absorbant, soit un coussin de laine de verre à haute densité. Un total de six configurations de divisions absorban- tes a été testé dans le conduit vertical du dispositif. Le tableau 1 illustre l’agencement du matériel absorbant, de même que le pourcentage d’ouverture correspondant. À chaque modification, le mur en plaques de plâtre a été refermé du côté intérieur. Fig. 3 : Installation du dispositif d’aération intégré dans le mur porte-échantillon Tabl. 1 : Configurations du matériel absorbant dans le dispositif d’aération intégré et résultats correspondants Réduction du bruit Mur résidentiel porte-échantillon Une première étape importante concerne l’évaluation de l’isolation acoustique de la façade résidentielle servant de porte-échantillon. Le mur à structure de bois muni d’un parement en brique sans mortier obtient un indice d’isolation STC de 49 (spectre à la partie supérieure de la figure 6). Il est à noter que ces tests ont été accom- plis avec un mur uniforme, avant l’ajout du cadre fixe ou du dispositif intégré. Fenêtre coulissante triple En tout, l’échantillon de fenêtre coulissante à triple épais- seur de verre a fait l’objet de quatre séries de mesures : avec une ouverture directe, ou des ouvertures en chicane de 15, 80 et 155 mm. Dans chaque cas, plusieurs pour- centages d’ouverture ont été comparés jusqu’à atteindre l’ouverture maximale limitée par les pièces de cadrage. La figure 4 montre les résultats expérimentaux obtenus pour les indices d’isolation STC. Une des hypothèses de travail voulait que l’augmentation de l’épaisseur de la lame d’air séparant les deux paires de panneaux mobiles permette une augmentation du niveau d’isolation. Il est donc intéressant de remarquer que la fenêtre complètement fermée avec une lame d’air mini- male de 15 mm offre un indice STC de 36, tandis qu’elle passe à 40 pour les lames d’air de 80 et 155 mm. L’unité scellée seule n’obtient comparativement qu’un indice STC de 26. Ces résultats sont intéressants pour une fenêtre économique de type résidentiel, qui conviendrait donc pour des façades exposées à des niveaux de bruit de modérés à forts. La procédure de mesure a été répétée, pour enregistrer les niveaux de pression et compiler les indices normalisés selon les pourcentages d’ouverture de la fenêtre. Évidemment, l’isolation diminue significativement dès que la fenêtre est entrouverte, mais il demeure une certaine isolation minimale dans le cas des ouvertures en chicane. En effet, les indices STC dépassent encore une valeur de 12 (18 pour une lame d’air de 15 mm), même lorsque la fenê- tre est ouverte en position maximale. De plus, il a déjà été démontré qu’une ouverture en chicane comparable permet- tait de réduire la dynamique du bruit transmis de l’ordre de 2,4 dB (A) en moyenne [15]. Cette compression peut être appréciable pour le confort des occupants, puisqu’il a été prouvé qu’une partie des gens est plus sensible aux pointes de bruit qu’aux niveaux continus [16]. Fig. 4 : Isolation normalisée de la fenêtre en fonction de l’ouverture et de la configuration de la chicane, avec les courbes estimées théoriquement 20 Intégration de la ventilation naturelle en façade de bâtiment Comme le montre la figure 4, les courbes d’isolation en fonction de l’ouverture semblent suivre une certaine tendance. Une corrélation peut être établie entre les résul- tats expérimentaux et une analyse théorique basée sur les facteurs de transmission correspondants à chacune des parties vitrées (constantes attribuables à l’échantillon de fenêtre). La figure 4 juxtapose les données expéri- mentales aux valeurs obtenues par les équations 1 à 4, en annexe (avec tdirecte = 1 et tsimple = 0,1). La varia- ble indépendante reste le pourcentage d’ouverture de la fenêtre (noté %). Selon la configuration, la courbe est influencée en partie par un flux de transmission directe modulé par le pourcentage d’ouverture. Pour l’ouver- ture directe, la concordance est très bonne. Il en est de même dans le cas des chicanes, sauf que les ouvertu- res inférieures à 10% indiquent en pratique des niveaux d’isolation moindres. Ces différences s’expliquent par le fait que l’analyse sommaire ne tient pas compte de l’es- pace résiduel entre les panneaux coulissants lorsqu’ils sont entrouverts. Dispositif d’aération intégré Tel que mentionné précédemment, le dispositif d’aération intégré a été testé avec diverses configurations de maté- riaux absorbants dans sa partie verticale. Comme dans le cas de la fenêtre entrouverte, les niveaux d’isolement tendent à augmenter lorsque le pourcentage d’ouverture diminue. Le tableau 1 présente les différents résultats obtenus pour ce dispositif. Il est pertinent de noter que le mur porte-échantillon équipé de l’aérateur complète- ment ouvert procure un indice d’isolation de 25, alors qu’il augmente à 39 pour la configuration n°6. Dans l’ensem- ble, les résultats avec le dispositif ouvert pour la ventila- tion naturelle atteignent des valeurs comparables à celles d’une fenêtre fermée. Capacités d’échange d’air Fenêtre coulissante triple Il faut premièrement noter que toutes les mesures d’échange d’air ont été accomplies dans un environnement comparable en température, humidité et pression statique extérieure. Les courbes mettant en relation la pression statique entre les deux côtés de la façade testée et les débits d’air ont été enregistrées pour différents pourcentages d’ouverture de la fenêtre et selon chaque configuration. La figure 5 compare les résultats obtenus à une pres- sion de 10 Pa, ce qui correspond approximativement à la force créée par des vents modérés. Il faut remar- quer cependant que les acquisitions sont limitées par la capacité du ventilateur pour les grands pourcentages d’ouverture de la fenêtre. Dans le cas des circulations d’air en chicanes, un certain plateau est atteint à cause de la contrainte de section séparant les deux paires de panneaux coulissants (en particulier avec la chicane de 15 mm, dont la section est limitée à 0,015 m 2 lorsque les cadrages se croisent). Dispositif d’aération intégré La même procédure a servi à vérifier le comporte- ment aéraulique du dispositif intégré. Le tableau 1 en résume les résultats obtenus à une pression différen- tielle de 10 Pa. Complémentairement, un petit ventilateur centrifuge a été ajouté à l’intérieur de l’aérateur. L’objectif visait à permet- tre un échange d’air en l’absence de pression différentielle sur la façade, soit sans vent. Les résultats donnent un débit d’air supplémentaire d’environ 100 l/s et une isola- tion acoustique comparable à celle de la configuration n°4 (en incluant le bruit du ventilateur situé immédiatement après le volet d’admission d’air extérieur). Fig. 5 : Comparaison des débits d’air sous une pression de 10 Pa, pour différentes ouvertures de la fenêtre Fig. 6 : Spectres d’isolation normalisée du mur et de la fenêtre fermée, avec des lames d’air de 15, 80 et 155 mm Analyse comparative des résultats Analyse des isolations par bandes au tiers d’octave Toutes les mesures d’isolement ont été réalisées par bandes au tiers d’octave. De manière générale, la réduc- tion des niveaux de bruit dans les basses fréquences ne varie pas selon le pourcentage d’ouverture, tandis qu’elle a tendance à croître pour les fréquences plus aiguës. Les figures 6, 7 et 8 présentent quelques comparaisons des spectres d’isolation normalisée pour les différentes confi- gurations présentées. Pour les résultats avec la fenêtre fermée, on remar- que, à la figure 6, l’impact significatif de l’épaisseur de la lame d’air entre les paires de vitrages sur l’isolation acoustique. Il semble, par ailleurs, que les lames d’air de 80 et 155 mm aient un comportement similaire à ce point de vue. 21 Intégration de la ventilation naturelle en façade de bâtiment À propos de la figure 7, qui compare les isolations mesurées pour la fenêtre ouverte avec un débit d’air d’environ 200 l/s sous 10 Pa, on notera que ce débit d’air ne peut être obtenu en chicane avec un espacement des verres de 15 mm. Corrélation entre les capacités d’échange d’air et les niveaux d’isolation acoustique Les mesures de débit d’air ont été relevées en fonction du pourcentage d’ouverture, tout comme les mesures d’isolation acoustique. Il est donc possible d’établir une corrélation entre les performances acoustique et aérau- lique, pour une pression différentielle et une configura- tion donnée. La figure 9 montre une tendance régulière dans le cas simple de la fenêtre avec une ouverture directe. Comme il est expliqué à la section «Fenêtre coulissante triple» avec l’équation 2 (voir annexe), la relation correspond bien à la théorie des flux de transmission sonore. Pour les ouver- tures en chicanes de 80 et 155 mm, les tendances sont comparables, avec cependant des indices d’isolation supé- rieurs d’environ 4 dB. La corrélation est moins significative pour l’ouverture en chicane de 15 mm, car elle présente une importante limitation du débit d’air du fait de la faible section entre les paires de panneaux mobiles. Par ailleurs, les résultats pour le dispositif intégré se distinguent avec les plus hauts niveaux d’isolement pour un débit d’air moyen d’environ 120 l/s. Il faut rappeler que la variation d’ouverture dans ce dernier cas est dépen- dante de la quantité de matériel absorbant placé à l’inté- rieur de l’aérateur. Conclusion L’étude portant sur un spécimen de fenêtre coulissante entrouverte et un prototype d’aérateur intégré fait partie d’un plus vaste projet de recherche axé sur l’intégration efficace de la ventilation naturelle en façade de bâtiment. Les expériences réalisées en laboratoire visaient à carac- tériser de manière sommaire le comportement de deux des solutions retenues. Certains points intéressants se dégagent des diverses observations : - La présence d’une lame d’air de 80 mm suffit à augmen- ter l’isolation de la fenêtre fermée de 4 dB. - L’ouverture de la fenêtre en chicane limite partielle- ment les débits d’air, mais réduit la pénétration du bruit d’au moins 4 dB par rapport à une ouverture directe équivalente. - Les niveaux d’isolation pour les ouvertures directes et en chicanes de 80 et 155 mm peuvent être calculés en fonction du pourcentage d’ouverture de la fenêtre, à partir des différents facteurs de transmission des éléments de vitrage. - Le dispositif d’aération intégré permet une circulation d’air de 120 l/s, tout en conservant un indice d’isolation de STC 39. Remerciements La réalisation de ce projet de recherche n’aurait pu être possible sans la précieuse collaboration des profes- seurs Jean-Gabriel Migneron et André Potvin, de même que le support du Groupe de recherche en ambiances physiques (GRAP) de l’École d’architecture de l’Univer- sité Laval. Fig. 7 : Spectres d’isolation normalisée de la fenêtre ouverte avec un débit d’air d’environ 200 l/s sous 10 Pa, pour la fenêtre ouverte directement ou avec des chicanes de 80 et 155 mm Fig. 8 : Spectres d’isolation normalisée pour les différentes configurations du dispositif d’aération intégré Fig. 9 : Corrélation entre les niveaux d’isolation et les débits d’air à 10 Pa, pour la fenêtre ouverte directement ou avec des chicanes de 80 et 155 mm 22 Intégration de la ventilation naturelle en façade de bâtiment Références bibliographiques [1] Allard, F., «Natural Ventilation in Buildings A design Handbook», éd. James & James, Londres (1998). [2] Humphreys, M. A., Nicol, F. J., «Understanding the Adaptive Approach to Thermal Comfort», ASHRAE Transactions, SF-98-7-1, p. 1-14 (1998). [3] Field, C., «The relationship between good acoustic design practices and sustainable building design» INCE Conference Proceedings 209(1), p. 3385-3393 (2007). [4] Ford, R. D., Kerry, G. «The sound insulation of partially open double glazing» Applied Acoustics 6(1), p. 57-72 (1973). [5] Ford, R. D., Kerry, G. «Insulating one house against aircraft noise» Applied Acoustics 7(3), p. 193-211 (1974). [6] Oldham, D. J., Shen, Y. «A scale model investigation of sound radiation from a large aperture in a building» Applied Acoustics 15(6), p. 397-409 (1982). [7] Kang, J., Brocklesby, M. W., «Feasibility of applying micro-perforated absorbers in acoustic window systems» Applied Acoustics 66(6), p. 669-689 (2005). [8] Jakob, A., Möser, M., «Active control of double-glazed windows Part I: Feedforward control» Applied Acoustics 64(1), p. 163-182 (2003). [9] De Salis, M. H. F., Oldham, D. J., et al. «Noise control strategies for naturally ventilated buildings» Building and Environment 37(5), p. 471-484 (2002). [10] ASTM E90-04 «Standard test method for laboratory measurement of airborne sound transmission loss of building partitions and elements» ASTM International (2004). [11] ASTM E413-04 «Classification for rating sound insulation» ASTM International (2004). [12] Buratti, C., «Indoor noise reduction index with open window» Applied Acoustics 63(4), p. 431-451 (2002). [13] Buratti, C., «Indoor noise reduction index with an open window (Part II)» Applied Acoustics 67(5), p. 383-401 (2006). [14] ASTM E779-03 «Standard Test Method for Determining Air Leakage Rate by Fan Pressurization» ASTM International (2004). [15] Migneron, J-P., «Noise reduction of a double sliding window in relation with opening configuration» Internoise proceedings (2009). [16] Migneron, J-G., «Acoustique urbaine» éd. Masson, Paris (1980). Annexe A.1 Formules théoriques d’isolation basées sur les coefficients de transmission (1) (2) (où % correspond au pourcentage d’ouverture de la fenêtre) (3) (4) 23 n dixième de la population ne trouve pas son quar- tier agréable à vivre et parmi eux, la moitié se plaint du problème des nuisances sonores [1]. C’est pourquoi, afin d’améliorer notre cadre de vie, l’Union européenne a élaboré une directive sur la gestion et l’évaluation du bruit dans l’environnement [2]. Cette directive propose de mettre en place un certain nombre de mesures pour résoudre le problème de la pollution sonore. Ces actions concernent la réduction des nuisances acoustiques, mais aussi la protection des zones calmes et pourquoi pas, la création d’environnements favorables. C’est pourquoi, afin d’assurer au mieux le développement d’un milieu sonore acceptable et de répondre aux exigences de la directive, il est important aujourd’hui d’arriver à caractériser les zones calmes. La première étape dans le processus de caractérisa- tion consiste à établir une définition la plus complète possible du mot «calme». Pour cela, une étude lexico- graphique a été réalisée à travers l’étude des corpus de dictionnaires. Utilisés comme des outils d’analyse de la langue, ils livrent, grâce à des connaissances sur leur structure, leur contenu et leur forme, des informations sur la compréhension et l’utilisation du mot. Mais au-delà de représenter un outil, le dictionnaire est également un objet, figé à une époque. De ce fait, il représente, à un moment précis, une image de la langue courante. L’étude du langage à travers plusieurs périodes permet de mettre en évidence les relations entre la société, la culture et le langage. Remonter dans le temps et étudier les dictionnai- res et leur évolution à travers les siècles permettent de comprendre comment une notion se construit à travers un reflet de la société. Le point de départ de l’étude est fondé sur l’un des premiers dictionnaires connus, le Dictionnaire françoislatin (1539) de Robert Estienne, pour s’achever avec le Petit Larousse Illustré (2010) et le Nouveau Petit Robert (2010). En partant de l’origine des dictionnaires, 1539, et en remontant à travers les siècles, une définition, la plus précise possible, du mot «calme» a été réalisée. Il a été observé par l’ana- lyse des sens et par leurs évolutions au cours du temps, que le calme est composé de plusieurs dimensions. En partant de la date d’attestation du mot, c’est-à-dire la date où il a été vu pour la première fois dans un écrit, nous allons, grâce à des études sémantiques et des analyses investigatrices, construire la définition la plus complète possible du mot et de la notion de calme. Dans la suite du texte, toutes les citations extraites des dictionnaires respectent leur typographie. L’analyse sémantique du calme ou la 1 ère investigation dictionnairique Méthode d’analyse Lorsque nous souhaitons définir un mot, le premier réflexe est d’aller chercher sa définition dans un dictionnaire. Cette recherche s’avère souvent satisfaisante. Néanmoins, la définition obtenue n’est pas forcément la plus complète et si l’on compare deux ouvrages, on observe rapidement des différences. En effet, l’élaboration d’un dictionnaire entraîne chez le lexicographe en charge de sa rédaction des contraintes de place, de temps et d’argent qui imposent des choix rédactionnels car le dictionnaire est un ouvrage destiné à être vendu et consulté par un vaste public. Etude lexicographique de la notion de calme du XVI e siècle à nos jours Pauline Delaitre, Eric Gervreau, Catherine Lavandier Mobilité Réseau Territoire et Environnement IUT de Cergy Pontoise 5, mail Gay Lussac Neuville sur Oise F-95031 Cergy Pontoise E-mail : pauline.delaitre@u- cergy.fr, eric.gervreau@u- cergy.fr,
[email protected] cergy.fr Emmeline Legall, Clément Bredeloux, Jean Pruvost Lexique Dictionnaire et Informatique 33, boulevard du port F-95011 Cergy Pontoise CEDEX E-mail : emmeline.legall @u- cergy.fr, clément.bredeloux@u- cergy.fr, jean.pruvost@u- cergy.fr Résumé Le travail consiste à définir la notion de « calme » à travers une étude lexicographique basée sur les dictionnaires, du XVIe siècle à nos jours. Il s’intègre dans un projet plus général sur la définition des zones calmes telles qu’elles sont introduites dans la directive européenne 2002/49/CE relative à l’évaluation et à la gestion du bruit dans l’environnement. Cette recherche lexicographique a permis de révéler quelles sont les notions qui se rattachent au calme et qui aident à sa définition. Ainsi la notion de calme est associée à un état ou un comportement individuel qui évolue au cours du temps et de l’espace, quel que soit le courant dictionnairique. Le mot calme n’est pas toujours associé au bruit. Dans le dictionnaire de l’Académie française, cette association apparaît dès la fin du XVIIe siècle, alors que dans le petit Larousse, cette association n’apparaît que très tardivement, en 1999. Ce travail débouchera sur des propositions de définition des zones calmes vis-à-vis de la directive européenne. U 24 Etude lexicographique de la notion de calme du XVIe siècle à nos jours Pour commencer cette recherche et créer une définition la plus complète possible d’un mot, nous allons réaliser une analyse lexicographique et sémantique du mot, en étudiant le sens des unités linguistiques et leurs combinai- sons. Contrairement à un travail dictionnairique, qui répond à la rédaction d’un dictionnaire, la lexicographie est une étude purement scientifique des mots dont la finalité n’est aucunement commerciale [3]. Selon Bernard Quemada, lexicographe du XX e siècle, la recherche lexicologique est réalisée en amont de l’élaboration et du travail dictionnai- rique. C’est un procédé efficace de rassemblement, de documentation, de classement et de réflexion sur l’ensem- ble des mots et sur leur signification. Cette étude peut être couplée à ce qui est appelée la première investigation dictionnairique. Cette méthode de travail a été développée par Jean Pruvost, profes- seur à l’université de Cergy Pontoise, à travers l’étude et la caractérisation du mot «norme» [4]. Cette démarche consiste à «radiographier» un corpus de dictionnaires pour essayer d’en tirer plus d’informations que ce que le lexicographe pensait en avoir fourni dans la simple défi- nition du mot. La première investigation dictionnairique consiste, plus précisément, à chercher et à comparer la définition du mot étudié dans plusieurs dictionnaires. Une analyse des différences de microstructure, de définition et de choix d’exemple va être réalisée. La microstructure du dictionnaire correspond à la structuration choisie pour traiter l’information correspondant aux mots retenus, par exemple l’arborescence des sens [5]. Cette étude est souvent basée sur ce que l’on peut considérer comme les trois dictionnaires principaux (par leurs travaux, leur taille et leur richesse) : le dictionnaire de Furetière, celui de Richelet et le Trésor de la langue française. La défini- tion faite d’un mot à travers ces trois dictionnaires peut ensuite être étoffée par d’autres dictionnaires. Dans notre cas, la définition du mot «calme» a été recher- chée dans onze dictionnaires différents (Figure 1), du plus ancien, le dictionnaire de Robert Estienne en 1539 au plus récent, le Petit Larousse Illustré et le Nouveau Petit Robert 2010. Premières apparitions du mot calme Le mot «calme» a été attesté en 1418 comme terme mari- time. Il est ensuite défini en 1539, dans le premier diction- naire de français de Robert Estienne : « Calme : La mer calme, sans tormente, Tranquill˜ u mare. Quand la mer est calme, In malacis maris. » Le terme «malacis» en latin se traduit comme calme plat de la mer. Durant les cent premiè- res années de son utilisation, le mot «calme» n’est donc utilisé qu’en référence à la mer. Il a d’ailleurs été à l’ori- gine du verbe «calmir», utilisé uniquement en rapport à la mer. Dans la lignée des autres dictionnaires, la première définition du calme reste la mer calme. Mais le calme tel que nous le connaissons aujourd’hui n’est plus considéré comme un terme maritime. La mer n’est pas le mot que nous lui associons spontanément. Alain Rey, lexicographe contemporain, dans le Dictionnaire Culturel de la langue Française (2005), s’est intéressé aux dates d’apparition des autres sens du mot «calme». Ainsi, on y apprend que la première occurrence du mot, lié à autre chose que la mer, est apparue en 1671 dans Le traité des sensations, Acuité des sens de Condillac : « Bientôt le silence de toute la nature l’invite au repos ; un calme déli- cieux suspend ses sens ; sa paupière s’appesantit, ses idées fuient, échappent, elle s’endort ». Quelques années après le dictionnaire de Robert Estienne, le calme intè- gre déjà de nouvelles dimensions. Cependant la prise en compte de ces nouvelles caractéristiques n’est pas forcé- ment immédiate dans le langage courant. Il existe toujours un décalage entre l’apparition d’un mot et son utilisation courante. Ce décalage pouvant être plus ou moins long selon le temps d’intégration du nouveau sens. Les trois courants dictionnairiques Les premiers dictionnaires monolingues sont apparus au milieu du XVII e siècle. Dignes successeurs du dictionnaire de Robert Estienne, ils sont considérés comme les pères fondateurs de la dictionnairique française : le Dictionnaire françois de Pierre Richelet (1680), le Dictionnaire Universel d’Antoine Furetière (1690) et la 1ère édition du Dictionnaire de l’Académie française (1694). Chacun d’entre eux est la base d’un courant dictionnairique. Le dictionnaire de Pierre Richelet (1680) est un diction- naire dit descriptif. Chacune de ses entrées est suivie d’une définition accompagnée le plus souvent d’une cita- tion illustrant le propos. Les dictionnaires des éditions Robert sont, aujourd’hui, les héritiers de cette construc- tion lexicographique. Le dictionnaire d’Antoine Furetière (1690) est un diction- naire qui s’adresse à l’homme curieux. Les définitions y sont présentées de manière encyclopédique. Contrairement aux dictionnaires dits descriptifs, les diction- naires encyclopédiques développent une définition du mot en la basant sur l’idée commune de la représentation. En ce sens, les dictionnaires encyclopédiques vont plus loin que le sens strict des mots en y ajoutant une représentation plus figurative. Actuellement, les dictionnaires Larousse sont réalisés sur ce modèle de construction. Fig. 1 : Chronologie des dictionnaires de langue française : en rouge, les dictionnaires de l’Académie, en vert, les dictionnaires descriptifs, en orange, les dictionnaires encyclopédiques Dictionnaire de l’Académie, 1 ère édition 1694 Dictionnaire de l’Académie, 4 ème édition 1763 Dictionnaire français latin de Robert Estienne 1539 Dictionnaire de l’Académie, 9 ème édition 1994 Dictionnaire de Furetière 1690 Le Petit Larousse Illustré 1906-2010 Le grand dictionnaire du XIX e siècle 1865 Dictionnaire d’Emile Littré 1863 Dictionnaire de Richelet 1680 Dictionnaire le Grand Robert 1985 Le Nouveau Petit Robert 1993-2010 25 Etude lexicographique de la notion de calme du XVIe siècle à nos jours Enfin, le Dictionnaire de l’Académie française (1694) repré- sente la norme ainsi qu’une conception puriste de la langue. Il renseigne sur la forme, l’emploi et l’étymologie du mot, c’est un dictionnaire descriptif. La définition produite a une structuration logique et apparaît très souvent accompagnée d’un exemple donnant l’usage courant du mot. Le dictionnaire de l’Académie est le fondateur d’une lignée de rééditions puisque nous en sommes aujourd’hui à la neuvième. Le calme selon l’Académie française Le Dictionnaire de l’Académie française est le premier dictionnaire à associer le calme à la notion de bruit. Dès sa première édition en 1694, il définit «calme» en tant qu’adjec- tif comme : « adj. des deux genres, Tranquille, sans agita- tion. La mer est calme. l’air est calme. lieu calme & hors du bruit. On dit fig. Esprit calme. vie calme & tranquille ». En tant que substantif, il est défini comme : « Calme. s. m. Bonace. Quand il fut en haute mer. le calme le prit & l’empescha d’avancer. il y a de grands calmes dans cette mer-là. Il signifie fig. Tranquillité. Je vis icy dans un grand calme, un doux calme. le calme de l’esprit ». A travers ces définitions, plusieurs notions du calme apparaissent. On l’associe à l’absence d’agitation, par la mer et l’esprit, et à l’absence de bruit. Cependant, sa définition histori- que en terme maritime a perdu de l’importance car elle se trouve reléguée derrière les termes « tranquille, sans agitation » pour l’adjectif bien qu’il reste au premier rang dans la définition du nom. On remarque peu d’évolution jusqu’à la 4 e édition du diction- naire de l’Académie (1762). Dans cette édition, le calme admet une nouvelle association avec la santé. On parle d’un malade calme pour dire qu’il est sans agitation et sans douleur, notion qui perdure encore actuellement. Dans la dernière édition du dictionnaire de l’Académie, édition encore inachevée, la définition du calme intègre, pour la première fois, l’idée de « quartier calme ». Un sens très proche de l’expression «zone calme» qui est à l’ori- gine de ce travail. Le calme dans les dictionnaires descriptifs En 1680, Pierre Richelet dans son dictionnaire définis- sait l’adjectif «calme» en premier sens comme : « adj. Qui n’est point agité par la tempête [mer calme] » et en second sens comme : « Qui n’a l’esprit ni ému, ni agité [son esprit est calme] ». Il ne s’agit alors que d’absence d’agitation. L’absence de bruit n’apparaît qu’en 1863 dans le dictionnaire d’Emile Littré : « Tranquillité, absence d’agi- tation et de bruit », soit plus de 150 ans après le diction- naire de l’Académie. Par la suite, la notion de calme en rapport avec le bruit est tout naturellement présente dans Le Grand Robert de la langue française (1985). Dans celui-ci, elle apparaît également en deuxième définition après l’absence de vent caractérisée par « un état d’immobilité ». Dans cette défi- nition, un complément est apporté à l’absence d’agitation et de bruit, on évoque ainsi l’idée « d’impression de repos qui en résulte, ou, péj., de stagnation qui en découle». Le calme est présenté ici et pour la première fois dans un dictionnaire, comme favorable au repos bien que l’idée ait déjà été développée dans la littérature (cf. §Premières apparitions du mot calme). Dans la dernière version du Nouveau Petit Robert 2010, le nom «calme» est offert comme « 1. État d’immobilité de l’atmosphère, de la mer. Calme plat : calme absolu de la mer.