Dimensionnement d’un Écran Acoustique Routier

Exercice : Dimensionnement d'un Écran Acoustique

Dimensionnement d'un Écran Acoustique Routier

Contexte : La protection contre le bruit routierEnsemble des techniques visant à réduire la nuisance sonore générée par le trafic routier pour les riverains..

Un nouveau bâtiment résidentiel est construit à proximité d'une autoroute très fréquentée. Le niveau de bruit ambiant mesuré en façade est trop élevé par rapport aux normes réglementaires de confort acoustique. Pour protéger les futurs habitants, il est décidé d'installer un écran acoustique entre la route et le bâtiment. Cet exercice a pour but de vous guider dans le dimensionnement de la hauteur de cet écran pour atteindre l'objectif de réduction de bruit.

Remarque Pédagogique : Cet exercice illustre comment appliquer les principes fondamentaux de l'acoustique, notamment la diffractionPhénomène par lequel les ondes sonores contournent les obstacles. C'est le principe clé qui explique comment un écran acoustique fonctionne., pour résoudre un problème d'ingénierie concret et d'actualité, lié à l'urbanisme et au bien-être des populations.


Objectifs Pédagogiques

  • Comprendre le rôle et le principe de fonctionnement d'un écran acoustique.
  • Calculer l'atténuation sonore nécessaire en fonction des niveaux de bruit source et cible.
  • Appliquer le concept de différence de marche pour quantifier l'effet de l'écran.
  • Déterminer la hauteur requise d'un écran en utilisant une méthode de calcul simplifiée.

Données de l'étude

On étudie la configuration géométrique entre une source de bruit (la route), un récepteur (la fenêtre d'un appartement) et l'écran à dimensionner.

Configuration Géométrique du Problème
Source (S) Récepteur (R) Écran (P) hₛ=0.5m hᵣ=4.5m h = ? d₁ = 10m d₂ = 30m
Paramètre Acoustique & Géométrique Symbole Valeur Unité
Niveau sonore routier sans écran \(L_{\text{Aeq, route}}\) 75 dB(A)
Objectif de niveau sonore en façade \(L_{\text{cible}}\) 55 dB(A)
Fréquence dominante du bruit routier \(f\) 500 Hz
Hauteur de la source sonore (pots d'échappement) \(h_S\) 0.5 m
Hauteur du récepteur (fenêtre) \(h_R\) 4.5 m
Distance Source → Écran \(d_1\) 10 m
Distance Écran → Récepteur \(d_2\) 30 m

Questions à traiter

  1. Calculer l'atténuation acoustique minimale \(\Delta L\) que l'écran doit fournir.
  2. En utilisant la formule de Maekawa simplifiée, déterminer le nombre de Fresnel \(N\) nécessaire pour obtenir cette atténuation.
  3. Calculer la différence de marche \(\delta\) correspondante.
  4. En utilisant l'approximation géométrique pour la différence de marche, calculer la hauteur effective \(H_{\text{eff}}\) de l'écran.
  5. En déduire la hauteur totale \(h\) de l'écran acoustique à construire.

Les bases de l'acoustique des écrans

Un écran acoustique ne "bloque" pas le son, il force les ondes sonores à parcourir un chemin plus long pour atteindre le récepteur en se diffractant par-dessus son sommet. Ce trajet allongé, comparé au trajet direct, est la clé de l'atténuation.

1. Différence de marche (\(\delta\))
C'est la différence de longueur entre le chemin diffracté (Source-Sommet de l'écran-Récepteur) et le chemin direct (Source-Récepteur). Elle est notée \(\delta\) et se calcule par : \[ \delta = (SR + RP) - SP \] Où S est la source, R le récepteur, et P le sommet de l'écran. Plus \(\delta\) est grand, plus l'atténuation est importante.

