Études de cas pratique

EGC

Acoustique des ponts et des tunnels

Calcul d'Efficacité d'un Écran Acoustique (Ponts/Tunnels)

Comprendre l'Acoustique des Infrastructures de Transport

Les ponts et tunnels, en tant qu'ouvrages majeurs des réseaux de transport, peuvent être des sources significatives de nuisances sonores pour les riverains. Le bruit généré par le trafic routier ou ferroviaire se propage et peut impacter la qualité de vie. Des solutions comme les écrans acoustiques sont mises en œuvre pour réduire ces impacts. L'efficacité d'un écran est souvent caractérisée par sa "perte par insertion" (\(IL\)), qui représente la réduction du niveau sonore obtenue grâce à l'écran.

Données de l'étude

On étudie l'impact sonore d'une section de route à la sortie d'un tunnel (ou sur un pont). Un écran acoustique est envisagé pour protéger une zone résidentielle proche.

Niveaux sonores et caractéristiques de l'écran :

  • Niveau de pression acoustique moyen mesuré au niveau d'un récepteur (façade d'habitation) sans écran (\(L_{p,sans}\)) : \(75 \, \text{dB(A)}\).
  • L'écran acoustique projeté a une perte par insertion estimée (\(IL\)) de \(10 \, \text{dB(A)}\) pour les fréquences dominantes du bruit routier à ce point récepteur.
  • L'objectif réglementaire ou de confort pour la zone résidentielle est d'atteindre un niveau sonore maximal de \(63 \, \text{dB(A)}\) en façade.

Hypothèses : La perte par insertion donnée est une valeur globale moyennée. On considère que cette valeur est directement applicable pour estimer le niveau sonore après installation de l'écran.

Schéma : Écran Acoustique près d'une Source Linéaire (Route)
Source (Route) Lp,sans=75dB(A) Écran IL=10dB(A) Récepteur Lp,avec=? Effet d'un Écran Acoustique

Schéma illustrant la source de bruit, l'écran acoustique et le récepteur.

Questions à traiter

  1. Expliquer brièvement le principal mécanisme par lequel un écran acoustique réduit le niveau sonore au niveau d'un récepteur.
  2. Calculer le niveau de pression acoustique attendu au récepteur après l'installation de l'écran acoustique (\(L_{p,avec}\)).
  3. L'écran acoustique projeté permet-il d'atteindre l'objectif de niveau sonore de \(63 \, \text{dB(A)}\) au récepteur ? Justifiez votre réponse.
  4. Quels autres facteurs, non pris en compte dans ce calcul simplifié, pourraient influencer l'efficacité réelle de l'écran acoustique ?

Correction : Calcul d'Efficacité d'un Écran Acoustique

Question 1 : Mécanisme de réduction sonore d'un écran acoustique

Principe :

Un écran acoustique réduit le niveau sonore principalement par le phénomène de diffraction. Lorsqu'une onde sonore rencontre un obstacle (l'écran), elle ne s'arrête pas net mais a tendance à le contourner par ses arêtes, notamment son sommet. Cependant, cette diffraction s'accompagne d'une perte d'énergie sonore, d'autant plus importante que le chemin parcouru par l'onde diffractée pour atteindre le récepteur est plus long que le chemin direct (en l'absence d'écran). L'écran crée une "zone d'ombre" acoustique derrière lui. L'absorption et la réflexion par les matériaux de l'écran jouent aussi un rôle, mais la diffraction est souvent le mécanisme prépondérant pour l'atténuation derrière l'obstacle.

Réponse Question 1 : Le principal mécanisme est la diffraction des ondes sonores par le sommet de l'écran, ce qui crée une zone d'ombre acoustique et réduit l'énergie sonore atteignant le récepteur.

Question 2 : Calcul du niveau de pression acoustique avec écran (\(L_{p,avec}\))

Principe :

Le niveau de pression acoustique au récepteur après l'installation de l'écran (\(L_{p,avec}\)) est obtenu en soustrayant la perte par insertion (\(IL\)) de l'écran du niveau de pression acoustique initial sans écran (\(L_{p,sans}\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ L_{p,avec} = L_{p,sans} - IL \]
Données spécifiques :
  • Niveau de pression acoustique sans écran (\(L_{p,sans}\)) : \(75 \, \text{dB(A)}\)
  • Perte par insertion de l'écran (\(IL\)) : \(10 \, \text{dB(A)}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} L_{p,avec} &= 75 \, \text{dB(A)} - 10 \, \text{dB(A)} \\ &= 65 \, \text{dB(A)} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Le niveau de pression acoustique attendu au récepteur avec l'écran est \(L_{p,avec} = 65 \, \text{dB(A)}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si la perte par insertion d'un écran est de 12 dB, cela signifie que l'écran :

Question 3 : Atteinte de l'objectif de niveau sonore

Principe :

On compare le niveau sonore calculé avec l'écran (\(L_{p,avec}\)) à l'objectif de niveau sonore fixé (\(L_{objectif}\)). Si \(L_{p,avec} \le L_{objectif}\), l'objectif est atteint.