⇒ bonace. Un voilier immobilisé dans un calme plat (⇒ encalminé) ». Puis en deuxième définition, dans son sens «absence de bruit», il est donné de la façon suivante : « 2. Absence d’agitation, de trouble, de bruit. Le calme de la nuit. Le calme de la campagne. ⇒ paix, tranquillité. Chercher le calme, aspirer au calme.» On notera égale- ment, dans le Petit Robert, la présence d’expressions propres à l’usage courant du mot calme. Le calme dans les dictionnaires encyclopédiques Le premier dictionnaire de genre encyclopédique est celui d’Antoine Furetière (1690). Dans sa définition, un nouvel aspect du calme est mis en avant : « Temps serein et tran- quille, où il ne fait aucun vent qui puisse faire avancer les navires. Ce que les Mariniers craignent le plus en pleine mer, ce sont les calmes qui durent long-temps, […] Le calme est avantageux aux Galeres & dangereux aux vais- seaux voilliers ». Antoine Furetière dans cette définition présente l’idée qu’un calme trop long peut être dange- reux. En effet, même lorsqu’un voilier n’avance pas, son équipage consomme les vivres ce qui risque en cas de prolongation d’aboutir à une situation de famine. À travers cette définition, apparaît une notion de danger associée à la présence d’un calme excessif. Dans la suite de la structuration du dictionnaire de Furetière, nous avons le Grand Dictionnaire du XIX e siècle (1865) qui définit le calme à la fois par la mer et par l’esprit. À la fin du XIX e siècle, le calme est, dans les trois courants dictionnairiques, défini par une absence d’agitation, qu’elle soit physique ou morale. Mais dans ce courant dictionnai- rique, l’association du calme au bruit n’est réalisée que bien plus tard et c’est à travers l’étude de chaque millé- sime du Petit Larousse Illustré (1906-2010), que nous nous apercevons qu’elle n’apparaît qu’en 1999. Cependant en 1906, le synonyme de silence est donné dans la défini- tion et on le trouve, d’ailleurs, jusqu’en 1957. Dans le millé- sime de 1958, qui contient de nombreux changements, le silence n’apparaît plus. L’association du calme au sonore ne paraît donc pas encore solidement ancrée dans le langage courant. L’idée de définir le calme par l’absence de bruit n’apparaît dans les dictionnaires du Petit Larousse Illustré que dans le millésime de 1999 avec la définition de l’ad- jectif : « 1 Calme : adj. 1. Sans agitation, paisible. Mener une vie calme. 2. Qui manifeste de la maîtrise de soi, de la sérénité. Rester calme. Gestes calmes. 3. Qui fait peu de bruit. Des voisins calmes. 4. Qui a une activité réduite. Les affaires sont calmes. ». Dans la définition de l’adjec- tif, on ne fait plus référence à la mer alors que dans la définition du nom, l’exemple de la mer calme est toujours présent pour illustrer l’absence d’agitation. Cette définition du calme demeure aujourd’hui inchangée et n’est plus spontanément associée à la mer. Le champ lexical du calme ou la 2 e investigation dictionnairique Méthode d’analyse Après nous être intéressés à l’évolution du sens de calme, nous nous sommes penchés sur l’étude des mots et des notions qui pouvaient s’en rapprocher. Pour cela, nous avons utilisé une méthode développée par Jean Pruvost, appelée la deuxième investigation dictionnairique [4]. Cette méthode consiste à repérer tous les articles du 26 Etude lexicographique de la notion de calme du XVIe siècle à nos jours dictionnaire ayant eu recours au mot «calme» pour expli- citer une définition. C’est-à-dire répondre à la question : quel est l’usage fait du mot «calme» dans les dictionnaires ? Ce travail, long et fastidieux, est aujourd’hui largement facilité par l’informatisation des dictionnaires et la possi- bilité de réaliser des recherches dites en «plein texte». Ce type de travail consiste à trouver tous les emplois du mot dans les dictionnaires indépendamment de sa définition propre. Cette méthode permet de mettre en avant le sens et l’emploi du mot dans différents contextes. Elle permet de proposer une définition beaucoup plus riche que si nous nous étions limités à la définition propre du mot et permet ainsi de construire un réseau lexical, c’est-à-dire une liste de mots en rapport avec la notion cherchée. Pour cette étude, la deuxième investigation dictionnairi- que a été réalisée dans le Trésor de la Langue Française Informatisé (TLFi ). Le choix de ce dictionnaire s’est fait pour plusieurs raisons. Tout d’abord, le TLF est un ouvrage «magistral» paru de 1971 à 1994, dirigé par Paul Imbs puis Bernard Quemada, deux grands noms de la lexicographie française. Ils y ont défini plus de 100 000 mots contenus dans 16 volumes. L’étude de ces documents permet de donner des définitions très larges des mots. On y trouve des informations sur la prononciation et l’orthographe, ainsi que sur l’étymologie et l’histoire du mot. C’est également un ouvrage résolument moderne qui, dans la suite de son édition, a été adapté en format informatique et a été rendu disponible sur internet, ce qui, d’un point de vue pratique, facilite considérablement les recherches. En effectuant une recherche «plein texte» dans le Trésor de la Langue Française Informatisé (TLFi), 1 278 emplois du mot et de l’adjectif «calme» ont été trouvés. Après un tri et une sélection des mots, cette recherche nous offre une liste de noms, d’adjectifs et de verbes qui se rapportent à la notion de calme. Ces mots ont ensuite été approfondis par leurs recherches dans cinq autres dictionnaires choisis pour couvrir toute l’époque d’étude. Parmi ces dictionnai- res, nous avons utilisé : Le Dictionnaire de Pierre Richelet (1680), la 4 e édition du Dictionnaire de l’Académie française (1763), le Dictionnaire d’Emile Littré (1863), Le Petit Larousse Illustré (1959) et le Nouveau Petit Robert (2010). Le calme en tant que lieu De nombreux lieux sont définis par l’adjectif «calme» dans le TLFi et les autres dictionnaires, notamment : un asile, une oasis, un réduit, une thébaïde… et certains d’entre eux nous apportent des informations sur les dimensions du calme. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au mot «asile». Dans le TLFi, un asile est défini de la façon suivante : « Lieu de calme et de repos recherché et senti comme un lieu privilégié, souvent dans la nature ». Dans le Petit Larousse Illustré de 1959, on le définit au sens figuré comme « lieu où l’on trouve le calme ». On remarque que, que ce soit en 1959 ou plus récemment en 2004, l’asile est caractérisé comme un lieu de calme. On le décrit comme un endroit « recherché » et « privilégié » soit en d’autres termes un lieu désiré (peut être du fait qu’il soit propice au repos), caractérisé ici par la présence de la nature. De plus, l’utilisation du verbe « recherché » dans la définition, laisse sous entendre qu’une zone de calme est un lieu à trouver qui n’est pas forcement connu par avance et cette deuxième idée de caractérisation d’une zone calme vient renforcer son caractère d’endroit privi- légié. Un «asile» dans sa définition lexicographique repré- sente un exemple typique de zone calme. En poursuivant les recherches sur les lieux caractérisés dans les dictionnaires par le calme, nous avons également relevé le mot «oasis». Celui-ci est défini, dans le TLFi, de la façon suivante : « Lieu qui tranche sur son environnement en raison de la verdure, de la fraîcheur ou du calme qu’il offre. ». Cette définition nous offre, tout comme celle de l’asile, une analogie à la nature par l’utilisation du terme verdure. Mais la notion la plus importante qui apparaît ici est l’utilisation de l’expression « qui tranche avec son environnement ». On trouve ainsi une idée importante de rupture entre la zone dite calme et son environnement extérieur pris en référence. La zone est calme, verte, fraî- che, l’extérieur ne l’est pas. Cette idée de rupture entre deux environnements se retrouve à travers de nombreu- ses citations relevées lors des recherches, comme, par exemple dans le TLF (1971-1994): « Quand quelquefois tout s’agite et bruit en la maison, et que j’entends cela du calme de ma chambrette, le contraste me fait délices ». Ici aussi, nous retrouvons l’idée de changement entre les différentes pièces de la maison et le calme de la chambre. Une oasis, dans le Petit Larousse Illustré 2010, est définie comme : « Lieu, situation qui procure du calme ; refuge. Une oasis de silence ». Dans cette définition, on trouve dans un premier temps l’idée de refuge à travers un lieu calme. Ce mot marque là aussi une rupture avec l’environnement extérieur. Un refuge est trouvé en protection du monde qui nous entoure pris en tant que référence. Or pour qu’il y ait référence, il faut qu’il y ait changement, donc évolu- tion. Le calme est donc sujet à une évolution spatiale. Un changement peut être ressenti lors d’un passage entre une zone agitée et une zone calme. Une première dimension du calme ressort de cette analyse. Cette rupture implique de prendre en compte une dimen- sion spatiale dans la définition d’une zone calme. Les périodes de calme Par une analyse des synonymes et notamment à travers le Nouveau dictionnaire universel des synonymes de Guizot (1809), une nouvelle dimension du calme peut être mise en avant. Dans ce dictionnaire, l’auteur réalise une compa- raison de calme avec l’adjectif «tranquille». Ces deux mots souvent cités en synonymes ne se définissent pas de la même façon. Certes, ils expriment tous les deux l’absence d’agitation. Cependant, la tranquillité définit une situa- tion en soit, dans le temps présent, indépendamment de toute autre situation alors que le calme, lui, est utilisé au regard des événements passés ou futurs. Le calme fait suite ou précède une situation plus agitée. Cette distinc- tion, apportée au mot «calme», lui confère une dimension temporelle caractéristique qui ne se trouve pas dans ses synonymes. Cette différence étant relevée, nous sommes davantage aptes à comprendre le sens des expressions couram- ment utilisées comme : «une nuit calme», «dans le calme de la soirée», «le calme de l’aurore» … Elles ont toutes un rapport temporel et elles sont toutes placées en compa- raison d’un autre moment journalier beaucoup plus agité. Il apparaît par ces expressions que certaines périodes de la journée sont plus propices au calme que d’autres. Le calme tel qu’il se définit intègre donc une dimension temporelle qu’il ne faut pas oublier dans la définition d’une zone calme. 27 Etude lexicographique de la notion de calme du XVIe siècle à nos jours Les excès du calme Par excès de calme, il faut comprendre le calme long et profond qui est associé synonymiquement au silence, comme c’est le cas, par exemple, dans le Petit Larousse Illustrée de 1906 à 1957. Le calme est associé au silence par opposition au bruit. D’ailleurs dans le Dictionnaire de la langue Française d’Emile Littré (1863) le silence est défini comme « Calme, absence de bruit ». Suivant cette logi- que, il serait aisé de définir une zone calme par le silence qui y règne. Cependant, une zone calme doit être perçue comme une zone recherchée de bien être, où il fait bon être et se reposer. Or le silence pour la tranquillité de l’esprit n’est pas le plus approprié. Dans de nombreuses citations, le silence n’est pas associé au bien-être et au repos de l’esprit. Dans le Littré (1863), nous trouvons : « Le silence éternel de ces espaces infinis m’effraie » ou encore « Un silence absolu porte à la tristesse ; il offre une image de la mort ; alors le secours d’une imagination riante est nécessaire ». Le silence est même dans certains cas craint et fuit, comme nous le montre cette citation extraite du Trésor de la Langue Française (1971-1994) : « Pour fuir l’envoûtement des vieilles choses, cette pénom- bre et ce silence insalubre des salles du Louvre, je suis entré à la Samaritaine ». La Samaritaine, grand magasin parisien du 1er arrondissement, n’était pas réputé pour être une zone calme mais plutôt un espace de bruit et d’agitation où les gens se pressaient en tout sens. On remarquera donc que les citations accompagnant la défi- nition du calme par le silence ne le prônent pas et que cette sorte de calme n’est subjectivement pas un calme souhaité. Le silence ne doit pas être subi. On recherche le silence comme on recherche le calme à un moment ou dans un lieu où l’on en exprime le besoin. Le silence, tout comme le calme, ne doit pas être un état permanent ; on a besoin du bruit précédent ou à venir pour apprécier toute la dimension du silence. La citation de Pierre Loti, trouvée dans le TLF (1971-1994) résume bien la notion de silence et de calme : « ... à la fin, cet excès de calme dans les entours est pénible, il cadre mal, il déroute et il oppresse ; on aimerait mieux de l’agitation, des cris, des fusillades ». Tout comme une longue absence d’agitation (cf. §Le calme dans les dictionnaires encyclopédiques, la mer calme), un silence trop important n’est pas forcement souhaité. Il est le reflet du monde de l’incréé, de l’inerte, de l’an- goisse… Une zone calme ne peut donc pas être définie par le silence. La lexiculture du calme Méthode d’analyse La lexiculture est un concept développé dans les Etudes de linguistiques appliquées par Robert Galisson, lexico- logue et professeur à l’université de la Sorbonne [6]. Il désigne la culture commune qui existe autour d’un mot et la façon dont tout le monde l’utilise. La lexiculture, contrairement à la sémantique, correspond à une étude plus poussée du mot : elle ne se limite pas à l’étude du sens que l’on trouve dans l’habituelle définition dictionnai- rique. Cette analyse apporte une information supplémen- taire sur les idées que le mot véhicule et sur son ancrage dans la langue. La lexiculture comprend tout ce qui se rattache implicitement au mot et qui se trouve enraciné dans la culture populaire [7]. Cet aspect là du mot s’avère très souvent absent d’une définition de dictionnaire. Le mot «écureuil», par exemple, est défini dans le Nouveau Petit Robert 2010 comme : « Petit mammifère rongeur, au pelage généralement roux, à la queue longue et en panache, qui vit dans les bois. ». Cependant, dans tous les esprits, l’utilisation de ce mot apporte d’autres analo- gies comme la banque, ou l’argent. Les recherches diction- nairiques effectuées précédemment, nous ont permis de mettre en avant un concept lexiculturel du calme, à savoir l’association avec la nature. La nature, la campagne, le calme Aujourd’hui instinctivement lorsque qu’on utilise le mot «calme», dans le sens d’un endroit calme, on a tendance à l’associer spontanément à la nature, à la campagne, au vert. Cette dimension culturelle d’association du calme et de la nature est apparue clairement dans la seconde moitié du XX e siècle. On la trouve dans le Grand Robert de la langue Française d’Alain Rey (2 e édition, 1985) sous l’expression, « le calme de la campagne ». Cette expres- sion est ensuite reprise dans de nombreux dictionnaires comme dans le Trésor de la Langue Française (1971-1994) : « [dans la nature] Le calme de la campagne, des nuits » ou « [En parlant de la nature] Paysage, site calme ». Puis, dans la neuvième édition du Dictionnaire de l’Académie française (1992), on trouve : « un paysage calme » dans la définition de l’adjectif et « le calme de la campagne » pour le nom. Ces deux groupes nominaux de définition de la notion de calme étaient absents de la huitième édition (1932-5). Enfin, plus récemment, dans le Nouveau Petit Robert 2010, on trouve également l’association du calme et de la campagne. Cette association du calme et de la campagne passe par l’idée de nature et est reliée par analogie à la couleur verte. Le mot «vert», dans le Petit Larousse 1959, est défini à travers l’expression « se mettre au vert » dans le sens «aller se reposer à la campagne». On retrouve, par cette expression, le verbe «se reposer» qui exprime un besoin de calme et le mot «campagne» qui est associé à la nature et par opposition à la ville. On trouve ainsi l’as- pect multi sensoriel de la perception du calme. Conclusion La notion de calme comme nous la connaissons aujourd’hui s’est construite depuis 1418 (date d’attes- tation) et a évolué dans les dictionnaires depuis le XVI e siècle. Elle a intégré, au fur et à mesure, de nouveaux sens jusqu’à devenir le calme que nous connaissons et que nous employons quotidiennement. En rapport dans un premier temps à la mer, le calme est utilisé en oppo- sition à l’agitation : le calme après la tempête. Il est ensuite très vite rattaché à l’esprit : ni ému, ni agité. En comparaison à une situation de trouble, le calme exprime un retour à un état plus stable. Il devient alors synonyme de repos et de tranquillité. Le calme par analogie est ensuite associé à l’absence de bruit. Mais définir le calme par l’absence de bruit est une notion qui a demandé plus de 300 ans avant d’être intégré par tous les dictionnaires et donc plus largement par tous dans le langage. Aujourd’hui, reconnue en tant que telle, cette association n’était pas encore courante jusque 28 Etude lexicographique de la notion de calme du XVIe siècle à nos jours même dans les années 50 comme nous le montre le Petit Larousse Illustré avec la suppression du synonyme de silence dans la définition du calme. Or actuellement, la notion d’absence de bruit apparaît dans tous les diction- naires de français et de ce fait, est bien ancrée dans son sens. C’est d’ailleurs dans cette signification, que le mot «calme» est aujourd’hui utilisé dans le cadre de la directive européenne sur le bruit. Son sens, à travers la vie de la langue, n’a donc cessé d’évoluer notamment vers l’intégration d’un cadre spatio- temporel qui le différencie de ses synonymes comme tranquille. Le calme, et plus largement une zone calme, se définit par rapport à un autre instant ou un autre lieu. Cette autre situation est prise comme référence pour pouvoir juger et apprécier le caractère calme de la zone. De ce fait, la zone calme, tout comme l’asile ou l’oasis, se trouve en rupture avec l’environnement extérieur. Une zone calme apporte alors de nouveaux éléments de perception environnementale comme par exemple un renforcement du sentiment de sécurité ou du sentiment d’évasion que peut apporter la présence de la verdure... L’association du calme avec la nature ou la campagne apparaît d’ailleurs comme une idée cultu- relle très ancrée dans notre époque. Tous ces éléments font du calme une situation recher- chée notamment en milieu urbain et qui, lorsqu’elle est trouvée, devient privilégiée voire précieuse. Mais atten- tion, le calme demande à être modéré et ne signifie pas le silence absolu. Le calme se définit donc par la présence d’une nouvelle ambiance sonore moins agitée que l’am- biance habituelle du milieu dans lequel nous sommes amenés à évoluer. Dans le cadre de la directive, on pourrait donc proposer la définition suivante : Zone calme : zone, en rupture spatiale ou temporelle avec l’agitation environnante, dont l’ambiance sonore (asso- ciée aux autres sens) est propice au repos physique ou au repos de l’esprit. Références bibliographiques [1] Le Jeannic T., «On pardonne tout à son quartier sauf… l’insécurité, les dégradations, le bruit», Insee Première, n°1133 (2007). [2] Directive Européenne 2002/49/CE relative à l’évaluation et la gestion du bruit dans l’environnement, http://eur-ex.europa.eu (2002). [3] Quemada B., «Notes sur lexicographie et dictionnairique», cahier de lexicologie, n°137, pp 235-245 (1987). [4] Pruvost J., «A la recherche de la norme : sa représentation lexicographique chez Larousse et Robert et la triple investigation», Langues et sociétés, n°39, pp 139-170 (2002). [5] Pruvost J., «Les dictionnaires français, outils d’une langue et d’une culture», L’essentiel français Ophrys, Paris (2006). [6] Galisson R., «Pragmatisme culturelle pour accéder autrement, à une autre culture par une autre culture, par un autre lexique», Etude Linguistique Appliquée, n°116, pp 477-496 (1999) [7] Pruvost J., «Quelques concepts lexicographiques opératoires à promouvoir au deuil du XXIe siècle», Didactologie des langues-cultures et de lexiculturologie, n°137, pp 7-37 (2005) Dictionnaires : Le Dictionnaire françois latin contenant les motz et les manieres de parler françois (1539) de Robert Estienne Le Dictionnaire françois contenant les mots et les choses (1680) de Pierre Richelet Le Dictionnaire Universel (1690) d’Antoine Furetière La 1 ère édition du Dictionnaire de l’Académie française (1694) La 4 e édition du Dictionnaire de l’Académie française (1763) Le Nouveau Dictionnaire universel des synonymes (1809) de François Guizot Le Dictionnaire de la langue française (1863) d’Emile Littré, Paris : Librairie Hachette Le Grand Dictionnaire universel du XIX e siècle (1865) de Pierre Larousse, Paris : Larousse Le Trésor de la langue française (1971-1994) de Paul Imbs et Bernard Quemada Le Grand Robert de la langue française (2 ème édition, 1985) d’Alain Rey, Société Le Robert Le Dictionnaire Culturel de la langue Française (2005) d’Alain Rey, Société Le Robert Le Petit Larousse illustré (1906-2010), Paris : Larousse Le Nouveau Petit Robert (1993-2010), Société Le Robert La 9 e édition du Dictionnaire de l’Académie française (1994 - en cours) 29 Terrains d’expérimentation Le terrain d’expérimentation retenu est celui de la place publique, espace public par excellence. Deux places, la Grand’Place sur la commune de Boulogne-Billancourt (92) et la place Monge sur la commune de Paris ont été sélec- tionnées comme terrain d’étude, du fait de leurs caracté- ristiques, notamment typo-morphologiques, très différen- tes (taille, typologie du quartier avoisinant, type d’activités économiques présentes, type de circulation…). La Grand’place à Boulogne Billancourt La Grand’place s’inscrit dans la ZAC (Zone d’Aménage- ment Concerté) Centre-ville de Boulogne Billancourt, dont le masterplan des espaces extérieurs a été conduit entre 1999 et 2004. La conception de cette ZAC a doté la commune d’un nouveau centre-ville autour de la place et de la galerie marchande qui la jouxte. Le bâti bordant la Grand’place est de type R+8. Une de ses particulari- tés est la coupure que représente la traversée de celle- ci par la rue de la Saussière. Cette coupure urbaine crée une rupture entre deux zones et notamment une incompa- tibilité entre le passage routier et les usages de la place (présence d’un manège notamment). La place est rythmée par la présence d’arbres de hautes tiges et d’une végéta- tion particulièrement artificialisée. La présence de barriè- res crée des coupures et induit une perception saccadée de l’espace. Le procédé de pierres minces collées a été utilisé pour cette place ; l’utilisation de matériaux modu- laires, notamment la pierre naturelle, est souvent privi- légiée pour l’aménagement des espaces publics par les concepteurs car elle ne nécessite pas d’entretien parti- culier. Cet aspect minéral est renforcé par la présence de bancs en marbre. La place Monge à Paris Historiquement, en urbanisme deux types de places se distinguent : les places à angles ouverts, dont les côtés sont fermés, et les places à angles fermés, dont les côtés sont alors ouverts. Les places à angles ouverts sont carac- téristiques de la France méridionale au Moyen Age. Dans le cas des places à angles ouverts, telle la place Monge, les rues arrivent aux angles de la place. Les flux de circu- lation longent les côtés de la place, laissant ainsi le cœur de la place libre pour d’autres usages (comme la tenue d’un marché). La place Monge est une place d’environ 2 337 mètres carrés entourée d’un bâti en R+5 ou R+6. Deux bouches de métro créent un flux de passants qui traver- sent la place en diagonale. Cette place est fortement liée à son marché : en effet, celui-ci nécessite la mise en place de piquets la veille, ce qui contraint les autres activités sur la place ainsi que sa traversée. Les bancs sont absents sur la place Monge. Enfin, il s’agit d’un site inscrit dans un péri- mètre de protection des Monuments Historiques. Évaluation multicritères des nuisances et de la perception en milieu urbain Solène Marry, Marine Baulac, Jérôme Defrance, Yannick Savina CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment) 24, avenue Joseph Fourier 38100 Saint Martin d’Hères, E-mail : {solene.marry,marine.baulac}@ cstb.fr Dorothée Marchand, Julie Roussel Université Paris Est 10, allée Louis Lumière 94300 Vincennes Olivier Ramalho CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment) 84, avenue Jean Jaurès Champs-sur-Marne 77447 Marne la Vallée CEDEX 2 Michel Garcia, Jean-Paul Flori, Fabrice De Oliveira CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment) 11, rue Henri Picherit BP 82341 44323 Nantes CEDEX 3 Résumé Le contexte actuel de la ville durable vise, entre autres, à améliorer la qualité de vie des citadins. Le travail présenté ici propose une approche multicritères afin d’évaluer le confort en milieu urbain. Plusieurs thématiques sont prises en compte dans cette méthodologie pluridisciplinaire†: l’acoustique, l’éclairage, l’aérothermie, la qualité de l’air, les odeurs, l’esthétique, la dimension sociale et l’aménagement urbain. Il s’agit, à partir d’expérimentations et de simulations, de confronter plusieurs paramètres afin d’avoir une évaluation globale du confort du citadin dans un lieu de vie extérieur. Les expérimentations sont d’une part, physiques (mesures de niveaux de bruit, d’éclairement, …) et d’autre part, psychosociales (enquêtes in situ, enquête sur les représentations sociales, …). Ces différents paramètres sont confrontés et comparés sur deux espaces publics pour évaluer les déterminants du confort du citadin. Le protocole d’évaluation porte en effet sur deux places publiques en Ile de France. Cette étude fait ressortir des critères de confort, susceptibles d’être appliqués à d’autres espaces publics urbains. 