2. Nombre de Fresnel (\(N\))
Ce nombre sans dimension relie la différence de marche à la longueur d'onde \(\lambda\) du son (\(\lambda = c/f\), avec \(c \approx 340\) m/s). Il quantifie l'importance de la diffraction. \[ N = \frac{2\delta}{\lambda} \] Un nombre de Fresnel positif indique que le récepteur est dans l'ombre acoustique de l'écran.

3. Formule d'atténuation (Maekawa)
Pour \(N > 0\), une formule simplifiée souvent utilisée pour estimer l'atténuation due à la diffraction est : \[ \Delta L_{\text{diff}} \approx 10 \log_{10}(3 + 20N) \] Cette formule montre que l'atténuation (en dB) augmente avec le nombre de Fresnel.


Correction : Dimensionnement d'un Écran Acoustique Routier

Question 1 : Calculer l'atténuation acoustique minimale \(\Delta L\)

Principe (le concept physique)

L'objectif est de quantifier la "performance" acoustique que l'écran doit atteindre. Cela se traduit par la réduction du niveau sonore, mesurée en décibels (dB). On cherche simplement à savoir de combien de décibels le bruit doit baisser pour passer du niveau existant au niveau visé.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Le décibel (dB) est une unité logarithmique. Cela signifie qu'on ne peut pas les additionner ou les soustraire comme des grandeurs linéaires. Cependant, l'atténuation, qui représente une différence de niveaux, se calcule bien par une simple soustraction des valeurs en dB.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Dans tout problème de dimensionnement, la première étape cruciale est de définir clairement l'objectif à atteindre. Ici, avant même de penser à la forme ou à la hauteur de l'écran, il faut chiffrer précisément la réduction de bruit nécessaire. C'est notre cahier des charges.

Normes (la référence réglementaire)

En France, les niveaux de bruit à ne pas dépasser sont fixés par la réglementation, notamment le Code de la santé publique et le Code de l'environnement. Pour les nouvelles constructions près d'infrastructures de transport, des arrêtés spécifiques fixent les niveaux sonores limites en façade (souvent autour de 55-60 dB(A) le jour).

Formule(s) (l'outil mathématique)

Définition de l'atténuation

\[ \Delta L = L_{\text{actuel}} - L_{\text{cible}} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • Les niveaux sonores fournis sont des niveaux équivalents \(L_{\text{Aeq}}\) représentatifs sur la période considérée.
  • L'objectif réglementaire est une valeur à ne pas dépasser.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Niveau sonore actuel\(L_{\text{Aeq, route}}\)75dB(A)
Niveau sonore cible\(L_{\text{cible}}\)55dB(A)
Astuces (Pour aller plus vite)

Pour avoir un ordre de grandeur, retenez que pour l'oreille humaine : -3 dB correspond à diviser l'énergie sonore par deux (à peine perceptible), -10 dB est perçu comme une division du bruit par deux, et -20 dB comme une division par quatre. Une atténuation de 20 dB est donc très significative !

Schéma (Avant les calculs)
Objectif d'Atténuation
800Niveau [dB(A)]Actuel75Cible55ΔL = ?
Calcul(s) (l'application numérique)

Calcul de l'atténuation requise

\[ \begin{aligned} \Delta L &= 75 \, \text{dB(A)} - 55 \, \text{dB(A)} \\ &= 20 \, \text{dB(A)} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Objectif d'Atténuation Atteint
800Niveau [dB(A)]Actuel75Cible55ΔL = 20 dB
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Une atténuation requise de 20 dB(A) est élevée. Elle confirme qu'une simple barrière végétale ou un petit muret serait totalement inefficace. Un ouvrage de protection acoustique conséquent, spécifiquement dimensionné, est indispensable.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Assurez-vous de toujours soustraire le niveau cible du niveau actuel, et non l'inverse, pour obtenir une atténuation positive. Une valeur négative n'aurait pas de sens physique dans ce contexte de réduction.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

La performance attendue d'une solution acoustique (son "isolement" ou son "atténuation") est toujours la différence entre la situation sonore initiale et la situation sonore souhaitée.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

La pondération (A) du décibel, notée dB(A), a été développée pour que les mesures acoustiques correspondent mieux à la perception de l'oreille humaine, qui est plus sensible aux fréquences médiums (autour de 1000-4000 Hz) qu'aux basses et très hautes fréquences.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
L'écran acoustique doit fournir une atténuation d'au moins 20 dB(A).
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Si le niveau sonore initial était de 72 dB(A) et la cible de 58 dB(A), quelle serait l'atténuation requise ?