Données spécifiques :
  • Niveau sonore calculé avec écran (\(L_{p,avec}\)) : \(65 \, \text{dB(A)}\)
  • Objectif de niveau sonore (\(L_{objectif}\)) : \(63 \, \text{dB(A)}\)
Comparaison et Justification :
\[ 65 \, \text{dB(A)} \quad ? \quad 63 \, \text{dB(A)} \] \[ L_{p,avec} > L_{objectif} \]

Le niveau sonore calculé avec l'écran (\(65 \, \text{dB(A)}\)) est supérieur à l'objectif de \(63 \, \text{dB(A)}\). L'écran acoustique projeté, avec une perte par insertion de \(10 \, \text{dB(A)}\), n'est donc pas suffisant pour atteindre l'objectif fixé.

Réponse Question 3 : Non, l'écran acoustique projeté n'est pas suffisant car le niveau sonore résultant (\(65 \, \text{dB(A)}\)) dépasse l'objectif de \(63 \, \text{dB(A)}\). Il faudrait une perte par insertion supérieure.

Question 4 : Autres facteurs influençant l'efficacité d'un écran

Principe :

L'efficacité réelle d'un écran acoustique (sa perte par insertion) dépend de nombreux facteurs au-delà d'une simple valeur moyennée. Ces facteurs incluent la géométrie de l'écran, sa position par rapport à la source et au récepteur, les propriétés des matériaux, et l'environnement.

Facteurs :
  • Hauteur de l'écran : Plus l'écran est haut, plus le chemin de diffraction est important et plus l'atténuation est grande.
  • Longueur de l'écran : Pour être efficace, un écran doit être suffisamment long pour éviter le contournement latéral du son.
  • Position de l'écran : L'efficacité est généralement meilleure si l'écran est proche de la source ou du récepteur.
  • Propriétés acoustiques des matériaux : Capacité d'absorption et d'isolation des matériaux constituant l'écran. Un écran absorbant côté source réduit les réflexions.
  • Spectre fréquentiel du bruit source : Les écrans sont généralement plus efficaces pour les hautes fréquences (longueurs d'onde plus courtes, plus sensibles à la diffraction) que pour les basses fréquences.
  • Conditions météorologiques : Le vent et les gradients de température peuvent modifier la propagation du son et l'efficacité de l'écran.
  • Topographie du site : La présence de sol absorbant ou réfléchissant, de talus, etc., peut interagir avec l'effet de l'écran.
  • Réflexions multiples : Des réflexions sur d'autres surfaces (bâtiments, autres écrans) peuvent réduire l'efficacité globale.
Réponse Question 4 : De nombreux facteurs influencent l'efficacité, tels que la hauteur et la longueur de l'écran, sa position, les matériaux, le spectre du bruit, la météo et la topographie.

Quiz Intermédiaire 2 : Pour augmenter l'efficacité d'un écran acoustique contre le bruit routier, on peut typiquement :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. La "perte par insertion" (IL) d'un écran acoustique représente :

2. Le phénomène principal responsable de l'atténuation du son par un écran acoustique est :

3. Pour qu'un écran acoustique soit efficace contre le bruit routier, il est préférable qu'il soit :

Glossaire

Niveau de Pression Acoustique (\(L_p\))
Mesure logarithmique de la pression acoustique effective d'un son par rapport à une valeur de référence. Exprimé en décibels (dB), souvent pondéré A (dB(A)) pour refléter la sensibilité de l'oreille humaine.
Écran Acoustique (ou Mur Anti-Bruit)
Obstacle solide interposé entre une source de bruit et un récepteur pour réduire le niveau sonore perçu par le récepteur.
Perte par Insertion (\(IL\))
Différence, en décibels, entre les niveaux de pression acoustique mesurés en un point récepteur avant et après la mise en place d'un écran acoustique. C'est une mesure de l'efficacité de l'écran.
Diffraction Acoustique
Phénomène par lequel les ondes sonores contournent les obstacles ou se propagent à travers des ouvertures. C'est le mécanisme principal d'atténuation pour les écrans acoustiques.
dB(A)
Décibel pondéré A. La pondération A est une correction appliquée aux mesures de niveau sonore pour tenir compte de la sensibilité variable de l'oreille humaine aux différentes fréquences.
Acoustique des Ponts et Tunnels - Exercice d'Application

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