30 Évaluation multicritères des nuisances et de la perception en milieu urbain Protocole expérimental Expérimentations et simulations physiques Les expérimentations et simulations physiques réalisées concernent cinq disciplines : l’acoustique, l’éclairage, la pollu- tion de l’air, le confort olfactif et le confort climatique. Pour la prise en compte de la dimension acoustique, il a été choisi de ne réaliser que des expérimentations car les simulations ne permettent pas de prendre en compte l’am- biance acoustique dans sa globalité (les outils de simula- tion actuels se focalisent sur les bruits de trafic et le bruit industriel, et se limitent à des valeurs moyennes). Ainsi, deux campagnes d’expérimentations ont été réalisées, l’une en mars, l’autre en octobre 2009. Il s’agit d’enregis- trements de niveaux sonores en des points donnés de chacune des places. La première campagne de mesure a permis de mettre en place le protocole de mesure afin de mieux réaliser la seconde. Elle a été réalisée le 22 octo- bre 2009 avec un sonomètre (modèle SLS95S de 01dB) permettant l’enregistrement des L eq 1s . Deux types de mesures ont été effectués : - En des points fixes > enregistrement des Leq 1s pendant 5 minutes en tenant le sonomètre à une hauteur d’envi- ron 1,5 m ; - Le long de parcours (ou trajets) > enregistrement des Leq 1s en s’assurant que le parcours dure environ 10 minutes, le sonomètre étant tenu à une hauteur d’envi- ron 1,5 m. L’éclairage des places a été analysé d’une part par un travail d’observation et de mesures d’éclairement (à 1 mètre de hauteur) in situ sur la totalité de la surface des places et, d’autre part, par une modélisation CAO en 3D effectuée sur la base de plans cadastraux et de relevés photographiques. Des simulations d’ensoleillement et d’ombres portées ont été effectuées avec le logiciel PHANIE ; ces simulations ont été effectuées au pas de temps horaire de dix minutes. Les simu- lations d’ensoleillement permettent une appréciation visuelle des zones exposées au rayonnement solaire théorique. Concernant l’évaluation de la pollution sur les places, seules des simulations ont été réalisées. Ces simulations ont été réalisées grâce à l’utilisation du logiciel EXTRA. Il permet de déterminer le niveau de pollution à deux mètres du sol le long des façades et ce, sur une distance de 0 à 50 mètres par rapport à la rue émettrice. Il a été choisi de calculer la valeur moyenne de la concentration en monoxyde de carbone (CO) sur une année rapportée à un seuil norma- lisateur de 1000 µg/m 3 . La caractérisation des odeurs a été effectuée par l’ins- trumentation des deux places publiques deux fois à deux moments de la journée (matin et après-midi). Pour chaque investigation, deux mesures ont été réalisées en parallèle avec un détecteur à photoionisation portable, et un capteur de température, humidité relative et dioxyde de carbone. Une mesure mobile par PID a été réalisée selon une trajec- toire définie selon les flux piétons préalablement établis et dans différentes zones caractéristiques des places. Afin d’évaluer le confort au vent des piétons, deux simula- tions physiques en soufflerie ont été réalisés. Les résultats issus de ces essais permettent d’établir des cartographies 2D des niveaux de fréquence de gêne de chaque place. Les places et leur environnement ont été modélisés et posi- tionnés dans une soufflerie à couche limite atmosphérique du CSTB de Nantes. Les profils de vitesse et d’intensité turbulente ont été mesu- rés avant la mise en place de la maquette. Pour les deux places, le même support a été utilisé. Ce support dispose d’emplacements de sondes IRWIN selon un maillage de 10 cm x 10 cm. La place Monge est équipée de 42 sondes IRWIN et la Grand’place de 45 sondes IRWIN. Enquête psychosociale Suite à une pré-enquête qui a permis de souligner la nécessité de multiplier les techniques d’enquête afin de recueillir différents types de résultats, l’utilisation d’une triangulation méthodologique a été décidée. Trois outils d’enquête ont donc été élaborés : un questionnaire relatif aux représentations (ex situ), une grille d’entretien direc- tif relative à l’évaluation des places (in situ) et une grille d’entretien semi-directif destinée aux acteurs politiques et aux aménageurs locaux. Le questionnaire repose sur quatre questions qui appellent la formulation de réponses courtes et rapides sur la représen- tation d’une place (en général), la représentation du confort sur une place et enfin la représentation de l’inconfort sur une place. 189 questionnaires ont ainsi pu être traités. L’enquête de terrain a consisté à aborder des person- nes sur la place dans certaines situations. Ces situations étaient déterminées par deux conditions : - La caractérisation d’une activité dominante de la place : - La présence/absence du marché sur la place Monge - La présence/absence (ou son ouverture/fermeture) du manège sur la Grand’place de Boulogne Billancourt - La temporalité de la place : - En semaine - Week-end/mercredi Nous avons fait passer 84 entretiens, 42 sur la place Monge et 42 sur la Grand’place de Boulogne Billancourt. L’enquête auprès des différents acteurs de l’aménagement porte sur cinq acteurs à Boulogne et trois à Paris. Grand Place Monge Indicateur M10 M8 M9 M10 Trajet M1 M5 M4 M3 M1 Trajet LAmax 64 75 66 64 81 78 74 73 85 75 74 LAmin 50 52 49 48 49 60 64 58 60 59 56 Leq 57 63 60 58 65 66 70 63 68 65 64 L10 60 66 64 61 66 66 71 64 68 68 67 L90 52 56 53 53 55 62 67 59 61 62 59 Lmax-Leq 7 12 7 6 16 12 4 10 17 9 10 L10-L90 7 10 11 8 12 6 4 5 8 6 8 TNI 52 66 67 54 74 56 52 50 61 56 61 1/10*Leq + 1/40* Lmax+%dep (Leq+Lmax)2 7,4 8,2 7,8 7,5 8,5 8,6 8,9 8,1 9 8,4 8,3 Tabl. 1 : Tableau récapitulatif des indicateurs acoustiques dont un nouvel indicateur proposé (ligne orange) 31 Évaluation multicritères des nuisances et de la perception en milieu urbain Résultats pluridisciplinaires Dimension acoustique A partir des mesures effectuées, de nombreux indicateurs ont pu être évalués, dont celui proposé en 2008 dans le cadre de l’action de recherche (ligne orangée). Ils sont répertoriés dans le tableau 1. Le premier élément d’interprétation, et sans doute le plus important, est que visiblement, l’indicateur proposé n’utilise pas toute la plage de notation de 1 à 10. On remarque que la répétabilité est plutôt correcte puisque les mesures effectuées sur un même point sont sensible- ment identiques (c’est d’ailleurs aussi une des conclusions de la première campagne d’expérimentations). Les différences proviennent des évènements sonores particuliers qui sont différents d’un moment à l’autre (temporalité). Cette notion de temporalité est d’autant plus importante d’une journée à une autre (activités différentes). Dimension éclairage (artificiel et naturel) La Grand’place est un espace urbain dont l’éclairage nocturne est correctement dimensionné et qui permet de répondre aux exigences attendues. Cette analyse repose à la fois sur un examen visuel et sur les mesures physiques (voir figure 2). Il est à noter que les éclairements mesurés prennent en compte la contribution apportée par les éclairages commer- ciaux qui «débordent» sur l’espace public (voir figure 3) ce qui, d’un point de vue énergétique et économique, n’est évidem- ment pas satisfaisant. Néanmoins, ces éclairages contribuent à animer la place et à maintenir des niveaux d’éclairements compatibles avec les usages de cette place. Fig. 2 : Cartographie des éclairements horizontaux mesurés à 1m de hauteur Grand’place, Boulogne Billancourt Fig. 3 : L’essentiel de l’éclairage (50 lux) de cette partie de la place est assuré par l’éclairage des vitrines Fig. 4 : Pourcentage d’ensoleillement en lux. Heure/référence en site dégagé (à gauche : Grand’place, à droite : place Monge) Sur la place Monge, les mesures effectuées font apparaître un niveau moyen de 15 lux (7 lux/mini et 50 lux/maxi). Concernant l’éclairage naturel, le résultat du rapport exprimé en % représente la disponibilité théorique de l’ensoleillement. Ce rapport compris théoriquement entre 0 (toujours à l’om- bre) et 100 (toujours au soleil) caractérise d’une certaine manière la forme et l’orientation des places. Dimension pollution Les résultats des simulations réalisées avec le logiciel EXTRA sont présentés sous forme de graphique sur la figure 5 page suivante. Les niveaux de pollution sont prin- cipalement définis par la ou les rue(s) à trafic dense. Il est à noter que la décroissance du niveau de pollution en fonction de l’éloignement par rapport à la ou les rue(s) émettrices est relativement rapide. Néanmoins, le reliquat au centre des façades donnant sur la place est supérieur au niveau de fond. Sur la figure 5, on remarque que les courbes bleu foncé et fuchsia sont quasiment superpo- sées, cela montre qu’il y a une faible influence de l’orien- tation de la rue par rapport à la distribution de fréquence par direction des vitesses de vent. Fig. 5 : Niveau de pollution le long des façades Nord et Sud de la place Monge par rapport à un niveau de référence (ici 1 000 µg/m 3 de CO) 32 Évaluation multicritères des nuisances et de la perception en milieu urbain Dimension olfactive L’évocation olfactive est presque toujours associée soit à des lieux soit à des moments. M. Crunelle nous offre à ce titre un témoignage olfactif de nombreuses villes [1]. La prise en compte de la perception olfactive d’un espace public nous a donc semblé indispensable dans une opti- que pluridisciplinaire. Les résultats des mesures montrent une différence entre les deux flux piétonniers au niveau de la place Monge†: la concentration de composés organiques volatils (COV) mesurée au niveau d’un piéton est donc légèrement plus élevée lors d’un déplacement le long de la rue Monge (flux 2, voir figure 6) par rapport à un déplacement en diagonale à travers la place (flux 1, voir figure 6). Les résultats relatifs à la Grand’place, présentés en figure 7, montrent que globalement, et sans tenir compte de la variabilité temporelle, les zones 1, 2 et 3 (le long de la rue de la Saussière) présentent les niveaux moyens de COV significativement plus élevés. Un indice I PID20 est déterminé à partir de ces résultats en déterminant la fréquence des pics de COV > 20 ppb. L’indice est plus élevé pour la place Monge (1,2) par rapport à la Grand’place (0,6). Le tableau synthétique présenté en figure 8 donne l’indice IPOG pour estimer le potentiel odorant selon la présence de certaines sources et qui attribue une valeur de 3,4 pour la place Monge (5,1 en jour de marché) contre 1,4 pour la Grand’place, la contribution du trafic étant majo- ritaire dans les deux cas (sauf jour de marché). Odeurs Indice Place Monge Place Monge (marché) Place ZAC Boulogne Trafic IPO,T 3,4 3,4 1,4 Végétal IPO,V 0,1 0,1 0,1 Commerces IPO,C 0,0 5,1 0,3 Miasmes IPO,M 0,2 0,2 0,0 Humaines IPO,H 0,3 0,3 0,6 Global IPOG 3,4 5,1 1,4 Fig. 8 : Synthèse de l’indice de potentiel odorant global IPOG estimé pour les deux places publiques Dimension aéroclimatique La prise en compte des effets du vent dans le confort piétonnier se base essentiellement sur l’échelle de Beaufort. Cette dernière propose une hiérarchisation des forces de vent et présente les effets sur terre et en mer compréhen- sibles par tout le monde (effet visible sur l’environnement). Une vitesse d’air de 3m/s peut sembler être une limite haute pour un lieu de stationnement (terrasse d’un café par exemple). À cette limite sera ajoutée la considération de la turbulence du vent. Une vitesse faible en moyenne mais largement fluctuante peut en effet être perçue comme désagréable. Les cartographies de fréquence de gêne présentent des niveaux de quelques pourcents. La place Monge présente un niveau moyen de fréquence de gêne proche de 1 % en moyenne, avec un maximum de 4%. La Grand’place présente un niveau moyen de fréquence de gêne proche de 2 % en moyenne, avec un niveau maxi- mum de 7% (voir figure 9). Ces différences s’expliquent par la présence des rues de la Saussière qui traverse la Grand’place et le boulevard Jean Jaurès. Les résultats issus des essais en soufflerie permettent de caractériser ces deux places comme confortables vis-à-vis du vent. Fig. 9 : Résultats interpolés en fréquence de gêne pour la Grand’place à gauche et la place Monge à droite Dimension psychosociale L’enquête sur les représentations a fait l’objet de plusieurs types d’analyse sur le même corpus discursif. Pour chacune des questions, nous avons réalisé : - une analyse lexicale qui a permis de dégager des caté- gories d’analyse très fines ; - une analyse de contenu thématique qui a consisté à dégager des macro-catégories, qui englobent davantage de réponses ; - des analyses statistiques qui ont été réalisées sur les résultats des deux précédentes analyses. L’absence de symétrie entre le confort et l’inconfort d’une place qui se traduit par des catégories différentes et un poids différent attribué à des catégories opposées (calme/ bruit ; banc/absence de bancs) suggère que des interven- tions visant à améliorer le confort d’une place ne reposent Fig. 6 : Concentration de COV mesurée place Monge en déplacement selon les trajets piétonniers Fig. 7 : Concentration de COV mesurée Grand’place en déplacement selon six zones caractéristiques 33 Évaluation multicritères des nuisances et de la perception en milieu urbain pas uniquement sur l’éviction des sources d’inconfort (voir figures 9 et 10). De même, ce n’est pas uniquement en éliminant les sources d’inconfort que l’on confère un senti- ment de confort à une place. D. Marchand et K. Weiss ont montré la dissymétrie entre confort et inconfort [2]. La Grand’place de Boulogne : les usagers font une évalua- tion plutôt positive de la place. Le mot le plus fréquent est le mot «agréable» (33%). «Grande» est un terme qui nous intéresse quand on sait que l’espace est une dimension invo- quée pour décrire la représentation du confort. La termino- logie employée pour évoquer la place est descriptive. La place Monge : le discours s’inscrit aussi dans un regis- tre descriptif relatif à l’aménagement. Le terme le plus fréquemment invoqué (40,5%) est le «marché». Les usagers de la Grand’place de Boulogne l’évaluent plus fréquemment de façon positive (68,6%) que les usagers de la place Monge (41,3%). Ces derniers attribuent une valeur négative (41,3%) plus importante à leur place que ne le font les usagers de la Grand’place de Boulogne (17,1%). Ainsi, la Grand’place de Boulogne correspond davantage à la représentation d’une place confortable que la place Monge à Paris. Le graphique de la figure 12 représente l’évaluation globale de chacune des places par ses propres usagers en termes de valeurs attribuées (positive, négative et neutre). Les usagers de la Grand’place de Boulogne et ceux de la place Monge traduisent des attentes relativement proches. Dans les deux cas, les réponses les plus fréquentes relè- vent de dimensions sociales et d’aménagement : - Convivialité (23,8% des sujets pour Boulogne versus 28,6% pour Paris) - Bancs (14,3% des sujets pour Boulogne versus 21,4% pour Paris) - Animation (11,9% des sujets pour Boulogne et Paris). Fig. 12 : Evaluation globale de chacune des places par ses propres usagers en termes de valeurs attribuées. Fig. 13 : Nuage des attentes pour une place Fig. 10 : Nuages des mots obtenus pour décrire une «place confortable» et une «place inconfortable» Fig. 11 : Nuage des mots cités pour décrire les 2 places. En rouge : mots donnés pour Boulogne/En bleu : mots donnés pour Paris. En couleur claire : mots donnés à la fois pour Boulogne et Paris. (Graphiques « Tagcloud » réalisé avec Worldle). La taille de la police est proportionnelle au nombre de fois où le mot a été cité. L’emplacement des mots est « purement esthétique ». Fig. 10 Fig. 11 34 Évaluation multicritères des nuisances et de la perception en milieu urbain Tentative d’évaluation multicritères Dimensions abordées par l’enquête psychosociale Le bruit : Le bruit est l’élément le plus fréquemment évoqué pour décrire la représentation de l’inconfort d’une place. En revanche, in situ, sur la place Monge ou la Grand’place de Boulogne, deux places bruyantes, le bruit n’est pas évoqué pour caractériser les places. L’aménagement urbain : L’aménagement est une dimen- sion majeure du confort surtout en relation avec la qualité de l’assise des bancs et la possibilité de s’assoir. Nous retrouvons ces résultats dans l’enquête de terrain où les attentes exprimées sont fréquentes concernant les bancs. En revanche, l’absence de bancs ne caractérise pas la représentation de l’inconfort qui est structurée par le bruit. Relation sociales : Dans la représentation d’une place, 15,5% évoquent les rencontres ; 14,5%, la foule, 11% l’ani- mation, 10% le monde, 9% la convivialité. La catégorie thématique «sociabilité» qui en découle est importante. En revanche, dès lors que l’on parle d’une place conforta- ble, les éléments de sociabilité ne sont plus aussi impor- tants ; 7,5% invoquent la convivialité et 5,5% l’animation. La foule est un élément d’inconfort pour 10,5%. La dimen- sion du confort n’est pas directement liée au sentiment de confort dans cet espace public. In situ, seuls 7,1% des sujets interrogés à Boulogne décrivent la place comme «vivante», «animée», «conviviale». La place Monge est considérée comme «vivante» par 21,4%, «animée» par 14,5% et «le monde» est évoqué par 7%. La pollution : La pollution est évoquée pour décrire une place inconfortable, mais lors de l’enquête de terrain, le terme de pollution ne revient pas pour décrire les deux places investiguées. Les odeurs : Les odeurs ne sont évoquées que de façon négative. Seuls 7,5% des sujets les mentionnent dans la représentation d’une place inconfortable. L’éclairage : La luminosité a été évoquée par 13,5 % des sujets et l’ensoleillement par 8,5% pour décrire la représentation qu’ils se font d’une place. Seuls 7,5% évoquent le terme sombre pour décrire leur représen- tation de l’inconfort sur une place. Le poids de l’éclai - rage est donc faible dans les dimensions de confort et d’inconfort sur une place et il est nul dans l’évalua- tion des places. La gêne aérothermique : La dimension aérothermique n’est pas exclusivement négative. Ainsi, 22% des sujets évoquent le soleil comme un élément de confort sur une place et 8,5% le terme ensoleillé. Le vent est un élément d’inconfort pour 7,5% et de façon plus globale, 9% souli- gnent des éléments qui caractérisent l’ambiance thermi- que et climatique comme des sources d’inconfort. L’appréciation esthétique : Cette catégorie n’est pas très fréquemment citée. Seul 1% des sujets l’évoquent dans leur représentation d’une place en général et 9,5% des sujets trouvent la Grand’place de Boulogne « jolie ». Synthèse de l’évaluation multicritères des deux places et élaboration de critères Les critères choisis pour chacune des dimensions envi- sagées permettent une évaluation du jugement porté sur chacune des places. Le tableau présenté figure 14 illus- tre une notation possible pour chacun des critères. Cette notation simpliste permet une première appréhension de différents aspects constitutifs de l’ambiance d’une place et de la perception des usagers de cet espace. Fig. 14 : Évaluation des places expérimentées selon une méthode proposée Fig. 15 : Graphique radar de l’évaluation des places expérimentées Conclusion Cette étude pluridisciplinaire, élaborée dans le but d’appré- hender de manière globale la perception d’un espace urbain, nous a permis d’arriver aux conclusions suivantes : - Nous notons l’importance de la variabilité temporelle et donc la nécessité d’envisager des mesures simultanées (mesures physiques et évaluations psycho-sociales) ; - la difficulté de se limiter à un indicateur par discipline. Mais la notation en trois niveaux élaborée permet une plus grande souplesse dans l’évaluation ; - la difficulté de mise en œuvre d’un travail pluridiscipli- naire, malgré la légitimité d’une telle démarche. Références bibliographiques [1] Crunelle M. « L’odeur des villes, 100 témoignages sélectionnés par Marc Crunelle », Presses Universitaires de Bruxelles, coll. « Connaissances sensibles de l’espace », Bruxelles, 42 p. (2002) [2] Marchand D., Weiss K. « Représentations sociales du confort dans le train: vers une conceptualisation de la notion de confort social. » Cahiers Internationaux de Psychologie Sociale n° 84, pp. 107-124, (2009) Bruit Aérothermique Aménagement urbain Esthétique Odeurs Place Monge Grand Place Qualité de l’air Eclairage Interraction sociale 35 n acoustique des salles, les conditions de réflexion aux parois, et leur conséquence sur la propagation acous- tique dans le domaine d’étude, ont largement été étudiées [1,2]. Les travaux menés se sont en particulier intéressés à déterminer les propriétés d’absorption et de diffusion des parois. En revanche, ces propriétés sont encore mal connues en acoustique urbaine. Néanmoins, de nombreux auteurs [3-11] ont montré que la diffusion se produi- sant aux façades, due aux reliefs et différents matériaux rencontrés, ne peut être négligée. Ainsi, pour permettre des prévisions fiables de la propagation sonore en milieu urbain, une meilleure connaissance des valeurs des coef- ficients de diffusion et d’absorption pour des rues typi- ques est nécessaire. La mesure en laboratoire des coefficients d’absorption [12] et de diffusion [13] des façades est difficile à mettre en œuvre en raison de la taille des surfaces considérées. De plus, la mesure in situ est limitée en terme fréquentiel et sensible au bruit de l’environnement [14]. Des métho- des indirectes, mêlant mesures et simulations, ont donc été développées. En comparant des réponses impulsionnelles mesurées sur des maquettes de façades à un modèle simplifié prenant en compte les réflexions spéculaires et diffuses, Ismail et Oldham [10] ont obtenu des coefficients de diffusion infé- rieurs à 0,3 pour les différentes configurations étudiées et pour les bandes de fréquence testées. Néanmoins, la méthode développée est limitée à de faibles valeurs du Évaluation des caractéristiques acoustiques d’une rue à partir de mesures Alexis Billon Université de Liège B28 B- 4000 Liège Belgique E-mail :
[email protected] Judicaël Picaut Laboratoire Central des Ponts et Chaussées Département Infrastructures et Mobilité Route de Bouaye BP 4129 44341 Bouguenais CEDEX E-mail :