Question 2 : Déterminer le nombre de Fresnel \(N\) nécessaire

Principe (le concept physique)

Le nombre de Fresnel (\(N\)) est une grandeur sans dimension qui caractérise l'ampleur du phénomène de diffraction. Il relie la géométrie du problème (la différence de marche \(\delta\)) à la nature ondulatoire du son (sa longueur d'onde \(\lambda\)). Pour obtenir une certaine atténuation, il faut atteindre un certain nombre de Fresnel.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La formule de Maekawa est une abaque empirique (basée sur des milliers de mesures expérimentales) qui a été modélisée par une formule logarithmique. Elle est très utilisée en ingénierie pour sa simplicité et sa robustesse pour prédire l'atténuation d'écrans simples.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Ici, nous faisons le chemin inverse du calcul habituel. Au lieu de calculer l'atténuation à partir de la géométrie, nous utilisons l'atténuation souhaitée pour trouver un paramètre géométrique clé, \(N\). Cela nécessite de savoir "inverser" la formule mathématique.

Normes (la référence réglementaire)

Les méthodes de calcul pour les écrans acoustiques sont standardisées, notamment dans la norme internationale ISO 9613-2 ("Atténuation du son lors de sa propagation à l'air libre"). Les abaques de Maekawa sont l'une des approches validées par ces normes.

Formule(s) (l'outil mathématique)

Formule inverse de Maekawa

\[ N = \frac{10^{(\Delta L / 10)} - 3}{20} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • On considère que la formule de Maekawa est applicable et suffisamment précise pour ce prédimensionnement.
  • L'écran est supposé être infiniment long et mince.
  • Le sol est parfaitement réfléchissant et n'introduit pas d'atténuation supplémentaire.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Atténuation requise\(\Delta L\)20dB(A)
Astuces (Pour aller plus vite)

Pour inverser rapidement, souvenez-vous que si \(Y = 10 \log_{10}(X)\), alors \(X = 10^{(Y/10)}\). Appliquez cela avec \(Y = \Delta L\) et \(X = (3+20N)\) et vous retrouverez la formule très vite.

Schéma (Avant les calculs)
Objectif de calcul
ΔL = 20 dBMaekawaN = ?
Calcul(s) (l'application numérique)

Calcul du nombre de Fresnel

\[ \begin{aligned} N &= \frac{10^{(20 / 10)} - 3}{20} \\ &= \frac{10^2 - 3}{20} \\ &= \frac{100 - 3}{20} \\ &= \frac{97}{20} \\ &= 4.85 \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Positionnement sur la courbe de Maekawa
Nombre de Fresnel (N)Atténuation (dB)4.8520
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Un nombre de Fresnel de 4.85 est une valeur assez élevée. Elle indique que le sommet de l'écran devra être significativement plus haut que la ligne de vue directe entre la source et le récepteur pour obtenir l'effet désiré.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

L'erreur classique est dans l'inversion de la formule. N'oubliez pas de diviser \(\Delta L\) par 10 AVANT de le passer en exposant de 10. Une erreur sur ce point mène à des résultats de \(N\) physiquement impossibles.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

Le nombre de Fresnel est le lien direct entre la performance acoustique (\(\Delta L\)) et la géométrie de la diffraction (\(\delta, \lambda\)). Maîtriser la relation entre ces grandeurs est la clé du dimensionnement d'écrans.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Le nombre de Fresnel a été initialement développé en optique pour décrire la diffraction de la lumière. L'acousticien Zyun-iti Maekawa a eu l'idée de l'appliquer à l'acoustique environnementale dans les années 1960, révolutionnant le calcul des écrans anti-bruit.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
Un nombre de Fresnel de 4.85 est requis pour atteindre l'atténuation souhaitée.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Quel serait le nombre de Fresnel \(N\) nécessaire pour une atténuation plus modeste de 15 dB ?