[email protected] Résumé La connaissance des propriétés acoustiques des surfaces urbaines (coefficients d’absorption, de réflexion et de diffusion) est fondamentale dans le contexte de la cartographie sonore urbaine. En effet, la plupart des outils de prévision utilisés classiquement, repose sur l’utilisation de l’une ou plusieurs de ces caractéristiques acoustiques comme conditions aux limites des modèles de propagation considérés. Une méthode indirecte associant simulations numériques et mesures in situ est ainsi proposée pour obtenir des coefficients d’absorption et de diffusion réalistes au sein d’une rue. Dans un premier temps, une loi empirique liant la variation du coefficient de diffusion à une variation d’absorption est recherchée. Cette loi permet alors de transformer un problème normalement à deux variables (absorption, diffusion) en un problème à une seule variable (absorption) pour une valeur référence de diffusion. Dans un second temps, la valeur d’absorption est variée afin de minimiser l’écart sur la distribution spatiale du niveau sonore entre les simulations et les mesures. La valeur obtenue associée à la loi empirique permet alors de tester différentes paires absorption/ diffusion présentant la même distribution du niveau sonore. Dans un troisième temps, une paire «optimale», minimisant l’erreur à la fois sur la distribution spatiale du niveau sonore et le temps de réverbération, est alors obtenue. Cette méthode est appliquée ici à une rue de type haussmannien. Les résultats montrent que les coefficients obtenus sont faibles pour l’absorption et relativement élevés pour la diffusion, ce qui cohérent pour des façades principalement composées de pierre et de verre (matériaux peu absorbants) avec de nombreux reliefs et décrochement (diffusion importante). Abstract The knowledge of acoustic properties of urban surface (absorption, reflection and diffusion coefficients) is very important in the framework of the noise mapping in urban areas. Indeed, most of noise prediction tools require the use of such coefficients in the boundary equations of the sound propagation models. An indirect method combining experimental data and numerical simulations is then proposed in order to obtain the absorption and scattering coefficients of an urban street. An empirical relationship is first established, linking the scattering variation to an absorption variation. This relation transforms a problem with two variables (absorption and scattering) into a single variable problem (absorption) for a reference scattering coefficient. Secondly, the absorption coefficient is adjusted in order that the numerical results match the experimental data in terms of sound pressure level distribution. Lastly, the obtained value of absorption, associated with the empirical relation, allows to test different absorption and diffusion pairs presenting the same sound level distribution against the experimental reverberation times. Following this procedure, a coefficients pair minimising the discrepancies both on the sound level distribution and the reverberation time is obtained. This method is here applied to a Haussmaniann street. Results show that the obtained absorption coefficients are weak whereas the scattering is quite high, which is physically consistent as the façades are composed of weakly absorbent materials (stone and glass) and fitted with a lot of recesses and protuberances creating scattering. E 36 Évaluation des caractéristiques acoustiques d’une rue à partir de mesures coefficient de diffusion et requiert au préalable la connais- sance de l’absorption de façades. Onaga et Rindel [11] ont montré quant à eux, pour des rues ayant un rapport hauteur sur largeur inférieur à 1, que le temps de réverbération peut être évalué au travers de la relation d’Eyring [15] pour de faibles valeurs de l’absorp- tion apparente (celle-ci étant la somme des coefficients de diffusion et d’absorption). En utilisant des mesures de temps de réverbération sur maquette [16] et in situ [17], Onaga et Rindel [11] ont ainsi obtenu des absorp- tions apparentes comprises entre 0,15 et 0,2, corres- pondant donc à des réflexions sur les façades majoritai- rement spéculaires. Dans le présent article, nous présentons une méthode permettant de déterminer simultanément les valeurs des coefficients d’absorption et de diffusion. Cette méthode est basée sur une comparaison de résultats de mesures (distribution du niveau sonore et temps de réverbération) avec des simulations numériques réalisées suivant une approche de tir de rayons. La méthode «brute» consiste- rait à tester tous les couples de coefficients (absorption et diffusion) pour un domaine donné, mais serait très coûteuse en termes de temps de calcul. Dans notre approche, une relation empirique est d’abord recherchée afin de trans- former le problème à deux variables (absorption et diffu- sion) en un problème où seule l’absorption est inconnue (la diffusion étant fixée à une valeur de référence). Cette méthode est appliquée la rue de Kervégan, une rue de type haussmannien du centre de Nantes (44) [18]. La section «Configuration étudiée» présente les résultats expérimentaux utilisés et les paramètres numériques. La procédure permettant d’obtenir les valeurs des coef- ficients d’absorption et de diffusion est ensuite décrite au sein de la section «Procédure». Les résultats obtenus pour la rue de Kervégan sont ensuite discutés en section «Résultats et discussions». Enfin, la section «Conclusions» termine cet article. Configuration étudiée Données expérimentales Les mesures ont été effectuées au sein d’une rue piétonne du centre de Nantes, la rue Kervégan (figure 1) de 105 m de long, 18 m de hauteur, 7,90 m de largeur et dont la section est pratiquement constante sur toute sa longueur. Le sol est constitué de pavés et les façades, de type haus- smannien, de pierre et vitrage. L’absorption et la diffusion sont supposées uniforme le long de la rue. La source sonore a été positionnée au centre de la rue, à 50 m de son extrémité et à 1,65 m du sol. Les mesures ont été réalisées tous les deux mètres dans l’axe de la rue à une hauteur de 1,2 m entre 6 m et 48 m de la source (soit 22 positions). À chaque position, le temps de réver- bération (estimé de -5 à -35 dB et noté RTexp) et le niveau de pression sonore normalisé par une référence à 6 m de la source (noté SPLexp) ont été mesurés à 5 reprises, et ce, par bande de tiers d’octave de 500 Hz à 5 000 Hz. En complément, de manière à se focaliser uniquement sur l’effet de la morphologie de la rue, les effets de l’ab- sorption atmosphérique ont été compensés en post-trai- tement. Pour plus de détails sur cette expérimentation, le lecteur pourra se reporter à la référence [18]. Paramètres de comparaison Les simulations numériques ont été réalisées avec un logiciel de tir de rayons large bande Salrev [19]. La confi- guration expérimentale est simulée avec un ciel et des extrémités ayant une absorption égale à 1 (entièrement absorbant). Pour le sol pavé, assimilé à une surface quasi- spéculaire, le coefficient de diffusion est arbitrairement fixé à s g =0,1. Le coefficient de diffusion des façades est noté s ƒ . La même valeur d’absorption est appliquée pour les façades (notée α ƒ ), et le sol (notée αg), les deux surfa- ces étant constituées majoritairement de matériaux acous- tiquement très réfléchissants. Les paramètres de simula- tion suivants ont été utilisés : - 5.107 rayons sont émis depuis une source ponctuelle omnidirectionnelle ; - les récepteurs sont modélisés par des sphères de 1 m de diamètre ; - le pas de temps des échogrammes est fixé à 10 ms ; - le calcul est effectué sur 200 pas de temps (soit 2s de décroissance énergétique) ; - le critère d’extinction des rayons est fixé à -50 dB. Dans un premier temps, il a été vérifié que les décrois- sances sonores étaient caractérisées par une dynamique supérieure à 40 dB. Le temps de réverbération RTsim et le niveau de pression normalisé SPLsim ont été évalués selon des procédures similaires à celles utilisées expé- rimentalement. Fig. 1 : Vues en plan (a) et en coupe (b) de la rue étudiée : ( ) source sonore et (+) positions des microphones Sketches of the studied street: (a) upper view and (b) section view: ( ) sound source and (+) microphones locations 37 Évaluation des caractéristiques acoustiques d’une rue à partir de mesures Critères de comparaison Pour comparer au mieux les mesures et les simulations, deux critères sont utilisés. Pour la distribution spatiale du niveau sonore, la différence moyenne DISCSPL est calcu- lée selon la relation suivante : (1) avec i l’indice de la position considérée. L’indice «test» indique la valeur testée et l’indice «ref» la valeur de réfé- rence (qui peut être le résultat d’une autre simulation ou d’une mesure, voir section Procédure). Le paramètre n=22 désigne le nombre de points de mesures. Pour le temps de réverbération, la différence moyenne DISCRT est évaluée de façon suivante : (2) Procédure La méthode proposée pour obtenir les caractéristiques acoustiques d’une rue peut être décomposée en trois étapes détaillées dans la suite et résumées de la manière suivante : - Une relation empirique (Section Recherche de la rela- tion empirique) est établie pour lier la variation du coeffi- cient de diffusion à une variation du coefficient d’absorp- tion (figure 2a). Cette relation transforme le problème à deux variables (α,s) en un problème à une seule variable (absorption α 15 ) pour un coefficient de diffusion de réfé- rence s ƒ =s 15 =0,15. Cette valeur correspond à la valeur moyenne rencontrée dans la littérature [8,10,11]. Ainsi, toutes les paires de coefficients (α,s) présentent la même distribution du niveau sonore que la paire de coefficient de référence (α 15 ,s 15 ). Enfin une relation empirique α=ƒ(s,α 15 ) est obtenue, exprimant la valeur α en fonction de α 15 et de s, pour une valeur de diffusion de référence s 15 . Au cours de cette étape, uniquement des simulations numé- riques sont réalisées ; - Dans un second temps (Section Coefficient d’absorption), la même procédure est de nouveau employée mais cette fois en comparant des résultats numériques à des données expérimentales (figure 2b). Le coefficient de diffusion des façades s ƒ est fixé à s 15 alors que l’absorption α ƒ est modifiée jusqu’à ce que les résultats numériques soient en accord avec les données expérimentales en termes de distribution spatiale du niveau sonore. Finalement, une valeur α 15 de l’absorption α ƒ est obtenue, minimisant l’écart entre les résultats numériques et les données expé- rimentales en termes de niveau sonore pour chacune des bandes de tiers d’octave considérées ; - En accord avec la première étape, plusieurs paires (α,s) (avec α=ƒ(s,α 15 )) présentent la même distribution spatiale du niveau sonore mais différentes distributions du temps de réverbération. Au cours de cette dernière étape (Section Détermination des coefficients), des simulations sont donc réalisées pour différentes valeurs de diffusion des parois s ƒ et d’absorption α=ƒ(s,α 15 ) en considérant la valeur α 15 obtenue au cours de la seconde étape (figure 2c). Les temps de réverbération obtenus sont alors comparés à ceux mesurés. La paire (α=ƒ(s,α 15 ),s) présentant l’écart le plus faible avec les mesures pour le temps de réverbéra- tion est alors la paire recherchée des coefficients acous- tiques de la rue, notée (α 0 ,s 0 ). La paire (α 0 ,s 0 ), étant opti- male pour la bande de tiers d’octave donnée, les deux dernières étapes de la méthode doivent être répétées pour chaque bande de fréquence. (a) (b) (c) Fig. 2 : Schémas de la procédure proposée. (a) Première étape : détermination d’une loi empirique exprimant un coefficient d’absorption α en fonction de la valeur de référence α 15 (avec sƒ=0,15) et du coefficient de diffusion s. (b) Seconde étape : détermination du coefficient d’absorption α 15 à partir des distributions spatiales du niveau sonore expérimentales. (c) Troisième étape : détermination des valeurs réelles des coefficients d’absorption et de diffusion (α 0 ,s 0 ) à partir des temps de réverbération expérimentaux et de l’absorption α 15 obtenue au cours de la seconde étape. Les deuxième et troisième étapes sont à répéter pour chaque bande de tiers d’octave. Sketch of the proposed method. (a) First step: Determination of the expression of the absorption coefficient α as a function of the reference value α 15 (with sƒ=0.15) and the scattering coefficient s. (b) Second step: Determination of the absorption coefficient α 15 from the experimental sound pressure level distributions. (c) Third step: Determination of the “real” scattering and absorption coefficients (α 0 ,s 0 ) from experimental reverberation time and using the value α 15 obtained at the second step. The last two steps of the procedure must be repeated for each third octave band. 38 Évaluation des caractéristiques acoustiques d’une rue à partir de mesures Recherche de la relation empirique Lorsque la diffusion des façades augmente, l’atténuation spatiale s’accroît [10,11]. L’augmentation de l’absorption se traduit aussi par le même phénomène [11]. Ainsi, il existe plusieurs couples (absorption, diffusion) donnant la même distribution du niveau sonore. En effet, si la diffu- sion augmente, l’absorption doit être diminuée pour obte- nir une distribution du niveau sonore équivalente. Dans la présente étude, le coefficient de diffusion sƒ est fixé à la valeur de référence s 15 =0,15, tandis que le coef- ficient d’absorption est varié entre 0 et 0,7 (figure 2a). En minimisant la valeur de DISC SPL , un coefficient d’absorption α ƒ =α 15 est obtenu pour chaque valeur s du coefficient de diffusion. La paire (α 15 ,s 15 ) génère ainsi la même distribu- tion spatiale du niveau sonore que la paire (α,s). À titre d’illustratrion, la figure 3a montre l’évolution de l’écart DISC SPL en faisant varier le coefficient d’absorp- tion α ƒ , pour deux configurations : (s=0,1 et α=0,1) et (s=0,3 et α=0,1). Dans ces deux exemples, les valeurs d’absorption minimisant l’écart DISCSPL sont respective- ment α 15 =0,09 et 0,12. La recherche du coefficient d’absorption α 15 est ainsi effec- tuée pour dix valeurs de diffusion, de 0 à 1, et pour quatre valeurs d’absorption (α=0,05, 0,1, 0,2 et 0,3). À partir de ces données, il est possible d’interpoler une relation empirique permettant d’obtenir l’absorption équivalente α à partir d’une valeur d’absorption de référence α 15 (pour s=0,15) et de la valeur de diffusion s considérée : (3) Il est important de noter que cette relation est liée à la géométrie de la rue considérée et ne peut donc pas être étendue à d’autres morphologies de rue. Coefficient d’absorption α 15 Le coefficient de diffusion est désormais fixé à s=s 15 =0,15, tandis que seule l’absorption est αƒ modifiée. Comme précédemment, la valeur du coefficient d’absorption α 15 minimisant le critère DISC SPL est recherchée pour chacune des bandes de tiers d’octave par bande de tiers d’octave (figure 2b). La figure 4a présente un exemple de résultat pour la bande de tiers d’octave 2 500 Hz où un minimum est obtenu pour α 15 =0,11. Détermination des coefficients à partir des données expérimentales Au cours de cette dernière étape (figure 2c), la rela- tion empirique (3) permet d’évaluer une valeur du coef- ficient d’absorption α =ƒ(s,α 15 ) à partir de la valeur α 15 évaluée à l’étape précédente et en imposant un coeffi- cient de diffusion s. Différents couples (α,s) sont ainsi évalués, possédant la même distribution spatiale du niveau sonore mais des temps de réverbération diffé- rents. Comme attendu, l’écart DISC SPL reste constant pour les valeurs de diffusion considérées (figure 4b, pour la bande de tiers d’octave 2 500 Hz), alors qu’une valeur de s minimisant l’écart DISC RT peut être obser- vée (figure 4c, pour la bande de tiers d’octave 2 500 Hz). Dans cet exemple, cette valeur correspond à s=0,4 associée à une absorption α=0,07. Ces valeurs corres- pondent donc à la paire de coefficient recherchée (α 0 ,s 0 ) minimisant l’erreur entre les simulations et les données expérimentales à la fois en termes de distribution du niveau sonore et de temps de réverbération. L’accord obtenu entre les simulations numériques et les données expérimentales est alors très bon, tant en termes de niveau sonore (figure 4d), qu’en termes de temps de réverbération (figure 4e). Résultats et discussions Précision de la méthode proposée Durant la campagne de mesures, cinq mesures ont été réalisées successivement à chaque position du micro- phone [18], permettant ainsi de calculer les écarts types obtenus sur les niveaux sonores et les temps de réverbé- ration. Pour évaluer la précision de la méthode proposée, ces écarts types ont été comparés aux écarts DISC SPL et 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 α f D I S C S P L ( d B ) α 15 α 15 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 α 1 5 s s 15 Fig. 3 : (a) Évolution de l’écart DISC SPL en fonction du coefficient d’absorption α ƒ (avec s ƒ =s 15 =0,15) pour deux configurations (—) s=0,1 et α=0,1 ; (- -) s=0,3 et α=0,1. (b) Évolution de l’absorption α 15 en fonction du coefficient de diffusion s pour : (o) α =0,05, (+) α=0,1 (•) α=0,2 et (Δ) α=0,3 (a) Evolution of the discrepancy DISC SPL as a function of the absorption coefficient α ƒ for s ƒ =s 15 =0.15 for two configurations: (—) s=0.1 and α=0.1, (- -); s=0.3 and α=0.1. (b) Evolution of the absorption coefficient α 15 as a function of the scattering coefficient s for: (o) α =0.05, (+) α=0.1 (•) α =0.2 and (Δ) α=0.3 (a) (b) 39 Évaluation des caractéristiques acoustiques d’une rue à partir de mesures DISC RT évalués avec les coefficients (α 0 ,s 0 ) obtenus pour chaque bande tiers d’octave (figure 5). On observe ainsi que l’erreur commise est du même ordre de grandeur que la précision des mesures et suit la même évolution en fonction de la fréquence, ce qui montre la pertinence de la méthode proposée. 0 0.5 1 1.5 2 S P L ( d B ) 500 1000 2000 4000 0 2 4 6 8 10 R T ( % ) Fréquence (Hz) (a) (b) Fig. 5 : Précision de la méthode proposée pour le niveau sonore (a) et le temps de réverbération (b) en fonction de la fréquence : (•) écarts types des données expérimentales et (—) erreurs commises par les simulations effectuées avec (α 0 ,s 0 ). Accuracy of the proposed method on the sound level (a) and on reverberation time (b) as a function of the frequency: (•) standard deviation of the experimental data and (—) discrepancies between the experimental results and the simulations carried out with (α 0 ,s 0 ). Coefficients obtenus pour la rue de Kervégan La figure 6 présente les valeurs des coefficients d’absorp- tion et de diffusion par bande de tiers d’octave pour la rue de Kervégan, obtenues au moyen de la méthode propo- sée. L’absorption (figure 6a) augmente avec la fréquence mais reste assez faible, comprise entre 0,03 et 0,1. Les résultats obtenus sont en très bon accord avec des mesures d’absorption réalisées in situ pour des façades en pierre [20,21]. Concernant la diffusion, les valeurs rencontrées dans la littérature peuvent atteindre 0,3 avec une moyenne proche de 0,15 [8,10,11] alors que les valeurs obtenues (figure 6b) sont plus élevées, comprises entre 0,15 et 0,65 (sauf pour la bande de tiers d’octave 500 Hz). Néanmoins, ces valeurs semblent cohérentes car les façades composant la rue de Kervégan sont constituées de nombreux reliefs et décro- chements, diffusant ainsi les ondes acoustiques. Pour la bande de fréquence 500 Hz, le coefficient de diffusion atteint la valeur extrêmement élevée de 0,95. Néanmoins, cette bande de fréquence est caractérisée expérimentalement par une forte atténuation spatiale du niveau sonore et des temps de réverbération relativement longs. Ces caractéris- tiques impliquent nécessairement une absorption faible et une diffusion importante [11], en accord avec les valeurs obtenues. Par ailleurs, les fluctuations des mesures à cette fréquence sont relativement importantes, limitant la préci- sion des coefficients obtenus. De plus, la longueur d’onde étant de l’ordre de grandeur de la rue, des effets modaux peuvent également se produire [22]. 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 α 0 500 1000 2000 4000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 s 0 Fréquence (Hz) (a) (b) Fig. 6 : Coefficients d’absorption α 0 (a) et de diffusion s 0 (b) obtenus pour la rue de Kervégan en fonction de la fréquence : (•) données expérimentales et (—) résultats de Li et Lai [20] Absorption α 0 (a) and scattering s 0 (b) Coefficients obtained for the Kervégan street as a function of the frequency: (•) experimental data and (—) Li and Lai results [20] 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 α D I S C S P L ( d B ) α 15 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0 5 10 15 20 s D I S C R T ( % ) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 D I S C S P L ( d B ) (c) (b) 0 10 20 30 40 50 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 Distance from the source (m) R T ( s ) −15 −10 −5 0 S P L ( d B ) (d) (e) Fig. 4 : (a) Évolution de l’écart DISC SPL en fonction du coefficient d’absorption α (avec s ƒ =s 15 =0,15) pour la bande tiers d’octave 2 500 Hz. Évolutions des écarts DISC SPL (b) et DISC RT (c) en fonction du coefficient de diffusion s pour la bande tiers d’octave 2 500 Hz. Niveau sonore normalisé (d) et temps de réverbération (e) le long de la rue pour la bande de tiers d’octave 2 500 Hz : (•) données expérimentales et (—) simulations réalisées avec α 0 =0,07 et s 0 =0,4. (a) Evolution of the discrepancy DISCSPL as a function of the absorption coefficient α (for s ƒ =s 15 =0.15) for the 2 500 Hz third octave band. Evolutions of the discrepancies DISC SPL (b) and DISC RT (c) as a function of the scattering coefficient s for the 2 500 Hz third octave band. Normalized sound level (d) and reverberation time (e) along the street for the 2 500 Hz third octave band: (•) experimental data and (—) simulations carried out with α 0 =0.07 and s 0 =0.4. (a) 40 Évaluation des caractéristiques acoustiques d’une rue à partir de mesures Généralisation de la méthode La procédure présentée ici est applicable à d’autres géométries de rue, la première étape étant de détermi- ner une relation empirique du même type que la relation (3), celle présentée dans cet article n’étant valable que pour la rue de Kervégan. Dans cette étude, la valeur de référence du coefficient diffu- sion a été fixée à 0,15, à savoir une valeur de l’ordre de grandeur de celles observées dans la littérature. Le choix d’une autre valeur de référence modifierait nécessairement les coefficients de la relation (3), mais ne changerait pas les valeurs des paires (α 0 ,s 0 ) obtenues au final. Conclusions Une méthode indirecte permettant d’obtenir les caracté- ristiques acoustiques d’une rue a été proposée, combi- nant mesures et simulations par une méthode de tir de rayons. La méthode est basée sur l’établissement d’une relation empirique réduisant le problème avec deux varia- bles (absorption et diffusion) en un problème à une seule variable, l’absorption, pour un coefficient de diffusion de référence. À partir de la mesure des distributions spatia- les du niveau sonore et du temps de réverbération dans une rue, les valeurs optimales des coefficients d’absorp- tion et de diffusion peuvent ainsi être ainsi obtenues. La précision observée des résultats est très bonne, de l’or- dre de l’écart type même des mesures. Pour la rue haussmannienne étudiée, les valeurs du coef- ficient d’absorption sont faibles (entre 0,03 et 0,1) et sont en accord avec l’absorption des matériaux constituant le sol et les façades (pierre et verre). En revanche, la diffu- sion est assez élevée (entre 0,15 et 0,65) mais semble réaliste compte tenu des nombreux reliefs et décroche- ments composant les façades. Cette étude confirme que si les méthodes de prévision considèrent uniquement des réflexions spéculaires, alors les résultats obtenus seront erronés : la prise en compte des réflexions diffuses est donc indispensable pour obtenir des prévisions fiables en acoustique urbaine. Néanmoins, dans le cas d’architectures plus récentes, composées de grandes surfaces planes et uniformes, la diffusion est sans doute plus faible ; la prise en compte de réflexions unique- ment spéculaires pourrait alors être suffisante. D’un point de vue plus opérationnel, la méthode proposée pourrait être appliquée à un échantillon représentatif de rues, ce qui permettrait de constituer une base de données de coefficients d’absorption et de diffusion dépendants du style architectural des façades et la nature du sol. En parallèle, les valeurs obtenues dans cette étude pour les coefficients d’absorption et de diffusion, associées aux résultats expérimentaux de la rue de Kervegan, peuvent constituer également des données référence à destination de la communauté scientifique, en vue de la validation de méthodes de prévision en acoustique urbaine. Remerciements Les auteurs remercient l’ADEME (Agence de l’environnement et de la Maîtrise de l’Energie) pour son soutien financier (convention n°06.04.C.0070) au projet OPALHA. Alexis Billon remercie aussi le FNRS (Fonds de la Recherche Scientifique) pour son soutien financier (convention 2.4.534.09 .F). Références bibliographiques [1] Cox T.J., Dalenback B.-I.L., D’Antonio P., Embrechts J.-J., Jeon J.Y., Mommertz E., Vorländer M. «A tutorial on scattering and diffusion coefficients for room acoustic surfaces», Acta Acustica united with Acustica 92(1), pp 1-15 (2006). [2] Hodgson M. «Evidence of diffuse surface reflections in rooms», J. Acoust. Soc. 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Am. 122(2), pp 537-550 (2002). 41 Contexte post-directive et Grenelle de l’environnement La directive européenne 2002/49/CE relative à l’évalua- tion et à la gestion du bruit dans l’environnement rend obligatoire l’établissement d’une carte du bruit et d’un plan de prévention du bruit dans l’environnement (PPBE). Ces documents prennent en compte les niveaux sonores émis par les infrastructures de transport et les activités industrielles. Ils visent à préserver les espaces urbains calmes et à limiter les zones bruyantes, en évaluant un ensemble d’actions prioritaires. Une information auprès des riverains est tenue régulièrement sur l’évolution des situations sonores. Les collectivités locales comptant plus de 250 000 habi- tants sont aujourd’hui engagées dans le suivi de leur PPBE. Celles de plus de 100 000 habitants doivent mettre en œuvre une démarche identique pour juin 2012. Les moyens privilégiés pour la mise en œuvre d’un suivi rigoureux et performant de ces situations reposent sur la surveillance en continu des territoires urbains [1]. Contrat entre l’Etat, les collectivités territoriales, les syndi- cats, les entreprises et les associations, le Grenelle de l’en- vironnement vise la mobilisation de la société française pour inscrire son développement dans une perspective durable. Les cartes de bruit, PPBE et autres surveillances acoustiques urbaines contribuent à la réalisation de ses objectifs. Sur la base de deux exemples opérationnels, nous abor- derons les objectifs d’un réseau permanent de bruit, les enjeux de la surveillance où des démarches globale et locale se complètent, la publication de données mesurées par une station en continu et les innovations en matière de surveillance pour répondre aux besoins des décideurs. Le réseau permanent de mesure du bruit La mise en œuvre du réseau permanent de mesure du bruit est le résultat d’un partenariat entre la communauté urbaine du Grand Lyon et Acoucité. Il fait suite à une proposition émise en 2002, de travailler sur un projet d’observatoire des bruits de l’environnement à l’échelle de l’aggloméra- tion lyonnaise. Suite au lancement d’un marché en 2005 pour l’acquisition de système de mesure, 01dB-Metra- vib a été retenu en tant que prestataire et fournisseur de stations de surveillance Oper@. À ce jour, une vingtaine de stations de mesure sont installées sur site, complé- tées par un ensemble d’équipements mobiles et fixes diversifiés (radars de comptages, stations météorologi- ques, sonométrie autonome, équipements d’enregistre- ment audios…). Le choix des implantations est basé sur un principe de diversité et de représentativité des diffé- rentes ambiances sonores rencontrées sur le territoire de l’agglomération. La surveillance acoustique des villes, un enjeu en adéquation avec le Grenelle de l’environnement Bruno Vincent Acoucité 59, avenue Lacassagne 69003 Lyon E-mail :