Question 3 : Calculer la différence de marche \(\delta\)

Principe (le concept physique)

Nous allons maintenant traduire le nombre de Fresnel (qui est une grandeur abstraite de diffraction) en une grandeur géométrique concrète : la différence de marche \(\delta\). C'est la distance supplémentaire que le son doit parcourir. Pour cela, il faut d'abord connaître la "taille" d'une onde sonore, c'est-à-dire sa longueur d'onde \(\lambda\).

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La longueur d'onde \(\lambda\) est inversement proportionnelle à la fréquence \(f\). Un son grave (basse fréquence) a une grande longueur d'onde et diffracte facilement. Un son aigu (haute fréquence) a une petite longueur d'onde et est plus facilement "arrêté" par les obstacles. C'est pourquoi on entend souvent les basses de la musique du voisin à travers les murs.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Cette étape est une simple application de formule, mais elle est fondamentale. Elle fait le pont entre le monde "acoustique" (\(N\), \(\lambda\)) et le monde "géométrique" (\(\delta\)). Ne négligez pas le calcul intermédiaire de la longueur d'onde, il est essentiel.

Normes (la référence réglementaire)

La vitesse du son dans l'air, \(c\), n'est pas une constante absolue. Elle dépend de la température et de l'humidité. Les normes (comme ISO 9613) fixent des conditions de référence (par ex. 20°C) pour lesquelles \(c \approx 343\) m/s. Utiliser 340 m/s est une simplification courante et acceptable.

Formule(s) (l'outil mathématique)

Formule de la longueur d'onde

\[ \lambda = \frac{c}{f} \]

Formule de la différence de marche

\[ \delta = \frac{N \cdot \lambda}{2} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • La vitesse du son dans l'air est considérée constante à \(c = 340\) m/s.
  • Le calcul est fait pour la fréquence de 500 Hz, considérée comme la plus représentative du bruit routier.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Nombre de Fresnel requis\(N\)4.85-
Fréquence dominante\(f\)500Hz
Astuces (Pour aller plus vite)

Pour le bruit routier, les fréquences dominantes sont souvent entre 500 et 1000 Hz. La longueur d'onde sera donc typiquement comprise entre 34 cm et 68 cm. Si vous trouvez une longueur d'onde de plusieurs mètres ou de quelques millimètres, vérifiez votre calcul.

Schéma (Avant les calculs)
Illustration de la Différence de Marche
SRPδ = (SP + PR) - SR
Calcul(s) (l'application numérique)

Étape 1 : Calcul de la longueur d'onde \(\lambda\)

\[ \begin{aligned} \lambda &= \frac{340 \, \text{m/s}}{500 \, \text{Hz}} \\ &= 0.68 \, \text{m} \end{aligned} \]

Étape 2 : Calcul de la différence de marche \(\delta\)

\[ \begin{aligned} \delta &= \frac{4.85 \times 0.68 \, \text{m}}{2} \\ &= \frac{3.298}{2} \\ &\approx 1.65 \, \text{m} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Valeur de la Différence de Marche
SRPδ = 1.65 m
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Une différence de marche de 1.65 m est considérable. Elle est bien supérieure à la longueur d'onde (0.68 m), ce qui confirme que la diffraction sera importante et l'atténuation significative, conformément au nombre de Fresnel élevé.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Attention à ne pas oublier de diviser par 2 dans la formule de \(\delta\). Le nombre de Fresnel est défini avec un facteur 2 : \(N = 2\delta/\lambda\).

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

La différence de marche \(\delta\) est la "cause" géométrique, tandis que le nombre de Fresnel \(N\) est "l'effet" en termes de diffraction. L'un ne va pas sans l'autre et ils sont liés par la longueur d'onde \(\lambda\).

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Dans les salles de concert, les acousticiens jouent avec la diffraction sur des panneaux de forme complexe (les diffuseurs) pour disperser le son de manière homogène dans la salle et éviter les échos désagréables, en contrôlant précisément les différences de marche.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
La différence de marche entre le chemin direct et le chemin diffracté doit être d'environ 1.65 m.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Si le bruit était plus grave (250 Hz), quelle serait la différence de marche \(\delta\) requise pour le même nombre de Fresnel N=4.85 ?

Question 4 : Calculer la hauteur effective \(H_{\text{eff}}\) de l'écran

Principe (le concept physique)

Nous allons maintenant transformer la différence de marche \(\delta\), qui est une différence de longueur de trajet, en une hauteur physique. La hauteur effective \(H_{\text{eff}}\) est la hauteur du sommet de l'écran mesurée à partir de la ligne de vue directe Source-Récepteur. C'est la partie "utile" de l'écran qui crée la diffraction.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La formule d'approximation de \(\delta\) est dérivée du théorème de Pythagore appliqué aux triangles rectangles formés par la source, le récepteur et le sommet de l'écran, en supposant que les hauteurs sont petites par rapport aux distances horizontales. C'est une simplification très courante en acoustique environnementale.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Cette étape est purement géométrique. Elle permet de relier la performance acoustique requise (traduite en \(\delta\)) à une dimension concrète de l'ouvrage (\(H_{\text{eff}}\)). C'est le cœur du travail de l'ingénieur : traduire une exigence fonctionnelle en spécification technique.

Normes (la référence réglementaire)

Les guides techniques et normes de calcul d'écrans (comme le guide du SETRA en France ou la norme ISO 9613-2) présentent tous cette formule d'approximation géométrique comme une méthode de base pour le prédimensionnement.

Formule(s) (l'outil mathématique)

Formule de la différence de marche approchée

\[ \delta \approx \frac{H_{\text{eff}}^2}{2} \left( \frac{1}{d_1} + \frac{1}{d_2} \right) \Rightarrow H_{\text{eff}} = \sqrt{\frac{2 \delta}{\frac{1}{d_1} + \frac{1}{d_2}}} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • L'approximation géométrique est considérée comme valide, ce qui est le cas car les distances (10m, 30m) sont bien supérieures aux hauteurs.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Différence de marche\(\delta\)1.65m
Distance Source-Écran\(d_1\)10m
Distance Écran-Récepteur\(d_2\)30m
Astuces (Pour aller plus vite)

Pour calculer plus vite le terme \(\frac{1}{d_1} + \frac{1}{d_2}\), utilisez la formule \(\frac{d_1+d_2}{d_1 d_2}\). Ici : \((10+30)/(10 \times 30) = 40/300\), ce qui est bien égal à \(4/30\).

Schéma (Avant les calculs)
Hauteur Effective
SRHeff = ?
Calcul(s) (l'application numérique)

Calcul de la hauteur effective

\[ \begin{aligned} H_{\text{eff}} &= \sqrt{\frac{2 \times 1.65}{\frac{1}{10} + \frac{1}{30}}} \\ &= \sqrt{\frac{3.3}{\frac{3+1}{30}}} \\ &= \sqrt{\frac{3.3}{4/30}} \\ &= \sqrt{3.3 \times \frac{30}{4}} \\ &= \sqrt{24.75} \\ &\approx 4.97 \, \text{m} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Hauteur Effective Calculée
SRHeff = 4.97m
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Une hauteur effective de près de 5 mètres est très importante. Cela signifie que l'écran doit dépasser de manière significative la ligne de vue pour "casser" le chemin du son et forcer une diffraction suffisante. On se rend compte que pour 20 dB d'atténuation, l'obstacle doit être massif.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