[email protected] Julie Vallet Grand Lyon 20, rue du lac 69003 Lyon E-mail :
[email protected] Stéphane Bloquet, Christine Aujard 01dB-Metravib 200, chemin des ormeaux 69578 Limonest E-mail :
[email protected],
[email protected] Résumé La directive européenne 2002/49/CE relative au bruit dans l’environnement conduit les agglomérations à dresser un état des lieux des situations acoustiques existantes au moyen de cartographies du bruit et à s’engager sur des plans d’actions adaptés. Il s’agit ainsi de définir puis de mettre en œuvre un ensemble de solutions permettant de traiter les zones bruyantes et de prendre en compte les espaces calmes de l’environnement local. Cette démarche harmonisée se déroule actuellement en Europe, avec une obligation d’information vis-à-vis des populations. Elle s’appuie sur d’importants moyens humains mobilisant les services techniques des collectivités territoriales, les gestionnaires de transport, les acteurs de l’environnement… et des moyens matériels basés sur des outils de simulation qui peuvent être complétés par des réseaux de mesure acoustique. Pour illustrer très concrètement les diverses étapes opérationnelles abordées dans le cadre de cette démarche en cohérence avec la directive européenne, cet article présente quelques cas d’étude menés dans le cadre de l’observatoire du bruit articulés avec le plan d’actions, notamment sur l’agglomération lyonnaise. De nouvelles pistes d’approches de la surveillance du bruit sont également proposées pour répondre aux besoins des villes. (Première publication lors du 10e Congrès Français d’Acoustique Lyon, 12-16 avril 2010) 42 La surveillance acoustique des villes, un enjeu en adéquation avec le Grenelle de l’environnement Plusieurs critères de sélection ont alors été pris en compte : - Diversité des centres urbains (Lyon et Villeurbanne), première et seconde couronne de l’agglomération, en fonction notamment du nombre d’habitants ; - Diversité des situations sonores liées aux trafics routier, ferroviaire et aérien, et aux activités humaines (loisirs, commerce, activité…) ; - Diversité des échelles de temps : certaines stations métro- logiques ont vocation à mesurer les niveaux sonores sur une durée indéterminée, notamment pour rendre compte de l’évo- lution globale du bruit, alors que d’autres sont basées sur une échelle de temps de quelques années pour rendre compte des évolutions liées à de grands projets urbains (créations ou modification de voiries, création de parcs urbains…). Les résultats fournis par l’interface internet sur le site de l’Observatoire du bruit relèvent de plusieurs principes : - valeurs par stations de mesure, - valeurs à l’échelle du jour, du mois ou de l’année, - valeurs statistiques reprenant les principaux indices décrits dans les réglementations française et européenne, - valeur « de référence » constituée par la moyenne des résul- tats afin de pouvoir comparer les stations entre elles, - valeurs avec un décalage d’une semaine afin d’assurer une validation des données (pannes, erreurs…). Fig. 1 : Localisation des stations de mesure sur le territoire du Grand Lyon Fig. 2 : Exemple de résultats publiés sur le site de l’Observatoire du bruit : www.acoucite.org Cet observatoire du bruit basé sur la mesure permanente compte répondre à plusieurs objectifs : - Compléter la démarche organisée autour des outils de carto- graphies du bruit [2,3] (http://www.grandlyon.com/Bruit/), des outils d’évaluation de la perception du bruit et d’une démarche d’enregistrement des ambiances sonores, - Apporter une information publique sur l’état actuel et sur les évolutions, avec une lecture « relative » des différen- tes ambiances sonores rencontrées sur un territoire aussi diversifié que celui d’une agglomération, - Anticiper, suivre et capitaliser les connaissances lors de la réalisation des grands projets, - Faciliter la connaissance, donc la maîtrise et la mutuali- sation des effets des transports en matière de bruit mais aussi de pollution, d’impact paysager… Mais un observatoire du bruit représente aussi des diffi- cultés opérationnelles, notamment en termes de possibi- lités d’implantation (autorisations de pose sur le domaine public), de communication des données (volume des trans- ferts) et d’alimentation en énergie. Exemple de gestion d’un projet de desserte ferroviaire entre Lyon et Bourg en Bresse : un enjeu global confronté à un enjeu local Comment une réponse métrologique vient-elle étayer une démarche participative ? Le caractère « exemplaire » de ce projet se situe dans la démarche collaborative des différents acteurs impliqués. En effet, la finalité vise à rendre compte de la façon dont un projet d’augmentation du trafic sur une voie ferrée peut devenir un projet respectueux de l’environnement sonore et co-construit avec l’ensemble des acteurs qui est : - Les élus et les techniciens de la commune concernée ; - Les services techniques de RFF et de la SNCF ; - Une association de riverains ; - Un bureau d’étude spécialisé en acoustique ; - et un observatoire du bruit à l’échelle de l’aggloméra- tion lyonnaise. La ligne ferroviaire entre Lyon (69) et Bourg en Bresse (01) devrait connaître une augmentation du trafic afin de répon- dre aux besoins de déplacements croissants sur un mode jugé plus respectueux de l’environnement que les déplace- ments individuels motorisés. Dans ses recommandations, le commissaire enquêteur a préconisé, notamment à partir des éléments apportés par une association de riverains, la prise en compte du bruit à cause de la présence d’ha- bitations à proximité des voies. L’association de riverains prend alors contact avec Acoucité afin de se «préparer» aux réunions techniques. Une «pédagogie» à l’acoustique est mise en place au travers de ses dimensions physiques, réglementaires et de santé. Plusieurs réunions ont ensuite eu lieu où RFF et la SNCF présentent les différentes varian- tes de solutions mises en œuvre : écrans acoustiques de faible hauteur, renouvellement du matériel roulant, isola- tion de façades aux lieux les plus critiques… Ces réunions mettent en évidence deux tendances anta- gonistes : - Une forte inquiétude sur le devenir acoustique des lieux, que les résultats des études techniques basées sur la 43 La surveillance acoustique des villes, un enjeu en adéquation avec le Grenelle de l’environnement modélisation ne réussissent pas toujours à lever d’une part, et d’autre part, - Une confiance réciproque entre les différents acteurs qui a besoin de se construire. Dans le cadre de la démarche d’observatoire, indépen- damment des études techniques et des mesures réali- sées par le bureau d’étude, une campagne de mesure est programmée en divers points choisis par les rive- rains. Une station de référence est envisagée pour des mesures sur une longue durée, pendant le déroulement des travaux et après les travaux lorsque la ligne ferro- viaire sera mise en exploitation. La station métrologique est installée en façade d’habitation du président de l’as- sociation. Les résultats sont régulièrement communiqués aux riverains et des rapports spécifiques sont adressés conjointement à la mairie, à l’association et à RFF. Au travers d’une interface développée en interne, l’ensem- ble des acteurs peut suivre les niveaux de bruits journa- liers sur le site de l’observatoire. Fig. 3 : Station de mesure installée en façade et réunion du comité de suivi du projet (riverains et élus) En complément aux mesures, l’association de riverains a réalisé une enquête auprès des habitants directement expo- sés à l’impact de la voie ferroviaire, qui a montré que : - La diminution des niveaux de bruit par rapport à la situa- tion initiale est perçue par environ 2/3 des répondants. - Cette baisse est principalement liée aux changements de matériel roulant. - Il n’y a pas de dégradation de l’espace visuel après la mise en place de micro-écrans. - L’augmentation du nombre de trains, ainsi que les vibrations, est perceptible par environ la moitié des répondants. Cette enquête laisse apparaître une perception plutôt positive des évolutions, avec quelques réserves sur les vibrations, mais aussi sur les vitesses des trains. Cet état de «consensus» est toujours fragile : effectivement, les riverains peuvent s’inquiéter d’une augmentation possible des vitesses et du nombre de trains, mais aussi émettre des réserves sur l’efficacité des écrans acoustiques, et sur la pérennité des propriétés acoustiques des équipe- ments (infrastructures et matériel roulant…). Pour ces raisons, il apparaît primordial d’assurer un suivi acoustique sur les moyen et long termes et de conserver une instance de dialogue. La station de mesure déposée chez le riverain restera en exploitation continue (consul- tation en ligne) sur plusieurs années et constituera alors un élément clef du débat citoyen autour d’une infrastruc- ture de transport. Exemple de publication d’une station de surveillance «long terme» Cette station métrologique permet l’observation de l’évo- lution du niveau sonore aux abords d’une rocade de l’ag- glomération lyonnaise. L’observation des données des comptages routiers nous indique une régression du trafic routier global sur la rocade depuis 2007 sans impact en termes de poids lourds, ainsi que la diminution des vites- ses réglementaires des poids lourds (90 km/h à 70 km/h depuis mars 2008) sur cet axe. La conjugaison de ces deux paramètres n’influe pas sur les situations acousti- ques moyennes mesurées en 2008 et 2009. Si l’on analyse de manière détaillée les évolutions tempo- relles des niveaux sonores, une variabilité apparaît selon le mois considéré (décembre et juillet étant respective- ment les mois les plus et les moins bruyants de l’année 2009). Cet écart de situation sonore se trouve d’autant plus marqué que le point de mesure se rapproche d’un lieu où l’activité saisonnière est importante [4]. Période en dB(A) 2008 2009 Jour (6h-18h) 68 68 Soirée (18h-22h) 68,5 68 Nuit (22h-6h) 64,5 64,5 LDen 72 72 Mois le plus bruyant décembre 2009 LDen 73dB(A) Mois le moins bruyant juillet 2009 LDen 71dB(A) Fig. 4 : Exemple de résultats publiés sur le site de l’observatoire du bruit 44 La surveillance acoustique des villes, un enjeu en adéquation avec le Grenelle de l’environnement Innovations complémentaires à la surveillance pour répondre aux besoins des décideurs De nombreux gestionnaires ont recours à la surveillance du bruit dans l’environnement basée sur les systèmes de mesure. Deux innovations paraissent aujourd’hui répondre à leurs besoins : la mise à disposition des données métrologiques et la reconnaissance automatique des sources de bruit. Solution locative de surveillance acoustique, l’offre 01dB Web Monitoring À première vue, la mise en place d’un système de surveillance n’est pas plus compliquée que l’installation d’un sonomètre pour une mesure de courte durée. Cependant, la communi- cation des données représente un paramètre supplémentaire important. En effet, le bon fonctionnement d’un système de surveillance nécessite de créer une liaison téléphonique entre chacune des stations et le serveur des données. L’expérience acquise grâce aux nombreuses surveillan- ces Oper@ a permis de contourner un grand nombre de problèmes techniques liés au transfert des données comme l’intégration dans un système client impliquant de nombreux échanges avec l’administrateur réseau. De plus, les surcoûts financiers liés par exemple à la mise en place et la gestion d’un serveur de données ou d’une ligne télé- phonique dédiée doivent être pris en considération. L’offre locative a alors un objectif clairement identifié : appor- ter une aide aux développements d’activités de surveillance acoustique sur la base de l’expertise de données fiables et métrologiques du gestionnaire des sites urbains, aéropor- tuaires, industriels…. Elle comprend en général : - Une station de mesure communicante ; - La mise à disposition des données sous différentes formes : dans le logiciel de traitement, sous forme de rapport automatique, publication sur un site web ; - L’alerte en temps réel sur seuils acoustiques ; - L’assistance téléphonique ; - La maintenance dans des délais courts. Il est aussi possible d’envisager les interventions in situ pour la maintenance corrective, l’installation et le démon- tage des systèmes de mesure. La reconnaissance automatique de sources sonores avec le logiciel OSSR Les pratiques de surveillance de l’environnement condui- sent à des mesures longues durées durant lesquelles l’opé- rateur intervient à distance. L’identification des diverses composantes sonores reste néanmoins fondamentale. Comment distinguer et reconnaître les sources de bruit dans une ambiance acoustique complexe ? Fig. 5 : Publication des évolutions mensuelles des indicateurs de bruit Lden et LAeq (jour, soirée, nuit). www.01db.com Les logiciels de reconnaissance permettent de reconnaître les évènements sonores et de discriminer automatique- ment la nature des sources de bruit, parfois même dans des conditions difficiles pour l’oreille humaine [5]. Complémentaire aux stations de mesure, le logiciel OSSR (Orelia Sound Source Recognition) réalise la reconnaissance automatique des sources de bruit (routier, ferroviaire, d’avi- ons). À partir des données audio enregistrées sur site, les apparitions de sources spécifiques peuvent être détectées sans contrainte de niveau acoustique et lors de multi-expo- sition sonore en détectant la source de bruit dominante. Le traitement de nombreux fichiers de données peut être réalisé automatiquement. Il consiste en une analyse succes- sive des enregistrements. Testé sur des bases de données de plusieurs milliers d’échantillons sonores, le taux de détec- tion correct de sources s’avère supérieur à 95%. Conclusion L’intérêt de la surveillance continue long terme dans le cadre d’un observatoire du bruit est fondamental vis-à-vis des enjeux du développement durable. Un réseau permanent de mesure du bruit basé sur un système de surveillance acoustique répond parfaitement aux exigences et aux contraintes des probléma- tiques nouvelles de gestion de l’environnement sonore, dans un contexte urbain complexe. La réponse métrologique vient étayer les démarches participatives locales, où les innovations en matière de surveillance en termes de mises à disposition de données, de publication de résultats, de reconnaissance automatique des sources sonores constituent de réelles avan- cées pour les décideurs. Un réseau permanent de mesure du bruit devient donc une brique complémentaire à un observa- toire du bruit (basé sur la cartographie et la caractérisation des ambiances sonores). Le réseau permanent du bruit œuvre pour l’application d’une politique globale basée sur l’informa- tion du public en toute transparence et contribue à la recher- che d’une amélioration du cadre de vie. Références bibliographiques [1] Aujard C., Faiget L., Plassat B., Bloquet S. “Processing of long-term acoustic measurements”, Acoustic’08, Paris, juillet 2008. [2] Vincent B., Lambert J. “Informing and communicating on noise in the light of research work relating to Greater Lyon”. Workshop on Presenting Noise Mapping Data to the Public, London, Thursday 5th October 2006. [3] Vincent B., Lambert J. “Complementarity between noise monitoring, noise mapping, noise recording and perception survey” International journey of mobility acoustics, 28-28 august 2008, Escola politecnica, Sao PAULO, Brasil. [4] Vincent B., Fradet F. et collectif « Développement d’un réseau permanent de mesure des bruits de l’environnement à l’échelle des agglomérations. Guide opérationnel » Version 2. Publié avec le soutien de l’Ademe et du MEEDDEM, Lyon, mars 2009. [5] Defreville B., Bloquet S., Filippi G., Aujard C. “La reconnaissance automatique de sources sonores dans l’environnement”, CFA10, Lyon, avril 2010. Remerciements Nous remercions plus particulièrement pour leur active partici- pation à la démarche conduite sur la ville de Rillieux la Pape : - M. Stéphane Fitoussi, adjoint au maire délégué à l’environ- nement ; - Mme Catherine Vial, responsable du service développe- ment durable ; - M. Christian Bordonne, Comité d’Environnement. 45 es mécanismes de génération du bruit de roulement ferroviaire sont bien connus notamment grâce aux travaux de D.J. Thompson [1] sur lesquels est basé le logiciel TWINS [2]. Le bruit engendré par des défauts de surface sur la roue et/ou sur le rail, le bruit d’impact, est moins connu et il existe peu de références sur sa caractérisa- tion expérimentale. Le développement d’un modèle temporel de bruit de roule- ment permet d’élargir la modélisation à celle du bruit d’im- pact. La plupart des travaux concernant le bruit des points singuliers sur la roue et/ou le rail tiennent compte de l’in- fluence du défaut à travers les données d’excitation d’en- trée et la géométrie des structures. Par exemple, les modèles de rail en présence d’un joint (figure 2 page suivante) restent les mêmes que dans le cas de longs rails soudés (figure 1). Le joint de rail est repré- senté dans les données de rugosité par un pic négatif de la profondeur du joint (voir par exemple [3]). L’essai en situation réelle, dont certains résultats sont présentés dans ce papier, avait pour premier objectif de vérifier que les hypothèses de modélisation des points singuliers, comme les joints de rail ou les méplats sur la roue, sont valides. Dans le cas contraire, la modé- lisation du rail en présence d’un joint demanderait un modèle vibratoire différent de celui d’un long rail soudé. Cet essai permet aussi de fournir des données d’alimen- tation et de validation du modèle temporel développé pendant la thèse. Fig. 1 : Longs Rails Soudés Afin de pouvoir analyser les mesures au passage du train d’essai, des mesures de caractérisation de la voie ont été effectuées. En particulier, la rugosité de surface, la récep- tance, et donc le taux de décroissance, ont été mesurés. Les wagons du train d’essai étaient des wagons à essieux simples, de type L5, afin de pouvoir différencier au maxi- mum les contributions de chaque roue. Deux essieux ont été sélectionnés pour leur surface régulière, c’est-à-dire sans défaut. Sur l’un des deux, un méplat a été créé arti- ficiellement (figure 3 page suivante) tandis que l’autre est l’essieu de référence pour l’essai. Caractérisation expérimentale du bruit de roulement et du bruit d’impact Virginie Delavaud, Franck Poisson SNCF-DIR 45, rue de Londres 75379 Paris E-mail :
[email protected],
[email protected] Christophe Gérault SNCF-AEF 21, avenue du Président Allende 94407 Vitry sur Seine E-mail :
[email protected] Résumé Le bruit de roulement est la principale source de bruit des transports ferroviaires, pour un large intervalle de vitesses. Il est donc essentiel pour la SNCF de comprendre les mécanismes de génération de celui-ci. Jusqu’à maintenant la SNCF utilisait le logiciel TWINS (Track Wheel Interaction Noise Software), basé sur une approche fréquentielle, pour prédire le bruit de roulement. Bien que très efficace dans les cas de voies ballastées standard, en ligne droite, ce logiciel est limité aux roues et aux rails sans défaut important. Une approche temporelle a donc été envisagée, à travers des travaux de thèse, pour étendre la modélisation du bruit de roulement à celle du bruit d’impact, dû aux discontinuités sur l’une et/ou l’autre des deux structures. Dans le cadre de cette thèse, un essai en situation réelle a été réalisé avec l’Agence d’essai ferroviaire (AEF). Deux sites de mesures ont été installés sur la voie sélectionnée pour l’essai ; le premier sur une zone équipée de longs rails soudés ou LRS et le second sur une zone avec un joint de rail (JR). De plus, certains essieux du train d’essai ont été spécialement sélectionnés pour leur défaut de surface (méplat, faux-rond, écaillage). Nous présentons d’abord le résultat d’une analyse de corrélation des différentes lignes de rugosité, mesurées en parallèle sur la roue et le rail. Puis nous présentons une comparaison entre l’excitation due à la rugosité et la réponse vibratoire du rail sur le site de mesure LRS. L’influence du choix de la ligne de rugosité mesurée sur le bruit de roulement sera évaluée. Les cas d’une roue sans défaut et d’une autre présentant un méplat seront traités. Enfin, le bruit au passage d’un joint de rail sera quantifié dans différentes situations. L 46 Seule la rugosité des roues sélectionnées a été mesurée pour caractériser le train d’essai. Au total, 13 passages de train à différentes vitesses ont été mesurés : 6 à 80 km/h, 5 à 60 km/h et 2 à 70 km/h. Seuls les résultats des passages à 80 km/h sont présentés ici. Dispositif expérimental Site de l’essai Le site de l’essai est situé sur la ligne Amiens-Compiègne. Cette voie est non électrifiée et limitée à 100 km/h. Malgré ces restrictions, elle a été sélectionnée car elle contient à la fois une partie équipée de long rails soudés (LRS) et une partie présentant des rails à barres courtes séparées par des joints de rail (JR). De plus, l’environnement dégagé est idéal pour des mesures acoustiques. Mesures au passage du train Les mesures au passage du train permettent de caracté- riser les comportements acoustiques et vibratoires des roues et de la voie. Sur le site LRS, 18 capteurs d’accélération ont été utilisés sur les 6 travées sélectionnées (voir figure 1). Sachant que la longueur des travées est d’environ 0,6 m et que le périmètre des roues équivaut à environ 3 m, l’équipe- ment de 6 travées permet de mesurer un tour de roue complet. Par conséquent, l’influence d’un défaut de roue peut être quantifié à chaque passage. Chaque travée est équipée d’un accéléromètre vertical et d’un accéléromè- tre latéral sur le rail. La vibration des traverses séparant les travées a aussi été mesurée par des accéléromètres verticaux. Sur le site JR, les deux travées encadrant le joint de rail sont chacune équipées d’un accéléromètre vertical et d’un accéléromètre latéral (voir figure 2). Les 4 traverses encadrant le joint de rail sont elles aussi équi- pées d’un accéléromètre vertical. Sur chaque site de mesure, 3 microphones ont été utili- sés : le premier proche du rail, le deuxième à hauteur de la roue mais suffisamment éloigné pour respecter les règles de gabarit et le troisième à 7,5 m de la voie, placé à une hauteur de 1,2 m par rapport à la surface du champignon du rail. Ce dernier microphone respecte le protocole de mesure de bruit au passage spécifié dans la norme NF EN ISO 3095. Dans ce papier, seuls les résultats de ce microphone sont exploités. De façon à pouvoir localiser le passage de chaque roue dans les mesures au passage du train d’essai, chaque site est équipé d’une pédale de détection d’essieux (que l’on peut distinguer près du second rail de la voie sur chaque figure 1 et 2). Analyse des mesures de rugosité La caractérisation de la rugosité de surface sur la roue et le rail permet de répondre à deux objectifs importants. Le premier est évidemment de quantifier l’excitation au passage du train et de pouvoir faire des comparaisons entre l’amplitude du bruit au passage et l’amplitude de rugosité dans les différentes gammes de fréquence. Un modèle temporel de bruit de roulement offre la possi- bilité d’utiliser les données spatiales de rugosité, plutôt qu’une estimation spectrale de ces dernières comme c’est le cas pour le logiciel TWINS. Le second objectif est d’ana- lyser les données de rugosités spatiales mesurées. Néanmoins, certaines précautions doivent être prises. Les instruments de mesure de rugosité ne peuvent pas quantifier l’état de la surface totale de la bande de roule- ment mais seulement des lignes mesurées en parallèle. Il est donc essentiel de mesurer suffisamment de lignes pour pouvoir extrapoler un état global reflétant celui de la surface réelle. De plus, l’utilisation des données spatia- les de rugosité comme paramètres d’entrée d’un modèle temporel demande une mesure en continu de l’état de surface du rail d’une longueur équivalente à la longueur de voie simulée. Nous présentons ici une analyse de corrélation des lignes mesurées en parallèle pendant l’essai puis une estimation spectrale par bande tiers d’octave. L’analyse de corrélation permet d’évaluer la nécessité de mesu- rer plusieurs lignes en parallèle. Caractérisation expérimentale du bruit de roulement et du bruit d’impact Fig. 2 : Joint de rail Fig. 3 : Méplat 47 Les coefficients de corrélation entre les lignes de rugo- sité mesurées ont été estimés grâce au rapport entre la covariance de deux lignes et le produit des écarts-type de chaque ligne. L’estimation spectrale des lignes de rugosité permet de faire des comparaisons avec celle de l’accélération verticale du rail et du bruit au passage du train. Aucun traitement de la mesure n’a été effectué avant l’estimation des spectres, ni suppression de pics liés aux particules de matières étrangères présentes sur le rail ni traitement de courbure prenant en compte le rayon de la pointe du capteur. L’estimation du spec- tre bande fine a été effectuée en utilisant un périodo- gramme moyenné (méthode de Welch) et une recom- binaison en tiers d’octave. Rugosité du rail La rugosi té du rail a été mesurée avec le trol - ley CAT (Corrugation Analysis Trolley), de la société RailMeasurement, afin de répondre à la demande d’une mesure en continu sur plusieurs mètres. La rugosité a été mesurée sur 100 m sur le site LRS, et sur 20 m de part et d’autre du joint sur le site JR, en commençant depuis le joint. Sur les deux sites, plusieurs lignes en parallèle espacées de 2 mm ont été mesurées sur la bande de roulement. Le pas d’échantillonnage de la mesure était de 1 mm, correspondant par conséquent à une fréquence d’échan- tillonnage de 1 000 m -1 . Mesures sur le site LRS et analyse de corrélation Fig. 4 : Rugosité spatiale (_m) mesurée sur le site LRS Sur le site LRS, on analyse les 4 lignes de rugosité mesu- rées sur la bande de roulement qui est comprise entre 34 et 40 mm depuis la face interne de rail. Les résul- tats présentés correspondent à l’analyse de la rugosité des travées équipées de capteurs, extraite des 100 m mesurés. La figure 4 montre la rugosité spatiale obtenue ; les mesures étant recalées par rapport au premier échan- tillon mesuré (la rugosité au point 0 est nulle partout). Les lignes de rugosité sont différentes, mais suivent une tendance globale similaire. Cette observation est confirmée par l’analyse de corrélation illustrée par le tableau 1. Tous les coefficients de corrélation croisée sont compris entre 0,56 et 0,73. Cela traduit un lien entre chaque ligne de rugosité, mais ne permet pas de conclure sur une rela- tion linéaire entre celles-ci. Dans le cas présent, la mesure de toutes ces lignes est nécessaire à l’évaluation de la surface réelle du rail. l 1 l 2 l 3 l 4 l 1 1 0,56 0,58 0,73 l 2 1 0,67 0,67 l 3 1 0,7 l 4 1 Tabl. 1 : Coefficients de corrélation des lignes de rugosité mesurées sur le site LRS, li dénotant la ligne i Mesures sur le site JR et analyse de corrélation Fig. 5 : Rugosité spatiale (µm) mesurée sur le site JR Sur le site JR, on analyse les 4 lignes de rugosité mesu- rées sur la bande de roulement qui est comprise entre 32 et 38 mm depuis la face interne de rail. Les résul- tats présentés correspondent à l’analyse de la rugo- sité sur 2 m en partant du joint, du côté de la direction Compiègne, extraite des 20 m mesurés (à droite du joint sur la photo 2). La partie du côté de la direction Amiens n’est pas présentée ici. La figure 5 montre la rugosité spatiale obtenue. On observe que la mesure de certaines lignes présente des oscilla- tions de très petites longueurs d’onde dues probablement à des rebonds de la bille codeuse du trolley. On peut néan- moins faire les mêmes remarques que pour la rugosité sur le site LRS : les lignes de rugosité sont différentes mais suivent une tendance globale similaire, confirmée par l’analyse de corrélation du tableau 2. l 1 l 2 l 3 l 4 l 1 1 0,9 0,88 0,78 l 2 1 0,88 0,75 l 3 1 0,8 l 4 1 Tabl. 2 : Coefficients de corrélation des lignes de rugosité mesurées sur le site JR, li dénotant la ligne i Caractérisation expérimentale du bruit de roulement et du bruit d’impact 48 Comparaison spectrale de la rugosité mesurée sur le site LRS et le site JR Fig. 6 : Comparaison des spectres Tiers d’octave (dB ref. 1 µm) de la rugosité sur LRS et JR; -ο- LRS, -■- JR Amiens, -◆- JR Compiègne La figure 6 montre les spectres tiers d’octave de la rugosité mesurée sur les travées du site LRS et de part et d’autre du joint de rail (JR, Amiens et JR, Compiègne). On remarque 2 pics importants, présents sur les 3 spec- tres, dans les tiers d’octave 0,0315 m et 0,016 m. Ces deux pics correspondent à des stries d’un meulage du rail, effectué juste avant l’essai. Grâce à la relation reliant une fréquence, en Hz, au rapport entre une vitesse et une longueur d’onde, ces deux pics de rugosité correspondent aux fréquences 635 Hz et 1 250 Hz, respectivement, pour une vitesse de 20 m/s, c’est-à-dire de 80 km/h. On verra plus loin que l’on observe des pics à ces deux fréquen- ces tant dans le spectre d’accélération verticale du rail que dans le bruit au passage. Rugosité de la roue Le principe de mesure de la rugosité des roues a été développé par l’AEF. Six capteurs de déplacement, espa- cés de 5 mm, sont montés sur un support fixé au rail. L’essieu est soulevé afin de pouvoir faire tourner la roue manuellement. Une série de mesures procure donc 6 lignes de rugosité. Afin d’obtenir un espacement plus fin entre les lignes de rugosité, deux séries de mesures ont été effectuées. Au total 12 lignes de rugosité sont obtenues comprises entre 62,5 et 90 mm depuis la face interne de la roue. Ici, seules les 6 lignes de la première série de mesures, comprises entre 65 et 90 mm depuis la face interne de la roue, sont analysées. Le pas d’échan- tillonnage de la mesure était de 0,5 mm, correspondant par conséquent à une fréquence d’échantillonnage de 2 000 m_1. Les données analysées ici correspondent à environ 2 tours de roues. Mesures sur la roue de référence et analyse de corrélation La figure 7 montre la rugosité mesurée sur la roue de réfé- rence pour l’essai. Les lignes sont pratiquement équiva- lentes excepté l’amplitude des creux et des bosses où l’on observe de légères différences. Fig. 7 : Rugosité spatiale (µm) mesurée sur la roue de référence L’analyse de corrélation (table 3) montre que toutes les lignes mesurées sont linéairement dépendantes les unes des autres. On peut donc en conclure qu’il suffit de ne mesurer que quelques lignes pour caractériser l’ensem- ble de l’état de surface de cette roue. Par exemple, une mesure au centre de la bande roulement et deux autres à ses extrémités suffisent pour vérifier la corrélation. l 1 l 2 l 3 l 4 L 5 L 6 l 1 1 1 1 1 1 0,99 l 2 1 1 1 0,99 0,99 l 3 1 1 1 0,99 l 4 1 1 1 l 5 1 1 l 6 1 Tabl. 3 : Coefficients de corrélation des lignes de rugosité spatiale mesurées sur la roue de référence, li dénotant la ligne i. Mesures sur la roue avec un méplat et analyse de corrélation La figure 8 montre le profil de rugosité de la roue avec un méplat. Ce dernier est facilement identifiable par un creux très profond à chaque tour de roue. Ce méplat est présent sur les lignes 3, 4 et 5. Fig. 8 : Rugosité spatiale (µm) mesurée sur la roue avec un méplat Caractérisation expérimentale du bruit de roulement et du bruit d’impact 49 Le tableau 4 montre une forte corrélation entre lignes mesurées. Néanmoins, on ne peut pas conclure de la même façon que pour la roue de référence. En effet, lors- que la roue contient un défaut de surface, il est néces- saire de mesurer un nombre suffisant de lignes de rugo- sité afin de bien caractériser le défaut. Dans le cas d’un méplat, par exemple, les 12 lignes mesurées sont néces- saires pour évaluer la position, la surface et la profon- deur du défaut. l 1 l 2 l 3 l 4 L 5 L 6 l 1 1 0,98 0,99 0,96 0,96 0,97 l 2 1 0,95 0,9 0,92 0,98 l 3 1 0,98 0,98 0,95 l 4 1 0,99 0,91 L 5 1 0,92 L 6 1 Tabl. 4 : Coefficients de corrélation des lignes de rugosité spatiale mesurées sur la roue avec un méplat, li dénotant la ligne i. Comparaison entre l’excitation due à la rugosité et le bruit au passage sur le site LRS La même procédure d’analyse spectrale que celle des données de rugosité a été utilisée pour analyser les mesu- res d’accélération et de bruit au passage. La fréquence d’échantillonnage des mesures au passage du train d’es- sai était de 32 768 Hz. Les spectres tiers d’octave de bruit au passage sont donnés en dB (A). Les spectres de rugosité sont donnés en dB, la valeur de référence utili- sée est de 0,1 m. Cas du passage de la roue de référence Fig. 9 : Spectre Tiers d’octave de bruit au passage (dB (A) ref. 2.10 -5 Pa) sur le site LRS ; -.-. roue de référence, ____ Passage total, -x- Rugosité de la roue, - - - Rugosité du rail La figure 9 compare le spectre du bruit au passage de la roue de référence avec celui du bruit au passage total du train d’essai et les rugosités de la roue et du rail. On constate que la rugosité de la roue est bien plus faible que celle du rail et que par conséquent elle n’influence pas le bruit au passage. Cela ne signifie pas que la roue ne contribue pas au bruit mais que sa rugosité n’excite ni elle-même ni le rail. On sait que la contribution du rayon- nement acoustique de la roue dans le bruit de roulement devient significative à partir de 2 000 Hz. C’est probable- ment l’origine de la forme bombée des spectres de bruit à partir de 2 000 Hz. Ces deux derniers admettent deux pics importants aux fréquences 635 et 1 250 Hz, citées précédemment comme étant dues aux stries de meulage du rail. Le spectre du passage de la roue de référence reste équivalent à celui du passage total. La correspondance entre la rugosité des structures et la réponse acoustique est bien mise en évidence dans ce cas. Cas du passage de la roue avec un méplat Dans le cas du passage de la roue avec un méplat, la rugo- sité de la roue est largement au-dessus de celle du rail. Les pics dûs aux stries de meulage sont moins évidents et même inexistants pour celui à 1 250 Hz. Le spectre du passage de la roue avec un méplat correspond à une élévation du niveau de bruit sur toute la bande de fréquen- ces. C’est la caractéristique spectrale d’un choc, c’est-à- dire d’une discontinuité, dans le domaine temporel. Fig. 10 : Spectre Tiers d’octave de bruit au passage (dB (A) ref. 2.10 -5 Pa) sur le site LRS ; -.-. roue avec un méplat, ____ Passage total, -x- Rugosité de la roue, - - - Rugosité du rail Caractérisation de la réponse du rail autour du joint L’objectif de cette analyse est de comparer le comporte- ment du rail avec ou sans la présence d’un joint. Un joint de rail comporte toujours une marche, c’est-à-dire une différence de hauteur entre les deux tronçons de rail reliés par l’éclisse. Sur le site de l’essai, cette marche était d’environ 0,3 mm, plus haute du côté Compiègne (côté droit sur la figure 2). Les travaux antérieurs (par exem- ple [3]) ont montré que la réponse du rail était plus impor- tante lorsque la roue parcourait le joint du côté le plus bas vers le côté le plus haut ; c’est-à-dire lorsque la roue monte la marche. La procédure appliquée s’explique en 3 étapes. D’abord le comportement du rail autour du joint a été analysé, en tenant compte de la direction du train, c’est-à-dire le sens dans lequel les roues parcourent le joint. Caractérisation expérimentale du bruit de roulement et du bruit d’impact 50 Les accélérations verticales sur le site JR sont ensuite compa- rées avec celles qui sont sur le site LRS. Enfin, les niveaux de bruit sur LRS sont comparés avec ceux qui sont sur JR. Fig. 11 : Accélération verticale du rail (dB ref. 1 m.s -2 ) suivant la direction du train et la position des capteurs ; Bleu : Direction Amiens, Noir : Direction Compiègne ; - - - Capteur côté Compiègne, ... Capteur côté Amiens, _____ Moyenne La figure 11 montre les résultats des accélérations verti- cales mesurées sur le site JR, suivant la direction du train. La marche est donc parcourue du côté le plus bas vers le côté le plus haut lorsque le train voyage vers Compiègne. Comme attendu, l’accélération du rail est plus importante lorsque le train monte la marche du joint. La réponse dans ce cas est équivalente à une translation de la réponse vibra- toire lorsque le train voyage dans l’autre direction. Dans la direction de circulation vers Amiens, le capteur du côté Compiègne enregistre une réponse vibratoire toujours supérieure à celui du côté Amiens. Par conséquent, le choc dû au joint ne semble pas être perçu par le capteur côté Amiens. Lorsque le train voyage vers Compiègne, on observe une alternance de dominance entre les réponses enregistrées par les capteurs de part et d’autre du joint. Dans ce cas, le capteur côté Amiens perçoit autant le joint de rail que le capteur côté Compiègne. Cette analyse tend à valider expérimentalement les hypo- thèses de modélisation d’un joint de rail émises dans les travaux antérieurs sur le sujet (par exemple [3]). Fig. 12 : Comparaison des accélérations du rail (dB ref 1 m.s -2 ) ; _____ LRS, -.-. JR Amiens, ... JR Compiègne La figure 12 permet de comparer l’accélération verticale du rail sur le site LRS avec l’accélération verticale du rail autour du joint suivant la direction de passage. On constate très clairement que l’accélération enregis- trée sur le site LRS est plus importante que sur le site JR quelle que soit la direction de circulation du train. Cela traduit une répartition différente de l’énergie en présence d’un joint, probablement due à l’éclisse. Néanmoins, on remarque la présence de pics aux fréquences dues aux stries de meulage dans les 3 spectres. L’accélération enregistrée sur le site LRS montre bien la fréquence de résonance, à environ 1 000 Hz, apparaissant lorsque la longueur d’onde dans le rail équivaut à deux fois la distance entre les traverses. Cette fréquence est moins localisée dans l’accélération du rail sur le site JR. Malgré le fait que l’accélération verticale du rail soit plus élevée sur le site LRS, le bruit au passage est plus faible que sur le site JR. En effet, on constate sur la figure 13 que le spec- tre de bruit au passage sur le site LRS reste toujours en dessous de celui enregistré sur le site JR sauf pour le pic de fréquence correspondant à la strie de meulage du rail (à 635 Hz). Bien entendu, le passage du train sur le joint de rail produit un choc important qui se traduit par une augmentation de tout le spectre, par rapport à un bruit au passage sans joint. Fig. 13 : Comparaison des bruits au passage total du rail (dB (A) ref 2.10 -5 Pa) ; _____ JR, -.-. LRS Conclusion Les méthodes de mesure de la rugosité, adaptées à des approches fréquentielles de simulation, le sont aussi pour des approches temporelles à condition d’utiliser un trolley pour mesurer la rugosité de la voie. Néanmoins, le nombre de lignes mesurées peut être différent dans le cas d’une modélisation temporelle. Nous avons montré qu’une forte corrélation entre les lignes ne suffit pas comme critère de décision, en particulier pour une roue présentant un défaut important. Une mesure systématique de plusieurs lignes en paral- lèle est donc nécessaire. Sur le rail, le nombre de lignes mesurées doit couvrir toute la bande de roulement et l’espace entre ces lignes doit être au plus de 2 mm. Caractérisation expérimentale du bruit de roulement et du bruit d’impact 51 Il en est de même sur la roue, pour assurer une caracté- risation correcte des éventuels défauts présents sur la bande de roulement. La modélisation du rail en présence d’un joint peut être la même que sans joint, ce dernier pouvant être considéré dans les données d’entrée du modèle. Certaines diffé- rences sont pourtant à noter. La répartition de l’énergie semble différente en présence d’un joint. Cette différence est probablement due à l’éclisse qui transmet seulement une partie des ondes entre les 2 tronçons de rail. Pour compléter cette analyse, il faut prendre en compte les mesures de vibration latérale du rail, connue pour avoir un rôle non négligeable dans le rayonnement acous- tique de celui-ci. De plus, l’analyse de la vibration verti- cale des traverses nous permettra d’évaluer la transmis- sion d’énergie entre celles-ci et le rail. Enfin, les résultats de cet essai permettront d’évaluer le modèle temporel développé pendant la thèse. Références bibliographiques [1] D.J. Thompson, «Wheel-rail noise : theoretical modeling of the generation of vibrations», PhD ISVR Southampton, (1990) [2] D.J. Thompson, M.H.A. Janssens, F.G. de Beer, «TWINS theoretical Manual», Version 3.0, (1999) [3] T.X. Wu, D.J. Thompson, «On the impact noise generation due to a wheel passing over rail joints», Journal of Sound and Vibration 267, pp 485-496, (2003) [4] C. Gérault, «Caractérisation expérimentale du bruit de roulement DOC014761/D006555», Document interne SNCF-AEF, (2009). Caractérisation expérimentale du bruit de roulement et du bruit d’impact 52 e parc des deux-roues à moteur en France (Figure 1) comptait 2 480 000 véhicules en 2005. Il se compose de deux grandes familles : - les cyclomoteurs au nombre de 1 303 000, véhicu- les de faible puissance, dont la cylindrée ne dépasse pas 50 cm 3 pour une vitesse maximale de 45 km/h à la construction ; - les motocyclettes au nombre de 1 177 000 qui compren- nent trois catégories de véhicules. 1. les motocyclettes légères (MTL) de cylindrée infé- rieure à 125 cm 3 ; 2. les motocyclettes limitées en puissance à 25 kilo- watts (MTT1) ; 3. les motocyclettes de grosses cylindrées d’une puis- sance supérieure à 25 kilowatts (MTT2). On peut remarquer sur la figure 1 que les scooters (cyclo- moteur caractérisé par des roues de faible diamètre) dont la cylindrée est inférieure à 50 cm 3 représentent plus d’un quart des véhicules. En 2005, l’ensemble de ce parc de deux-roues motori- sés constituait moins de 7% du parc automobile français estimé à 36 millions de véhicules. En Europe, les deux- roues motorisés représentent 11% du parc automobile [1]. Toutefois, malgré cette faible part dans le trafic global, il est important de connaître l’émission acoustique de ces véhicules, notamment pour les modéliser en milieu urbain car ils suscitent de nombreuses plaintes [2], et ce mode de transport est en progression. L’émission acoustique des deux-roues motorisés est mal connue. Les travaux de recherche récents sont assez rares. Fig. 1 : Répartition du parc de deux-roues motorisés en France (chiffre 2005). (1) scooters <50cm 3 , (2)=cyclos traditionnels et à boîte mécanique Les deux-roues ont été abordés dans le projet IMAGINE [3] ou l’opération de recherche LCPC « Aménagement et ambiances urbaines » [4] qui a montré que le modèle de source monopolaire proposé par Favre [5] semble le plus approprié pour ces véhicules et que le bruit d’origine méca- nique est prépondérant. Différentes expérimentations ont été menées ces derniè- res années par les Laboratoires Régionaux des Ponts et Chaussées sur des véhicules de cylindrées inférieure ou égale à 125 cm 3 . Elles avaient pour objectifs d’évaluer l’influence de paramètres comme la cylindrée, le kilomètre, la marque, l’al- lure et en finalité arriver à établir des lois d’émission sonore. Émission acoustique des deux-roues motorisés 1 ère partie : Scooters et cyclomoteurs Loïc Toussaint, Guillaume Dutilleux ERA32 « Acoustique » LCPC Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées 11, rue Jean Mentelin 67035 Strasbourg CEDEX 2 Hubert Lefevre Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Clermont Ferrand 8-10, rue Palissy 63017 Clermont-Ferrand CEDEX 2 E-mail :
[email protected] [email protected] [email protected] Résumé Les deux-roues motorisés ont une place particulière dans le paysage sonore urbain. Bien qu’ils représentent une faible part de la circulation routière et du niveau sonore global engendré par une infrastructure, ils suscitent de nombreuses plaintes. L’émission sonore de ces véhicules reste toutefois mal connue. Deux programmes de recherche LCPC permettent d’y voir plus clair. Dans ce cadre, des cyclomoteurs et des scooters de cylindrée variant de 50 à 125 cm 3 ont été étudiés au passage sur piste à différentes allures de circulation. En première approximation, un scooter peut être représenté par une source ponctuelle omnidirectionnelle. La hauteur de source équivalente d’un véhicule est située proche du sol. À allure stabilisée, une loi de puissance à deux parties : a x log 10 (V/V ref ) + b où v est la vitesse, s’applique bien à ces véhicules. En allure accélérée, on constate que la pente de la loi de puissance tend vers zéro. Les véhicules de cylindrée 50 cm 3 et 125 cm 3 ont une signature spectrale propre à chacun et se différencient fortement des véhicules légers en basses et hautes fréquences L 53 Émission acoustique des deux-roues motorisés / 1 ère partie : Scooters et cyclomoteurs En parallèle, sur l’une des campagnes, la hauteur de la source équivalente a été déterminée. Cette communication qui en présente quelques résultats est organisée en quatre parties. La première décrit les campagnes expérimentales. La deuxième donne les résul- tats en termes d’émission acoustique. La troisième traite de la hauteur de source équivalente. Enfin une comparai- son avec les véhicules légers est proposée. Description des campagnes Protocole de mesure Sur deux sites, plusieurs campagnes de mesures ont été réalisées en s’inspirant de la norme NF EN ISO 11819-1 [6]. On mesure les niveaux de pression à 7,5 m de l’axe de la voie et à 1,2 m de hauteur. En parallèle, la vitesse des véhicules est relevée à l’aide d’un cinémomètre radar. Ces mesures sont effectuées dans chaque sens de circulation. Les deux sites de mesure présentent un bruit ambiant inférieur à 45 dB(A) donc négligeable ici, une topogra- phie horizontale, pas de discontinuité d’impédance entre la source et le microphone. La couche de roulement est un revêtement traditionnel à granulométrie 0/10. Pour la détermination de la hauteur de source équivalente, sur l’un des sites, un second microphone est positionné à 3,75 m de l’axe de la voie et à 1,2 m de hauteur [8]. Véhicules Les véhicules ont des cylindrées comprises entre 50 et 125 cm 3 . Ils n’ont subi aucune modification matérielle par rapport à la sortie d’usine. On dénombre un cyclomoteur traditionnel et dix-sept scooters (Tableau 1). La motori- sation est de type 2 temps mono-cylindre pour les cylin- drées 50 cm 3 et 4 temps mono-cylindre pour les cylin- drées supérieures. La position de l’échappement est dans le sens de la circulation. On distingue trois scooters de même marque, modèle et année (J, K, L), six autres iden- tiques mais dont l’année de fabrication est différente. Le kilométrage est compris entre 3 et 27140 km. Ces véhi- cules sont donc représentatifs du parc de véhicules en circulation sachant que le kilométrage annuel moyen est de 3 000 km pour un cyclomoteur, 4 000 km pour une motocyclette et la durée de vie moyenne égale à 7 ans. Déroulement des acquisitions Les véhicules maîtrisés circulent par défaut à vitesse stabilisée dans chaque sens (sens 1 – côté échappement et inversement). Pour certains véhicules, des passages sont effectués en accélération et décélération suivant une procédure décrite dans la directive 70/157/CEE [7] : - le véhicule est amené à 10 m avant le droit du micro- phone à vitesse stabilisée ; - à partir de ce point, la manette des gaz est ouverte à fond pour le cas de l’accélération ou bien coupée dans le cas de la décélération. A chaque passage, on enregistre les signaux de pression à l’aide d’une chaîne d’acquisition de classe 1. Un cali- brage de chaque voie est réalisé avant et après chaque mesure. Pour chaque passage, la vitesse du véhicule est mesurée par un cinémomètre radar de type Mesta 208. En moyenne, dix passages par sens de circulation et par véhicule ont été réalisés lors des campagnes. Index Cylindrée (cm 3 ) Type Marque/ Modèle Km Site A 125 S O/sa 2250 1 B 125 S O/sa 6750 1 C 125 S O/ge 14315 2 D 125 S Y/cy 27140 2 E 125 S O/su 950 2 F 100 H/sc 15240 2 G 50 C O/vo 15 1 H 50 S O/sp 190 1 I 50 S O/vi 550 1 J 50 S O/lu 3025 2 K 50 S O/lu 2590 2 L 50 S O/lu 7750 2 M 50 S O/vi 3 2 N 50 S O/vi 241750 2 O 50 S O/vi 8060 2 P 50 S O/vi 17905 2 Q 50 S O/vi 20115 2 R 50 S N/fi 12950 2 Tabl. 1 : Description des véhicules (C = cyclomoteur traditionnel, S = scooter) Dépouillement Pour chaque passage, on calcule le niveau de pression acoustique FAST pondéré A à l’aide de la pondération temporelle F selon l’équation 1. Le niveau maximal LAmax est ensuite relevé. On procède ensuite à une analyse par régression linéaire des niveaux en fonction de la vitesse en utilisant les couples de données comprenant le niveau LAmax et le logarithme décimal de la vitesse [6]. Une courbe de régression est tracée par sens et deux sens confondus. Le même traitement est réalisé sur le signal filtré par tiers d’octave sur le tiers de fréquences nomi- nales allant de 100 à 5 000 Hz. Pour le calcul de la hauteur de source équivalente, le prin- cipe est décrit dans l’article [8], en faisant l’hypothèse d’«instantané sonore», c’est-à-dire que le véhicule est immo- bile. Aucune correction d’effet Doppler n’est appliquée. Émission acoustique Vitesse stabilisée Les résultats des régressions selon l’équation 2 sont présentés dans le tableau 2 par véhicule et par sens de circulation. Quel que soit le véhicule considéré, le coef- ficient de détermination r2 est supérieur à 0,85 ce qui représente une bonne corrélation entre les données de mesures LAmax et la prédiction par le modèle. avec : - a la pente de la droite de régression ; - b l’ordonnée à l’origine en dB (A) ; - Vref la vitesse de référence égale à 50 km/h. 54 b (LAmax) a (pente) sens1 sens2 2sens sens1 sens2 2sens A 74,3 75,3 74,8 25 30 27 B 75,9 77,3 76,5 26 26 26 C 74,9 74,5 74,7 23 25 24 D 74,7 72,7 73,6 37 34 35 E 74,5 72,9 73,9 43 31 38 F 77,2 75,9 76,5 38 42 40 G 75,3 73,6 74,3 34 34 34 H 77,7 74,1 75,5 34 23 26 I 78,3 76,8 77,5 19 35 33 J 80,0 78,2 79,1 34 39 31 K 80,0 78,0 79,0 39 32 35 L 79,9 75,8 78,2 44 25 35 M 76,7 75,4 76,7 18 16 18 N 76,8 78,8 77,8 27 40 35 O 73,6 73,8 73,8 8 12 10 P 79,7 76,0 78,4 49 35 42 Q 77,0 75,0 76,0 24 18 21 R 73,7 71,5 72,6 38 25 30 Tabl. 2 : Résultats à vitesse stabilisée (sens 1 : côté échappement, sens 2 : opposé) L’analyse de ces résultats permet de faire les remarques suivantes sur les niveaux en dB (A) : - globalement les niveaux mesurés côté échappement sont en moyenne plus élevés de 1,3 dB (A) par rapport au sens opposé, le carénage du moteur peut expliquer cette légère différence ; - les niveaux LAmax sur les cylindrées inférieures à 50 cm 3 sont plus élevés par rapport aux cylindrées supérieures. Cela s’explique notamment par un régime moteur plus élevé pour une même vitesse lorsque la cylindrée diminue ; - la dispersion des niveaux sur un modèle de même âge reste limitée (moins de 1 dB (A) pour les véhicules J, K et L) ; - l’étendue des valeurs relevées sur six scooters de même marque et modèle (O/vi) est de 4,5 dB (A). Il n’a pas été établi de relation âge/kilométrage/année ; - les valeurs des pentes sont très variables d’un véhicule à l’autre et dans une moindre mesure d’un sens à l’autre, pour un véhicule donné. Le spectre des 50 cm 3 se différencie des 125 cm 3 notam- ment par des fréquences marquées sur les tiers d’octa- ves 125 et 250 Hz (Figure 4). En accélération/décélaration