L'erreur la plus fréquente est de se tromper dans le calcul de la fraction \(\frac{1}{d_1} + \frac{1}{d_2}\). Prenez le temps de mettre au même dénominateur ou d'utiliser la calculatrice avec des parenthèses. Une inversion (\(d_1 + d_2\)) est aussi une erreur commune.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

La hauteur effective \(H_{\text{eff}}\) dépend quadratiquement de la différence de marche \(\delta\). Pour doubler la hauteur effective, il faudrait quadrupler la différence de marche, ce qui montre qu'il est de plus en plus "difficile" d'obtenir des gains d'atténuation élevés.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Pour des raisons esthétiques et d'intégration paysagère, on cherche parfois à limiter la hauteur des écrans. Une alternative est de créer un "merlon" (une butte de terre) surmonté d'un écran plus petit. L'ensemble agit comme un grand écran, mais l'impact visuel est réduit.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
La hauteur effective de l'écran (au-dessus de la ligne de vue) doit être d'environ 4.97 m.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Si l'écran était placé plus près de la source (\(d_1=5\,\text{m}\), \(d_2=35\,\text{m}\)), quelle serait la nouvelle hauteur effective requise pour la même différence de marche \(\delta=1.65\,\text{m}\) ?

Question 5 : En déduire la hauteur totale \(h\) de l'écran

Principe (le concept physique)

La hauteur totale de l'écran depuis le sol est la somme de deux parties : la hauteur de la ligne de vue directe à l'emplacement de l'écran (\(h_{\text{vue}}\)), et la hauteur effective (\(H_{\text{eff}}\)) que nous venons de calculer, qui est la partie qui dépasse cette ligne de vue.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Le calcul de la hauteur de la ligne de vue (\(h_{\text{vue}}\)) est une application directe du théorème de Thalès. Les triangles formés par la source, le récepteur et leurs projections au sol sont semblables, ce qui permet d'établir une relation de proportionnalité simple pour trouver la hauteur de la ligne de visée en tout point intermédiaire.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

C'est la dernière étape, celle qui donne le résultat final et concret pour le chantier. Il est essentiel de bien décomposer le problème : on calcule d'abord la hauteur de la "base" (la ligne de vue), puis on ajoute la hauteur "utile" (\(H_{\text{eff}}\)) par-dessus.

Normes (la référence réglementaire)

Les plans d'exécution d'ouvrages de génie civil doivent spécifier les cotes par rapport à un niveau de référence (le niveau du sol, le niveau de la mer, etc.). La hauteur \(h\) que nous calculons est une hauteur par rapport au sol à la base de l'écran.

Formule(s) (l'outil mathématique)

Calcul de la hauteur de la ligne de vue

\[ h_{\text{vue}} = h_S + (h_R - h_S) \frac{d_1}{d_1 + d_2} \]

Calcul de la hauteur totale

\[ h = h_{\text{vue}} + H_{\text{eff}} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • Le sol entre la source, l'écran et le récepteur est parfaitement plat. S'il y avait un dénivelé, les calculs de hauteur devraient en tenir compte.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Hauteur source\(h_S\)0.5m
Hauteur récepteur\(h_R\)4.5m
Distances\(d_1, d_2\)10, 30m
Hauteur effective\(H_{\text{eff}}\)4.97m
Astuces (Pour aller plus vite)

Visualisez la pente de la ligne de vue. Elle monte de \(h_R - h_S = 4\) mètres sur une distance totale de \(d_1+d_2 = 40\) mètres, soit une pente de 10%. À 10 mètres de la source (\(d_1\)), elle est donc montée de \(10\% \times 10\text{m} = 1\) mètre. La hauteur de la ligne de vue est donc \(h_S + 1\text{m} = 0.5 + 1 = 1.5\) m. C'est un moyen rapide de vérifier le calcul.