Sur certains véhicules, des passages en accélération et décélération suivant la procédure décrite au paragraphe Déroulement des acquisitions sont réalisés. Le tableau 3 présente les différences par rapport à l’allure stabilisée à 30 et 50 km/h. Cela confirme l’importance de l’allure comme facteur influençant largement le niveau sonore. On constate en accélération que la différence tend vers zéro pour la vitesse maximale de circulation du véhicule. Ceci est illustré sur la figure 2. [Accélération-Stabilisé] [Décélération-Stabilisé] 30km/h 50km/h 30km/h 50km/h A 11,2 7,4 -2,2 -1 B 12,6 6,2 -4,7 -5 I 5,4 2 -8,7 -6,4 J 3,8 0 - - M 2,5 1,5 - - Q 4,3 2 - - Tabl. 3 : Ecarts en dB (A) à différentes allures et vitesses Fig. 2 : Droite de régression sur le véhicule J, en accélération et à vitesse stabilisée Hauteur de source [8] Le tableau 4 présente les résultats moyens obtenus sur les véhicules A, G et H. L’optimisation conduit à une hauteur de source équivalente très proche du sol (1 cm), comme le montre la figure 3. Hauteur de source (m) Ecart-type sens 1 sens 2 sens 1 sens 2 A 0,02 0,02 0,02 0,01 G 0,02 0,01 0,01 0 H 0,01 0,01 0 0 Tabl. 4 : Hauteur de source équivalente et écart- type moyen associé pour 3 scooters Fig. 3 : Mesure de hauteur de source équivalente – fonction coût typique pour les petites cylindrées Comparaison à l’émission des véhicules légers Une comparaison avec l’émission des véhicules légers (VL) pour l’allure stabilisée afin d’estimer les diffé- rences de niveaux par bande de tiers d’octave et en dB(A) a été menée. Contrairement aux motocyclet- tes, le bruit de roulement sur les VL est la source de bruit prépondérante même à la vitesse de 50 km/h. Émission acoustique des deux-roues motorisés / 1 ère partie : Scooters et cyclomoteurs 55 Le guide [9] définit des valeurs d’émission pour trois clas- ses de revêtements. Le tableau 5 présente les écarts sur le niveau LAmax entre les véhicules C et Q représenta- tifs de chaque cylindrée et la valeur VL sur un revêtement similaire à celui de l’expérimentation dit intermédiaire (R2) d’âge 5 ans selon [9]. Il correspond à un revêtement typi- que du réseau routier français. VL sur R2 âge = 5 ans Scooter C 125 cm 3 Scooter Q 50 cm 3 LA max en dB(A) 71,1 74,7 76 Tabl. 5 : Niveaux à 50 km/h pour un VL et deux scooters représentatifs. Au niveau spectral, la figure 4 présente les spectres normalisés à 70 dB (A) mesurés sur les véhicules C et Q et indiqué dans le guide [9] pour les VL sur revêtements non drainants. L’analyse spectrale montre sur le scooter Q la présence d’une tonalité marquée à 125 Hz telle que définie dans la norme [10]. Le calcul du spectre en bandes fines par FFT avec fenêtre de Haming sur 22 050 points autour du LAmax permet de visualiser une fréquence fondamentale à 118 Hz et ses harmoniques (figure 5). Ces fréquences correspondent au bruit du moteur. En effet à 45 km/h, le régime moteur est de 7 000 tr/mn ce qui produit une fréquence centrale autour de 117 Hz. Fig. 4 : Spectre en linéaire correspondant à une valeur de 70 dB (A) de deux scooters et un VL moyen Fig. 5 : Spectres en bandes fines du scooter Q circulant à 45 km/h Conclusion Cette recherche s’est concentrée sur les deux-roues de petites cylindrées notamment les scooters. L’exploitation des niveaux LAmax montre que les niveaux les plus impor- tants sont relevés sur la petite cylindrée (inférieure à 50 cm 3 ). L’émission sonore n’est pas symétrique, avec un niveau de puissance plus élevé côté droit. Les niveaux pour l’allure accélérée sont supérieurs de plus de 5 dB (A) à l’allure stabilisée. La hauteur de source équivalente pour modéliser ces véhicules est proche du sol. Une comparaison a aussi été menée avec les véhicules légers à faible vitesse. Les valeurs sur les deux-roues à vitesse stabilisée sont supérieures de 4 dB (A) à un véhi- cule léger et plus de 10 dB sur certaines bandes de tiers d’octave. Leur signature spectrale est très spécifique avec la présence pour certains d’entre eux de tonalités marquées. Comme la part du trafic deux-roues est faible, l’indicateur LAeq n’est peut-être par le plus pertinent pour évaluer la gêne introduite. D’autres indicateurs doivent être recherchés tant au niveau global que spectral. En parallèle des expérimentations similaires ont porté sur les grosses cylindrées [11] afin de caractériser l’émission acoustique et la directivité de ces sources. D’autres résultats sont encore à exploiter, dans le but d’établir des abaques d’émission sonore des deux-roues de petites cylindrées. Des données complémentaires en cours d’analyse complèteront ces échantillons pour aboutir à un modèle pour ces véhicules. Il n’est pas exclu de devoir distinguer les cylindrées inférieures à 50 cm 3 et celles qui sont comprises entre 50 et 125 cm 3 car nous avons vu que ces deux groupes de véhicules ont des niveaux tant en global que spectral bien distinct. Le modèle nécessi- tera aussi de distinguer pour chaque abaque trois allures (stabilisée, accélération et décélération). Remerciements Cette recherche a été financée par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées dans le cadre de l’opération de recherche 11M061 «Prévoir le bruit en milieu urbain» (2006-2009). Références bibliographiques [1] « Striving against traffic noise – How powered two-wheelers can contribute », juin 2004, 14p. [2] « Motorcycle noise, the curious silence – a report by the motorcycle industry », International Motorcycle Manufacturers Association (IMMA), juin 1996, 32p. [3] B. PEETERS, « Noise measurements of powered two-wheelers », IMAGINE report IMA52MO-042411-MP01, Vught (NL), 18 mai 2005. [4] J. PICAUT, « Approches physiques de l’impact sonore des aménagements urbains », LCPC, 2005. [5] B. FAVRE, «Méthode pour établir la relation entre le bruit émis par les véhicules routiers et l’impact de ce bruit sur les populations exposées», Thèse de doctorat, Université Claude Bernard de Lyon I, (1984). [6] NF EN 11819-1 : Acoustique – Mesurage des revêtements de chaussée sur le bruit émis par la circulation – partie 1 Méthode statistique au passage», mars 2002. [7] Directive 70/157/CEE du Conseil des Communautés Européennes, du 6 février 1970, concernant le rapprochement des législations des Etats membres relatives au niveau sonore admissible et au dispositif des véhicules à moteur. [8] F. GOLAY, G. DUTILLEUX, D. ECOTIERE «Source height determination for several sources at the same height», , soumis à Acta Acustica après révision. [9] «Prévision du bruit routier – partie 1 : Calcul des émissions sonores dues au trafic routier», SETRA, juin 2009. [10] Norme française NF S31-010 : caractérisation et mesurage des bruits de l’environnement, AFNOR, décembre 1996. [11] H. LEFEVRE, L. TOUSSAINT, G. DUTILLEUX, L. BARGUET «Émission acoustique des deux-roues motorisés : cas des grosses cylindrées.», CFA 2010, Lyon. Émission acoustique des deux-roues motorisés / 1 ère partie : Scooters et cyclomoteurs 56 ensemble du parc des deux-roues motorisés représen- tait moins de 7% du parc automobile selon une étude de 2005, 11 % du parc européen en 2004 [1]. Malgré cette faible part du trafic global, il est important d’étudier l’émis- sion sonore de ces véhicules car ceux-ci arrivent réguliè- rement en tête des enquêtes d’opinion sur les nuisances sonores, et cela depuis plusieurs décennies [2]. La présente communication s’intéresse aux véhicules de grosse cylindrée. En 2007, les motocyclettes (véhicules de cylindrée supérieure à 49,9 cm3) représentaient 24 % des achats des deux-roues. 15 % étaient des motocyclet- tes de cylindrées supérieures à 625 cm3. Le LCPC a intégré la problématique du bruit des deux-roues depuis le début des années 2000 dans le cadre de deux opérations de recherche. Les premiers travaux ont débuté par une étude du parc des deux-roues et un découpage en 8 catégories dépendant de la cylindrée, du nombre de cylin- dres et la présence ou non de carénage [3]. Ces dernières années, des expérimentations sur circuit avec des véhicu- les maîtrisés et des campagnes sur des véhicules du flot ont été réalisées. Les autres travaux publiés récemment sur la modélisation des deux-roues sont rares [4]. Cette communication est organisée en 3 parties. La première partie décrit les essais réalisés en statique et en dynamique avec des véhicules maîtrisés. La deuxième en présente l’exploitation sous la forme d’une caractérisa- tion détaillée pour un nombre restreint de véhicules. La troisième expose les mesures réalisées sur route avec des véhicules du flot dans le but d’évaluer la dispersion de l’émission sonore sur un grand nombre de véhicules. Une comparaison des lois d’émission pour les véhicules maîtrisés et les véhicules du flot est proposée. Mesurages sur deux-roues maîtrisés Une analyse du parc des deux-roues [3] a permis de distin- guer 8 catégories dont 5 de motocyclettes indiquées au tableau 1. La définition de ces catégories s’est effectuée sur la base : - des émissions sonores réglementaires, - de la puissance administrative, - des caractéristiques techniques, - et du pourcentage des ventes. À partir de ces considérations, il a été choisi des motocy- clettes représentatives de chaque catégorie. Ces motocy- clettes ont été mesurées en statique pour connaître leur directivité horizontale et verticale et en dynamique pour connaître l’émission sonore au passage. Catégorie Caractéristiques 1 ≥ 600 cm 3 , 4 cylindres en ligne, non carénée 2 ≥ 600 cm 3 , carénée 3 ≥ 500 cm 3 , 2 ou 4 cylindres en V, non carénée 4 ≥ 125 cm 3 , 2 cylindres, non carénée 5 ≥ 125 cm 3 , 1 cylindre, non carénée Tabl. 1 : Catégories de motocyclettes identifiées dans [3]. Les scooters de 125 cm 3 n’entrent pas dans les catégories 4 et 5. Mesures en statique Ces mesures se sont déroulées sur un parking suivant la norme NF EN ISO 3744. Un dispositif de mesure spécifi- que en demi-sphère a été créé (figure 1). Emission acoustique des deux-roues motorisés 2 e partie : Les motocyclettes Hubert Lefevre, Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées, 8-10, rue Palissy 63017 Clermont-Ferrand CEDEX 2 E-mail :
[email protected] Loïc Toussaint, Guillaume Dutilleux ERA32 « Acoustique » LCPC Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées 11 rue Jean Mentelin 67035 Strasbourg CEDEX 2 E-mail :
[email protected] [email protected] Laurianne Barguet 2, impasse du Meunier 63430 Les Martres d’Artière E-mail :
[email protected] Résumé Les deux-roues motorisés ont une place particulière dans le paysage sonore urbain : ils représentent une faible part de la circulation routière et du niveau sonore global engendré par une infrastructure mais suscitent de nombreuses plaintes. L’émission sonore de ces véhicules reste toutefois mal connue. Deux programmes de recherche LCPC permettent d’y voir plus clair. Dans ce cadre, les motocyclettes ont été étudiées à la fois à l’arrêt suivant la norme ISO 3744 pour différents régimes moteur, au passage sur piste avec quelques véhicules maîtrisés conformes à la réglementation et au passage sur route pour les véhicules du flot dans l’esprit de la norme ISO 11819 1. À basse fréquence, un deux-roues peut être approché par une source ponctuelle omnidirectionnelle. À une allure stabilisée, une loi de la puissance acoustique en a.log10(v/vref) + b, où v est la vitesse, s’applique bien à cette catégorie de véhicules. En allure accélérée, on constate que la pente de la puissance acoustique tend vers zéro. Les mesures sur route ouverte à vitesse stabilisée confirment la loi obtenue. L’ 57 Emission acoustique des deux-roues motorisés / 2 e partie : Les motocyclettes Fig. 1 : Répartition des microphones sur l’hémisphère La structure tubulaire comporte 22 microphones répartis sur une demi-sphère de 4 m de rayon. Pour tenir compte des interférences dues à la réflexion sur le sol au niveau de chaque microphone, la mesure est corrigée par un coeffi- cient d’environnement déterminé à l’aide d’un dodécaèdre représentant une source omnidirectionnelle. Quatre motos des catégories indiquées au tableau 1 ont été testées dans le cadre de ces mesures en statique. Le tableau 2 indique leurs caractéristiques. Catégorie Cylindrée Nombre de cylindres Nombre d’échappement 1 1200 cm 3 4 en ligne 1 2 800 cm 3 4 en V 2 4 850 cm 3 2 en ligne 2 5 644 cm 3 Monocylindre 2 Tabl. 2 : Caractéristiques des deux-roues mesurés en statique Les mesures se sont effectuées pendant une dizaine de secondes au ralenti et par pas de 1 000 tours/minute jusqu’à 6 000 tours/minute en prenant soin de la stabilité du régime moteur. Ce protocole de mesure est répété 3 fois pour chaque motocyclette. On obtient ainsi une puis- sance acoustique dépendant du régime moteur. Pour les motos étudiées, la directivité horizontale est rela- tivement omnidirectionnelle en basses fréquences jusqu’à 800 Hz. La directivité verticale se décompose en fréquen- ces de la manière suivante : - entre 100 et 250 Hz, la source sonore est proche du sol, - entre 315 et 800 Hz la source sonore émet vers le haut, - au-delà de 1 000 Hz, la directivité est non homogène. Mesures en dynamique Les mesures se sont déroulées sur le circuit d’Issoire (63) sur une ligne droite d’environ 1 000 m en terrain plat et dégagé. Les microphones étaient répartis sur une arche de 4 m de rayon permettant la mesure de la directivité verticale gauche et droite sur un même passage (figure 2). Fig. 2 : Schéma d’implantation des microphones Comme pour la mesure en statique, un dodécaèdre permet- tait de déterminer la correction à apporter au niveau de chaque microphone. Le protocole de mesure était basé sur le régime moteur (de 2 000 à 6 000 tours/minute) et le rapport de boîte (du 2 ème au 5 ème rapport) avec un cinémomètre en bord de piste pour relever la vitesse de passage. Chaque moto effectuait un total de 36 passages en allure stabilisée et 16 passages en allure accélérée. Sur la tota- lité de l’expérimentation, il a été réalisé 260 passages de deux-roues avec une gamme de vitesse allant de 20 à 140 km/h. Dans le cadre des essais en dynamique, cinq motos des catégories indiquées au tableau 1 ont été mesurées. Le tableau 3 informe de leurs caractéristiques. Seules trois motos ayant participées aux mesures en statique ont pu être testées en dynamique. Catégorie Cylindrée Nombre de cylindres Nombre d’échappement 1 600 cm 3 4 en ligne 1 2 800 cm 3 4 en V 2 3 650 cm 3 2 en V 1 4 850 cm 3 2 en ligne 2 5 644 cm 3 Monocylindre 2 Tabl. 3 : Caractéristiques des deux-roues mesurés à Issoire Le dispositif de mesure de la figure 2 montre que les motos avec deux échappements n’ont pas de directi- vité verticale prononcée à gauche ou à droite, l’angle vertical de directivité est compris entre 30 et 45°. Les motos avec un seul pot d’échappement ont une directi- vité prononcée à gauche ou à droite toujours suivant le même angle vertical. Les mesures à 7,5 m du passage montrent en utilisant la formule (1) de Favre [5] reliant le L Amax et le L Aeq que les motos avec deux échappements se comportent comme des monopoles alors que les motos avec un seul échap- pement se situent entre un comportement de monopole et un comportement de dipôle perpendiculaire. L Aeq (T) - L Amax + 10 log 10 (V) = δL (1) Avec : - T en secondes, - V en m/s, - δL dépendant de la distance, de T et de V suivant le type de source. Le respect des consignes par les pilotes et les relevés des vitesses permet de connaître le régime moteur en fonction du rapport de boîte et de la vitesse. Les cour- bes obtenues permettent de définir le régime moteur et le rapport de boîte approprié pour une vitesse donnée (figure 3 page suivante). Ainsi, toutes motos confondues ayant une cylindrée comprise entre 600 et 850 cm 3 , on trouve : - à 50 km/h, la moto est sur le 3 ème rapport de boîte avec un régime moteur de 3 500 tours/minute - à 90 km/h, la moto est sur le 5 ème rapport de boîte avec un régime moteur de 4 500 tours/minute. 58 Fig. 3 : Graphes des régimes moteur en fonction de la vitesse et du rapport de boîte de la moto catégorie 5 Tous ces paramètres relatifs aux conditions de mesure permettent d’envisager une modélisation de la puissance acoustique des deux-roues. Modélisation L’analyse a été réalisée à partir de la puissance acoustique calculée en chaque point de mesure selon l’équation (2). L wA = L mesuré - K 2 + 10log 10 2πr 2 (2) avec : L wA : puissance acoustique en dBA K 2 : coefficient d’environnement en chaque point en dBA r : distance entre la moto et le point de mesure en mètres Les variables influentes ont été déterminées à partir d’une analyse en composantes principales avec comme facteurs : le L w A, le régime moteur divisé par 1000, le logarithme décimal de la vitesse, l’allure et le sens de passage de la moto. Le tracé des valeurs propres permet de retenir 3 facteurs influents. La projection sur le premier plan facto- riel permet de faire les remarques suivantes : - L wA est corrélé avec log 10 (V) et le régime/1000, - Log 10 (V) et régime/1000 sont fortement corrélés, - Log 10 (V) et l’allure sont indépendants. À partir de cette analyse en composantes principales [6] [7], on élabore un modèle en prenant en compte le L w A en fonction du log 10 (V) et on sépare l’allure stabilisée de l’allure accélérée. Fig. 4 : Graphe de Lw A en fonction de log 10 (V) Modélisation en allure stabilisée On trace le L wA en fonction du logarithme décimal de la vitesse pour l’ensemble des points de mesure (figure 4). Pour chaque motocyclette, les régressions obtenues en logarithme décimal de la vitesse ont un coefficient de détermination R 2 ≥ 0,9. En première approche, la pente et l’ordonnée à l’origine semblent varier en fonction du nombre de cylindres. Par ailleurs, il semble possible de faire une séparation entre les motos récentes avec pot catalytique et celles plus anciennes avec un pot d’échap- pement normal. À partir de cette modélisation de l’ensemble des motos, on trace le diagramme des résidus en ajoutant une distinc- tion suivant la cylindrée (figure 5). La courbe des résidus pour l’ensemble des motos est proche d’une gaussienne. La distinction suivant la cylin- drée fait apparaître deux populations décalées d’environ 2 dB(A). Modélisation en allure accélérée Pour l’allure accélérée, on fait l’hypothèse que la puissance acoustique en allure accélérée est la somme de la modéli- sation de l’allure stabilisée et d’un écart entre l’allure accé- lérée et l’allure stabilisée. On obtient ainsi une modélisa- tion de l’allure accélérée de la forme suivante (3). L wA = A log 10 (V) + BxV+ C (3) Emission acoustique des deux-roues motorisés / 2 e partie : Les motocyclettes Fig. 5 : Diagramme des résidus pour l’allure stabilisée Fig. 6 : Diagramme des résidus pour l’allure accélérée 59 À partir de cette modélisation, on trace le diagramme des résidus en ajoutant la distinction suivant la cylindrée (figure 6). Suivant ce graphe, on distingue nettement les deux populations dépendant de la cylindrée. La modélisation en allure accélérée est une première appro- che puisqu’il n’est pas tenu compte de la valeur numéri- que de l’accélération. Elle semble cependant suffisante pour délimiter un cadre aux études d’impact. Abaques de puissance acoustique Suite à l’expérimentation sur le circuit d’Issoire (63), il est possible de définir un abaque de puissance acoustique en regroupant les 5 catégories des motos étudiées. À titre de comparaison, on a calculé le niveau de puissance d’un VL et d’un PL sur un revêtement R2 âgé de 5 ans, qu’on peut considérer comme un revêtement typique du réseau routier actuel sur le plan acoustique [5]. Les deux-roues sont modélisés de la façon suivante : Lw A en allure accélérée= 26,3 log 10 (V) – 0,12 V+ 65,9 Lw A à vitesse stabilisée= 26,3 log 10 (V) + 52,2 Fig. 7 : Abaques des deux-roues en allure stabilisée et accélérée sur un revêtement R2 âgé de 5 ans Les abaques de la figure 7 montrent que la puissance acoustique d’une motocyclette en allure stabilisée est similaire à celle d’un VL moyen et inférieure à celle d’un PL. En allure accélérée, à basse vitesse, la puissance acoustique d’une motocyclette est proche de celle d’un PL moyen. Lorsque la vitesse augmente, le PL moyen devient significativement plus bruyant. Pour permet- tre un calcul prévisionnel en tiers d’octave, le tableau 4 indique les valeurs du spectre normalisé à 0 dB(A) des deux-roues. (Hz) 100 125 160 200 250 315 400 500 630 2 roues -24 -23 -22 -22 -22 -21 -18 -14 -12 (kHz) 0,8 1 1,25 1,6 2 2,5 3,15 4 5 2 roues -11 -11 -11 -11 -11 -10 -10 -10 -9 Tabl. 4 : Répartition spectrale du bruit des deux-roues Mesures sur véhicules du flot Description des campagnes Des mesures de bruit de roulement au passage de deux- roues de grosse cylindrée ont été réalisées sur la route des crêtes en Alsace [9], [10]. Le protocole de mesure s’inspire de la norme NF EN ISO 11819-1 [8] avec un micro- phone à 7,5 m de l’axe de la voie (sens 1 – côté droit des motos) et à une hauteur de 1,2 m. Un deuxième micro- phone (sens 2 – côté gauche des motos) est disposé à la même distance du sens de circulation opposé. Le profil en travers entre les deux sens de circulation est dénué de discontinuité d’impédance. En parallèle, la vitesse des véhi- cules est relevée à l’aide d’un cinémomètre. Pour chaque passage, on extrait le L AF max ainsi que la décomposition spectrale correspondante par tiers d’octave. Seuls les véhicules en allure stabilisée ont été retenus. Résultats des mesurages Pour chaque campagne de mesure et par sens de mesure, on identifie par régression un modèle de la forme L AF max=Alog 10 (V/90) + B, où V est la vitesse du véhicule en km/h. La figure 8 illustre les régressions obtenues. Le tableau 5 indique les résultats L AF max pour chaque campagne de mesure pour les vitesses de 50 et 90 km/h et par sens de mesure. Fig. 8 : Régressions pour les mesures du 31/08/2008 Pour toutes les campagnes de mesure, la pente de la régres- sion linéaire du sens 2 est toujours plus faible que celle du sens 1. Actuellement, il n’est pas possible d’expliquer la diffé- rence de comportement entre les deux sens. La totalité des campagnes correspond à 258 passages avec une vitesse moyenne des passages de 72 km/h. Les vitesses rencon- trées représentaient une gamme de 44 à 140 km/h. Date Sens LAFmax (90 km/h) LAFmax (50 km/h) Pente 29/06/08 1 79,3 70,4 34,8 31/08/08 1 78,7 69,3 36,8 30/08/09 1 78,8 68,2 41,4 29/06/08 2 78,5 71,6 27,1 31/08/08 2 79,2 71,3 30,8 30/08/09 2 79,6 72,6 27,5 Tabl. 5 : Résultats des campagnes de mesures en niveau sonore global (dB(A)) Emission acoustique des deux-roues motorisés / 2 e partie : Les motocyclettes 60 Emission acoustique des deux-roues motorisés / 2 e partie : Les motocyclettes Comparaison avec la modélisation des véhicules maîtrisés Niveau de bruit global (dB(A)) Vitesse 90 km/h 70 km/h 50 km/h Route des crêtes (1) 79,0 75,4 70,6 5 motos sur piste (2) 78,0 75,1 71,3 Ecarts (1) - (2) 1,0 0,3 -0,7 Tabl. 6 : Comparaison des lois obtenues sur piste avec 5 véhicules maîtrisés et sur la route des crêtes Le dépouillement des campagnes de mesure sur la route des crêtes n’a considéré que les passages de deux-roues à allure stabilisée. La comparaison avec le modèle issu des mesures sur piste nécessite de corriger les niveaux de bruit du modèle de 25,6 dB(A) pour correspondre à l’éloignement de la mesure et tenir compte de la réflexion sur un sol réfléchissant. La comparaison est indiquée dans le tableau 6. La comparaison entre les modèles obtenus pour des véhicules maîtrisés et des véhicules du flot donne des écarts inférieurs ou égaux à 1 dB(A). Le plus faible écart correspond à la vitesse moyenne relevée lors des expé- rimentations. Malgré des protocoles significativement différents, les deux modèles fournissent des résultats convergents. Conclusion Les motocyclettes représentent un faible pourcentage de la circulation routière, mais les enquêtes montrent qu’elles engendrent des nuisances importantes sur leur passage. La présente recherche a permis de mieux cerner l’émis- sion sonore des deux-roues de grosse cylindrée actuels, en s’appuyant sur l’analyse d’expérimentations en statique et dynamique sur piste avec des véhicules maîtrisés, ainsi que sur route, avec des véhicules du flot. Les mesures en statique montrent un comportement mono- polaire des deux-roues jusqu’à 800 Hz avec une directi- vité proche du sol jusqu’à 250 Hz et une directivité diri- gée vers le haut entre 315 à 800 Hz. Les mesures en dynamique sur piste indiquent que les motos avec deux échappements se comportent comme des monopoles, alors que les motos avec un seul échap- pement se situent entre un comportement de monopole et un comportement de dipôle perpendiculaire. La position de l’échappement est décelable avec une directivité verticale plus prononcée du côté de l’échappement dans un angle compris entre 30 et 45° par rapport à l’horizontale. L’analyse en composantes principales a permis de retenir le modèle de Favre comme modèle d’émission sonore. L’accélération est modélisée par un terme décroissant dépendant de la vitesse. Les cinq catégories de motocyclet- tes étudiées peuvent se regrouper en une seule et même catégorie bien que l’on puisse distinguer certains aspects comme la cylindrée et le nombre d’échappements. À vitesse stabilisée, la modélisation réalisée sur des véhi- cules maîtrisés rejoint celle qui a été obtenue indépen- damment sur des véhicules du flot dans des conditions conformes à la norme NF EN ISO 11819-1. Parallèlement, des expérimentations similaires se sont déroulées sur des petites cylindrées. Un aperçu de celles- ci est donné dans [12]. Dans les mois à venir, un modèle général sera élaboré sur la base des différentes campa- gnes conduites dans le cadre de l’opération de recher- che 11M061. Remerciements Cette recherche a été financée par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées dans le cadre de l’opération de recherche 11M061 «Prévoir le bruit en milieu urbain» (2006-2009). Références bibliographiques [1] ACEM, « Striving against traffic noise – How powered two-wheelers can contribute », juin 2004, 14p. [2] International Motorcycle Manufacturers Association (IMMA), « Motorcycle noise, the curious silence – a report by the motorcycle industry », Genève (CH), juin 1996, 32p. [3] Priolet G., «Analyse du parc des deux roues motorisés», CETE de LYON – LRPC Clermont-Ferrand, (2004). [4] Peeters B., « Noise measurements of powered twowheelers», IMAGINE report IMA52MO-05117-MP01, Vught (NL), 18 mai 2005. [5] Favre B., «Méthode pour établir la relation entre le bruit mis par les véhicules routiers et l’impact de ce bruit sur les populations exposées», Thèse de doctorat, Université Claude Bernard de Lyon I,(1984). [6] Barguet L., «Caractérisation sonore d’un deux-roues motorisé», Stage de licence professionnelle de mécanique spécialité Ingénierie Acoustique et Vibratoire, Université du Maine, (2008). [7] Lefèvre H., «Sources sonores urbaines: Modélisation des deux-roues – Expérimentation 2008 «, CETE de LYON – LRPC Clermont-Ferrand, (2010). [8] «Prévision du bruit routier – Tome 1 : Calcul des émissions sonores dues au trafic routier», SETRA (2009). [9] Toussaint L., «Caractérisation acoustique des deux roues : mesures sur des véhicules de la circulation au Champ de Feu (67) «, CETE de L’EST – LRPC Strasbourg, (2008). [10] Toussaint L., «Caractérisation acoustique des deux roues : mesures sur des véhicules de la circulation au Champ de Feu (67) «, CETE de L’EST – LRPC Strasbourg, (2009). [11] «NF EN ISO11819-1 : Acoustique – Mesurage de l’influence des revêtements de chaussée sur le bruit émis par la circulation», AFNOR, (mars 2002). [12] Toussaint L., Dutilleux G, Lefèvre H., «Emission acoustique des deux-roues motorisés : cas des petites cylindrées», CFA Lyon 2010, (2010). 