Schéma (Avant les calculs)
Calcul de la Hauteur Totale
S(0.5m)R(4.5m)h_vue=?Heff=4.97mh=?
Calcul(s) (l'application numérique)

Étape 1 : Calcul de la hauteur de la ligne de vue \(h_{\text{vue}}\)

\[ \begin{aligned} h_{\text{vue}} &= 0.5 + (4.5 - 0.5) \times \frac{10}{10 + 30} \\ &= 0.5 + 4 \times \frac{10}{40} \\ &= 0.5 + 4 \times 0.25 \\ &= 0.5 + 1 \\ &= 1.5 \, \text{m} \end{aligned} \]

Étape 2 : Calcul de la hauteur totale de l'écran \(h\)

\[ \begin{aligned} h &= h_{\text{vue}} + H_{\text{eff}} \\ &= 1.5 \, \text{m} + 4.97 \, \text{m} \\ &= 6.47 \, \text{m} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Hauteur Totale de l'Écran
S(0.5m)R(4.5m)h_vue=1.5mHeff=4.97mh=6.47m
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Une hauteur de 6.5 mètres est un ouvrage de génie civil très important, avec un impact visuel et un coût non négligeables. Ce résultat permet d'ouvrir des discussions avec l'architecte et l'urbaniste sur l'intégration du projet, ou d'envisager des alternatives (isolation de façade, etc.).

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Ne confondez pas la hauteur totale \(h\) avec la hauteur effective \(H_{\text{eff}}\). C'est l'erreur la plus commune. \(H_{\text{eff}}\) est une grandeur de calcul, \(h\) est la dimension réelle à construire.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

La hauteur finale d'un écran acoustique se décompose toujours en : 1. La hauteur de la ligne de vue à l'aplomb de l'écran. 2. La hauteur effective nécessaire pour générer la diffraction souhaitée. La somme des deux donne la hauteur à construire.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Certains écrans acoustiques modernes sont "mixtes" : ils ont une base opaque (béton, bois) et une partie supérieure transparente (verre acrylique, polycarbonate) pour préserver la vue des riverains et limiter la sensation d'"enfermement", tout en conservant la hauteur acoustique nécessaire.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
La hauteur totale de l'écran acoustique doit être d'environ 6.5 mètres.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Si le récepteur était plus haut (\(h_R=8.5\,\text{m}\)), quelle serait la hauteur totale \(h\) requise pour l'écran (en gardant \(H_{\text{eff}}=4.97\,\text{m}\)) ?


Outil Interactif : Simulateur d'Atténuation

Utilisez cet outil pour voir comment l'atténuation sonore varie en fonction de la hauteur de l'écran et de la distance entre la route et le bâtiment. Les autres paramètres (hauteurs source/récepteur, position de l'écran, fréquence) sont fixes, basés sur l'exercice.

Paramètres d'Entrée
6.5 m
30 m
Résultats Clés
Atténuation Calculée -
Niveau sonore résultant -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Quel est le principal phénomène physique permettant à un écran de réduire le bruit ?

  • L'absorption
  • La diffraction

2. Si la fréquence du bruit augmente (par ex. 1000 Hz au lieu de 500 Hz), l'efficacité d'un écran de même hauteur...

  • Diminue
  • Reste la même

3. Une différence de marche (\(\delta\)) négative signifierait que...

4. Pour une hauteur donnée, un écran est généralement plus efficace s'il est placé...

5. Doubler la hauteur effective (\(H_{\text{eff}}\)) d'un écran va...


Glossaire

Atténuation Acoustique
Réduction du niveau d'intensité sonore, exprimée en décibels (dB). C'est la performance de l'écran.
Diffraction
Phénomène par lequel une onde (sonore ou lumineuse) est déviée et se propage derrière un obstacle. C'est ce qui permet au son de "contourner" l'écran.
Différence de marche (\(\delta\))
La distance supplémentaire que le son doit parcourir pour contourner l'écran par rapport à une ligne droite. C'est un indicateur clé de l'efficacité.
Nombre de Fresnel (\(N\))
Un nombre sans dimension qui compare la différence de marche à la longueur d'onde du son. Il sert à calculer l'atténuation de manière standardisée.
Exercice : Dimensionnement d'un Écran Acoustique Routier

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