61 Décret no 2010-1226 du 20 octobre 2010 portant limi- tation du trafic des hélicoptères dans les zones à forte densité de population Le Premier ministre, Sur le rapport du ministre d’Etat, ministre de l’écologie, de l’énergie, du développement durable et de la mer, en charge des technologies vertes et des négociations sur le climat, […] Décrète : Art. 1- I. La section 2 du chapitre Ier du titre VII du livre V du code de l’environnement (partie réglementaire) est complé- tée par une sous-section 3 ainsi rédigée : « Sous-section 3 « Mouvements d’hélicoptères « Art. R. 571-31-1. _ Pour l’application de la présente sous- section, on désigne par : « – vol d’entraînement : tout ou partie de vol d’aviation civile incluant des manoeuvres ou des exercices répétitifs, dont l’objet est l’acquisition de connaissances dans la pratique du pilotage à l’exception des manoeuvres strictement nécessai- res à la familiarisation du pilote avec l’aérodrome ou à l’acqui- sition ou au renouvellement d’une qualification de site ; « – vol touristique circulaire sans escale : vol avec passagers, sans motif professionnel pour les passagers, sans escale, et dont les points de départ et d’arrivée sont confondus ; « – vol touristique circulaire avec escale de moins d’une heure : vol avec passagers, sans motif professionnel pour les passagers, comportant une escale de moins d’une heure et dont les points de départ et d’arrivée, en dehors de l’es- cale, sont confondus, l’escale s’entendant comme le temps passé au sol par l’aéronef ; « – essai moteur : toute mise en marche du groupe motopro- pulseur dont l’objectif n’est pas d’entreprendre un vol. « Art. R. 571-31-2. _ Pour l’application de l’article L. 571-7, constituent des zones à forte densité de population les agglo- mérations de largeur moyenne de plus de 3 600 mètres figu- rant sur la carte aéronautique au 1/500 000 de l’Organisation de l’aviation civile internationale, publiée par l’Institut géogra- phique national, ainsi que l’ensemble des points du territoire situés à moins d’un demi-mille nautique (926 mètres) de ces agglomérations, cette dernière extension étant réduite à 463 mètres côté mer pour les agglomérations littorales. « Art. R. 571-31-3. _ Durant la phase d’approche, l’atterris- sage et le décollage au départ ou à destination des aéro- dromes situés dans les zones définies à l’article R. 571-31- 2, les équipages sont tenus de respecter les procédures de conduite à moindre bruit définies dans le manuel de vol ou d’exploitation de leur aéronef. « Art. R. 571-31-4. _ Le ministre chargé de l’aviation civile peut fixer, pour chaque aérodrome relevant de sa compé- tence situé dans les zones mentionnées à l’article R. 571-31- 2, tout ou partie des limitations suivantes : « I. _ Limiter, en fonction des caractéristiques de l’environ- nement et des conditions d’exercice de l’activité aérienne des aérodromes concernés, le nombre maximal de mouve- ments d’hélicoptères par plage horaire, par jour, mois, saison et année ; « II. _ Déterminer les plages horaires et hebdomadaires dans lesquelles le trafic des hélicoptères dont le niveau de perfor- mance acoustique est inférieur à un seuil fixé par ce minis- tre est interdit ; « III. _ Déterminer les plages horaires et hebdomadaires pendant lesquelles les essais moteurs sont interdits. Le ministre peut prévoir les cas où il peut exceptionnelle- ment être dérogé en raison de manifestations à caractère international ou d’importance économique majeure aux limi- tes fixées en application du I du présent article. « En application de l’article L. 227-5 du code de l’aviation civile, l’Autorité de contrôle des nuisances sonores aéroportuaires est consultée sur les projets d’arrêtés pris en application du présent article. Il en va de même des commissions consulta- tives de l’environnement des aérodromes concernés. « Art. R. 571-31-5. _ L’exploitant de chaque aérodrome situé dans une zone définie à l’article R. 571-31-2 tient à jour un registre des mouvements d’hélicoptères. Il recense, pour chaque mouvement, l’heure, le type d’appareil et, lorsqu’il relève des dispositions du troisième alinéa de l’article L. 571-7, l’objet du vol. Ce registre peut être consulté. « Art. R. 571-31-6. _ Les manquements aux règles fixées par le ministre chargé de l’aviation civile en application de l’arti- cle R. 571-31-4 peuvent donner lieu au prononcé des sanc- tions administratives prévues à l’article L. 227-4 du code de l’aviation civile. » Art. 2. _ La sous-section 2 de la section 6 du même chapi- tre est complétée d’un paragraphe 4 ainsi rédigé : « Paragraphe 4 « Mouvements d’hélicoptères « Art. R. 571-97-1. _ Est puni de la peine prévue pour les contraventions de la troisième classe le fait : 1o De pratiquer les vols interdits en application de l’article L. 571-7 ; 2o De ne pas respecter les procédures à moindre bruit mentionnées à l’article R. 571-31-3 ; 3o De ne pas tenir à jour le registre prévu à l’article R. 571-31-5 ou de ne pas le laisser consulter. » Art. 3. _ La section 3 du titre II du livre II du code de l’avia- tion civile (partie réglementaire) est complétée par cinq arti- cles R. 227-16 à R. 227-20 ainsi rédigés : « Art. R. 227-16. _ Sans préjudice des compétences qui lui sont conférées par les articles L. 571-7 et R. 571-31-4 et suivants du code de l’environnement, le ministre chargé de l’aviation civile peut, en vue de réduire les nuisances sono- res, réglementer le trafic des hélicoptères au départ ou à destination ou à proximité de chaque aérodrome situé dans les agglomérations de largeur moyenne comprise entre 1 200 mètres et 3 600 mètres, qui figurent sur la carte aéro- nautique OACI au 1/500 000, publiée par l’Institut géogra- phique national, ainsi que des aérodromes situés à moins d’un demi-mille nautique (926 mètres) ou 463 mètres côté RÉGLEMENTATION 62 mer pour les agglomérations littorales dans les conditions fixées aux articles R. 227-17 à R. 227-19. « Art. R. 227-17. _ Le ministre chargé de l’aviation civile peut fixer, pour chaque aérodrome relevant de sa compétence situé dans les zones mentionnées à l’article R. 227-16, tout ou partie des limitations suivantes : « I. _ Limiter, en fonction des caractéristiques de l’environ- nement et des conditions d’exercice de l’activité aérienne des aérodromes concernés, le nombre maximal de mouve- ments d’hélicoptères par plage horaire, par jour, mois, saison et année ; « II. _ Déterminer les plages horaires et hebdomadaires dans lesquelles le trafic des hélicoptères dont le niveau de perfor- mance acoustique est inférieur à un seuil fixé par ce minis- tre est interdit ; « III. _ Déterminer les plages horaires et hebdomadaires pendant lesquelles les essais moteurs sont interdits. « Le ministre peut prévoir les cas où il peut exceptionnelle- ment être dérogé en raison de manifestations à caractère international ou d’importance économique majeure aux limi- tes fixées en application du I du présent article. « Les limitations fixées en application du présent article ne concernent pas les transports sanitaires ni les missions urgen- tes de protection civile. « L’Autorité de contrôle des nuisances sonores aéroportuai- res instituée aux articles L. 227-1 et suivants et, lorsqu’elles existent, les commissions consultatives de l’environnement des aérodromes concernés sont consultées sur les projets d’arrêtés pris en application du présent article. « Art. R. 227-18. _ L’exploitant de chaque aérodrome situé dans une zone définie à l’article R. 227-16 tient à jour un regis- tre des mouvements d’hélicoptères. Il recense, pour chaque mouvement, l’heure, le type d’appareil et, lorsqu’il s’agit d’un transport sanitaire ou d’une mission urgente de protection civile, l’objet du vol. Ce registre peut être consulté. « Art. R. 227-19. _ Durant la phase d’approche, l’atterrissage et le décollage au départ ou à destination des aérodromes situés dans les zones définies à l’article R. 227-16, les équi- pages sont tenus de respecter les procédures de conduite à moindre bruit définies dans le manuel de vol ou d’exploita- tion de leur aéronef. « Art. R. 227-20. _ Les manquements aux règles fixées par le ministre chargé de l’aviation civile en application de l’arti- cle R. 227-17 peuvent donner lieu au prononcé des sanctions administratives prévues à l’article L. 227-4. » Art. 4. _ La section 3 du chapitre II du titre III du livre Ier de la troisième partie (Décrets) du code de l’aviation civile est complétée par un article D. 132-6-1 ainsi rédigé : « Art. D. 132-6-1. _ L’autorisation spéciale délivrée par le préfet en application de l’article D. 132-6 précise les limita- tions concernant le nombre des mouvements d’hélicoptères, les plages horaires d’utilisation, les manoeuvres d’approche, de décollage et d’atterrissage, les caractéristiques acous- tiques des appareils et les essais moteurs imposées pour l’usage de chaque hélisurface. Ces limitations ne sont pas applicables aux transports sanitaires et aux missions urgen- tes de protection civile. » Art. 5. _ L’article R. 151-1 du code de l’aviation civile est complété d’un alinéa ainsi rédigé : « Est puni de l’amende prévue pour les contraventions de la troisième classe le fait pour le pilote et pour l’exploitant ou le propriétaire d’un hélicoptère de ne pas respecter les limitations fixées par le préfet en application de l’article D. 132-6-1. » Art. 6. _ Les autorisations délivrées en application de l’arti- cle D. 132-6 du code de l’aviation civile antérieurement à l’in- tervention du présent décret sont mises à jour dans un délai de six mois à compter de sa publication pour définir les limi- tations prévues à l’article D. 132-6-1 du même code. Art. 7. _ Les dispositions du présent décret ne s’appliquent pas aux aéronefs suivants : – aéronef effectuant une mission de caractère sanitaire ou humanitaire ; – aéronef effectuant une mission de protection des person- nes et des biens ; – aéronef effectuant une mission d’Etat ; – aéronefs militaires. Art. 8. _ Le ministre d’Etat, ministre de l’écologie, de l’éner- gie, du développement durable et de la mer, en charge des technologies vertes et des négociations sur le climat, le secré- taire d’Etat chargé des transports et la secrétaire d’Etat char- gée de l’écologie sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l’exécution du présent décret, qui sera publié au Journal officiel de la République française. Fait à Paris, le 20 octobre 2010 RÉGLEMENTATION 63 NORMES FRANCAISES 2010 AVRIL NF ISO 7919-2 Évaluation des vibrations des machines par mesurage sur les arbres tournants Partie 2 : Turbines à vapeur et alternateurs pour applications terrestres excédant 80 MW avec des vitesses normales de fonctionnement de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min, 3 600 r/min Dispositions pour évaluer la sévérité in situ des vibrations en bande large des arbres, mesurées radialement (c’est-à-dire transversalement) par rapport à l’axe de l’arbre au droit ou à proximité des paliers principaux. Il s’agit : - des vibrations dans ces conditions normales de fonction- nement en régime permanent ; - des vibrations dans d’autres conditions (en régime non permanent), lorsque des fluctuations transitoires intervien- nent, notamment pendant la montée en vitesse ou le ralentis- sement, le chargement initial et les variations de charge ; - des changements de vibrations susceptibles de se produire durant un fonctionnement normal en régime permanent. Pour les turbines à vapeur et les alternateurs de grande taille, il est également courant d’évaluer les vibrations en fonction des mesurages des vibrations, voir les normes ISO 18816-1 et NF ISO 10816-2. MAI NF EN ISO 60318-1 Electronique - Simulateurs de tête et d’oreille humaines Partie 1 : Simulateur d’oreille pour la mesure des écouteurs supra-auraux et circumauraux Spécifications d’un simulateur d’oreille pour la mesure des écouteurs supra-auraux et circumauraux (utilisés, par exem- ple, en audiométrie et téléphonométrie) appliqués sur l’oreille sans fuite acoustique, dans le domaine de fréquence compris entre 20 Hz et 10 kHz. NF EN 60645-6 Electroacoustique - Appareillage audiométrique Partie 6 : Instruments pour la mesure des émissions otoa- coustiques Cette norme s’applique aux instruments conçus principalement pour la mesure des émissions otoacoustiques dans le conduit auditif externe humain qui sont évoquées par des impulsions ou des sons provenant d’une sonde acoustique NF EN 60645-7 Electroacoustique - Appareillage audiométrique Partie 7 : Instruments pour la mesure des réponses du tronc cérébral à une stimulation auditive Cette norme s’applique aux instruments conçus pour la mesure audiologique des potentiels évoqués de l’oreille interne, du nerf auditif et du tronc cérébral, évoqués par des stimuli acoustiques et/ou vibratoires de courte durée. NF EN 13023+A1 Méthodes de mesurage du bruit émis par les machines d’impression, de transformation, de fabrication et de finition du papier Classes de précision 1 et 2 Spécification de toutes les informations nécessaires pour procéder efficacement et dans des conditions normalisés à la détermination, la déclaration et à la vérification des émis- sions sonores aériennes des machines destinées à l’impres- sion et à la transformation du papier qui font l’objet des séries EN 1010 ainsi que des machines destinées à la fabrication et à la finition du papier traitées par les séries EN 1034 Spécification des méthodes de mesurage des émissions sonores, ainsi que les conditions de fonctionnement et de montage qui doivent être utilisés lors de l’essai. NF EN 300 753 Ingénierie des équipements Bruit acoustique émis par les équipements de télécommu- nications (V1.2.1) Spécification des limites du bruit émis par les équipements utilisés dans des sites de télécommunication. Il concerne les équipements de commutation, de transmission, d’alimentation en énergie, de supervision ainsi que ceux de tarification et de facturation. Cette norme spécifie également des méthodes pour la mesure, la déclaration et la vérification du bruit émis par les équipements. Le descripteur utilisé pour quantifier le bruit émis est le niveau de puissance acoustique pondérée A, niveau exprimé en bels. Les limites spécifiées ne s’appli- quent qu’au bruit acoustique généré dans l’air par l’équipe- ment en fonctionnement normal. C’est-à-dire que ces limites ne s’appliquent pas au fonctionnement en situation de crise ou pendant des opérations d’entretien. En outre, ces limites ne s’appliquent pas aux caractéristiques des équipements qui produisent intentionnellement des sons, par exemple les signaux d’alarme, les singaux d’avertissmeent, les signaux vocaux, etc. Enfin, le présent document ne spécifie pas les milites maximales du niveau de pression acoustique dans des environnements particuliers. 64 Signal Développement, société d’in- génierie basée à Poitiers recher- che : Un technicien en acoustique Sous la responsabilité d’un chargé d’af- faires, vous aurez en charge la réalisa- tion de mesures de bruit et participerez aux études (simulations, préconisations, rédaction de rapport) Profil recherché : Technicien spécialisé en acoustique et possédant une expérience réussie de 1 à 3 années dans un bureau d’études. Poste nécessitant un bon relationnel et la volonté d’une grande autonomie à terme. Poste basé à Poitiers et à pourvoir en janvier 2011, CDD ou CDI à discuter, salaire à négocier en fonction de l’ex- périence. Contact : Merci de transmettre votre CV accompagné d’une lettre de motivation par courriel à l’attention de : M. Grégory Lebot Tel : 05 49 46 24 01 E-mail :
[email protected] Site Internet : www.signal-developpement.com Egis Structures & Environnement, société spécialisée dans le domaine des infrastructures de transports recherche : Un Ingénieur en acoustique Sous la responsabilité du responsable de la cellule acoustique, vous aurez en charge la réalisation d’étude d’im- pact acoustique environnementale. Les études d’impact à réaliser concernent les infrastructures ferroviaires et routiè- res. Vous aurez en charge la rédaction de notes de synthèse, la recherche d’en- trants et la modélisation des projets sous MITHRA (impact et mesure), ainsi que la présentation des résultats. Profil recherché : Bac + 5 en école d’ingénieur avec une spécialisation en acoustique ou DESS en acoustique ; Une première expérience en bureau d’étude est souhaitée ; Une maîtrise des outils informatique de type CAO est souhaitable (autocad, microstation, mithra ou équivalent). Egis Structures & Environnement s’en- gage à promouvoir la diversité. Le recru- tement de collaborateurs en situation de handicap constitue un axe important de notre politique RH. Contact : Envoyer vos candidatures à l’adresse mail suivante: E-mail : recrutement.egis-structures-
[email protected] Site Internet : www.egis.fr Peutz France recherche : Un ingénieur chargé(e) d’affaires en acoustique architecturale et environnementale déjà rompu à la mesure acoustique et vibratoire pour un poste CDI basé à Paris. Vous aurez en charge, sous la super- vision d’un ingénieur senior, la gestion de projets que vous mènerez depuis les mesures et études initiales jusqu’aux réceptions. Vous devrez utiliser les divers logiciels de prévision technique ainsi que les multiples chaînes d’acquisitions et de traitement de signaux afin d’asseoir votre expertise sur de solides bases. Vous participerez à l’image de la société dans votre travail et notamment lors de vos déplacements chez les clients. Vous aurez à préparer voire animer des réunions chez les clients ou en interne. Profil recherché : BAC+5 minimum issu d’une formation dans le domaine du bâtiment avec une spécialisation acoustique et une expé- rience de 3/4 ans dans un bureau d’étu- des acoustiques. Des qualités relationnelles, d’enca- drement et commerciales sont néces- saires. Disponibilité, réactivité, rigueur et quali- tés d’élocution et rédactionnelles sont requises. Compétence et expérience en informa- tique (gestion de serveur) seraient très appréciées. Anglais impératif. Autres langues euro- péennes appréciées. Poste à pourvoir courant décembre 2010 Contact : Faire parvenir CV et lettre de motivation et prétentions salariales par courriel à : Peutz France sous l’intitulé « Candidature au poste d’ingénieur à Paris » E-mail :
[email protected] STAGES ET OFFRES D’EMPLOI Aucune concession, à chacun sa protection. La conservation de l’audition signife protéger votre atout le plus important : vos employés. Pour cela, ils ont besoin de ce qu’il y a de mieux. Bien que vos employés soient tous différents, votre objectif reste le même : fournir à chacun d’eux la protection la plus confortable et la plus effcace. La vaste gamme de bouchons d’oreille et de casques antibruit Howard Leight by Sperian (anciennement Bilsom), déclinés dans de nombreux matériaux, styles et tailles, vous permet de créer votre propre programme de conservation de l’audition, sans jamais faire de compromis. N’hésitez pas à nous contacter : Tél : +33 (0)1 49 90 79 79 - Fax : +33 (0)1 49 90 71 04
[email protected] B N 0 8 8 5 – 1 1 www.bksv.fr/Type2270G France : Bruel & Kjaer France. · 46 rue du Champoreux - BP 33 - 91540 Mennecy Télephone: +33 1 69 90 71 00 · Fax: +33 1 69 90 02 55 · www.bksv.fr ·
[email protected] HEADQUARTERS: Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S · DK-2850 Nærum · Denmark Telephone: +45 77 41 20 00 · Fax: +45 45 80 14 05 · www.bksv.com ·
[email protected] La plateforme 2270 de Brüel & Kjær. Unique... tout simplement ! UN PARTENAIRE UNIQUE POUR TOUS VOS BESOINS ! Brüel & Kjær propose la gamme de solutions en acoustique & vibrations la plus complète du marché LE NOUVEL INTENSIMETRE PORTABLE Type 2270-G VOS MESURES D’INTENSITE ACOUSTIQUE EN TOUTE SIMPLICITE ! SIMPLISSIME : Localisation des sources acoustiques Vue schématique de la position de la source par rapport à la sonde (Ecran 1) SIMPLISSIME : Organisation des mesures Observez votre grille de mesure superposée à la photo de votre source de bruit et laissez-vous guider (Ecran 2) SIMPLISSIME : Obtention des résultats sur place, avant de quitter le site Calcul automatique de la puissance acoustique (Ecran 3) SIMPLISSIME : Localisation à partir de cartes en couleur Traitez vos données à l’aide du logiciel PULSE Noise Source Identification Grâce au Type 2270-G, les applications intensimétriques n’ont jamais été aussi SIMPLES ! Ecran 1 Ecran 2 Ecran 3 66 ACTUALITÉS Le plus petit violon du monde utilise les MEMS Des chercheurs et des étudiants de l’Institut de techniques nano MESA+ de l’Université de Twente, aux Pays-Bas, ont réalisé le premier instrument de musi- que MEMS (Micro Electro Mechanical System, microsystème électroméca- nique en français) capable de produire des sons audibles. L’instrument produit les ondes sonores à l’aide de microres- sorts, épais de quelques micromètres seulement, et longs d’un peu plus d’un demi-millimètre. Selon les chercheurs c’est l’accordage du micro-instrument qui a été l’étape la plus délicate, mais une fois maîtrisé, le processus a permis de récolter un savoir-faire applicable à la fabrication d’autres micro-structu- res mobiles. Les ressorts du Micronium, le nom donné par les inventeurs au micro- instrument, sont lestés au moyen de balourds de quelques microgrammes, mis en mouvement par des comb drives. Il s’agit de petits peignes qui, parfaitement emboîtés au repos, se décalent entre eux sous l’influence d’un courant électrique, ce qui fait vibrer les poids avec une amplitude de quel- ques micromètres. Cette vibration peut être détectée et produit un son audible après amplification. Chaque note a son propre système à ressort, et une puce contient six de ces systèmes, soit six notes. En utilisant plusieurs puces, il est possible d’étendre la gamme des fréquences. Source : http://www.elektor.fr/ Le département des Hautes Pyrénées a signé une convention ADEME pour résorber ses points noirs La lutte contre le bruit fait partie des grands défis environnementaux. C’est la raison pour laquelle, dans le cadre du Grenelle de l’environnement, l’ADEME s’est vue, en 2009, dotée par l’État d’un fonds spécifique de 193 millions sur trois ans. Objectifs : aider les gestion- naires d’infrastructures routières et ferroviaires à résorber les points noirs Bruit les plus importants. Le Conseil général des Hautes Pyrénées a été l’une des premières collectivités à en béné- ficier. L’opération cible 111 logements sur les communes de Séméac et Ibos, le long de la départementale 817, où le trafic est supérieur à 6 millions de véhicules par an. Les travaux portent exclusivement sur l’isolation de faça- des car il est impossible d’implanter des écrans anti-bruit sur le site. La première étape consiste à réaliser un audit mixte acoustique et thermique pour chaque logement, conformément au cahier des charges de l’ADEME. Celui-ci servira de base pour établir un programme de travaux d’améliora- tion. L’État (DDT) qui conduit lui-même une opération d’insonorisation à Tarbes le long de la RN 21, apporte une aide technique à l’opération. Source : ADEME & Vous, n°40, novembre 2010 Ultrasons miniatures Un dispositif capable de détecter ou engendrer des ultrasons à l’aide d’un laser a été mis au point à l’université de Nottingham (Grande-Bretagne). Il est si petit qu’il permet d’envisager des «écho- graphies» à l’échelle de la cellule. Source : L’usine nouvelle, n°3205, 16 septem- bre 2010 CARNET Hommage à Walter Lauriks Nous avons la tristesse de vous faire part du décès de Walter Lauriks, Professeur à la «Katholieke Universiteit Leuven», directeur du «Laboratory of Acoustics and Thermal Physics», et membre de la SFA depuis 1995. Spécialiste de l’acoustique des matériaux poreux, Walter Lauriks avait reçu la médaille étrangère de la SFA lors du congrès Acoustics’08 à Paris. Il a présenté une confé- rence générale au Congrès Français d’Acoustique, à Lyon en avril 2010, c’est ce texte qui est publié par le présent numéro d’Acoustique et Techniques. Nous saluons sa mémoire et exprimons nos sincères condoléances à sa famille et à ses collègues. B N 0 8 8 5 – 1 1 www.bksv.fr/Type2270G France : Bruel & Kjaer France. · 46 rue du Champoreux - BP 33 - 91540 Mennecy Télephone: +33 1 69 90 71 00 · Fax: +33 1 69 90 02 55 · www.bksv.fr ·
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