Protection acoustique

Transcription

1 Protection acoustique Solutions de protection contre le bruit avec la laine de pierre Flumroc! La pierre Suisse et sa force naturelle

2 Contenu Avant-propos 3 Structure des bases légales et normatives 4 Terminologie 6 Le son et son effet 8 Normalisation et optimisation des constructions 11 Sources de bruit externes 14 Mesures de protection contre le bruit au niveau de l enveloppe du bâtiment 18 Sources de bruit internes: bruit aérien 22 Mesures contre le bruit aérien 25 Sources de bruit internes: bruit de choc 28 Sources de bruit internes: équipements techniques 31 Le bruit à l intérieur d une unité d utilisation 33 Catalogue des éléments de construction 35 Mur de façade 36 Toiture 38 Sols 40 Parois de séparation 42 Absorption du son 44 SIA 181 tableau complémentaire 46 2

3 Construire c est aussi se protéger contre le bruit Dans un bâtiment, peu d exigences sont liées aussi étroitement au gros œuvre et au second œuvre que la protection contre le bruit. Chaque détail de raccordement, chaque fixation de tuyauterie et d installations techniques, etc. est concerné par la protection contre le bruit. Une bonne protection contre le bruit exige un effort considérable et une systématique rigoureuse lors de la planification et de la réalisation. Bien entendu, les mesures à prendre sont basées d une part sur les expériences du passé et d autre part, sur des constructions qui ont fait leurs preuves, en y incluant les innovations techniques et les nouvelles normes, parmi lesquelles: la préfabrication qui continue à progresser les épaisseurs d isolation croissantes voir Minergie et Minergie-P la nouvelle norme SIA 181 «Protection contre le bruit dans le bâtiment» La nouvelle norme fixe de nouveaux standards. Les planificateurs devront donc adapter leur concept. Et, comme souvent, le problème réside dans les détails. Seule une planification soigneuse permet d obtenir de bons résultats. Ce document Flumroc intitulé «Protection contre le bruit» arrive donc à point nommé. Il tient compte des nouveautés et offre aux praticiens une bonne introduction à cette matière complexe, avec des propositions constructives. En même temps que ses matériaux atténuant le bruit, Flumroc offre le savoir-faire nécessaire pour le dimensionnement et l établissement des justificatifs de la protection contre le bruit, ainsi que pour l exécution des détails de construction. Les planificateurs ont tout intérêt à profiter de la longue expérience de Flumroc SA. Les collaborateurs de Flumroc se réjouissent d ores et déjà des futurs contacts dans le but de vous proposer des solutions constructives intéressantes! Kurt Frei Directeur de Flumroc SA 3

4 Structure des bases légales et normatives LPE Loi sur la protection de l environnement Protection contre les immissions en général La LPE renvoie à l OPB OPB Ordonnance sur la protection contre le bruit Protection contre les immissions de bruit et réduction des émissions de bruit: «Cette ordonnance a pour but de protéger contre le bruit nuisible ou incommodant.» L OPB renvoie à SIA 181. Figure 1: LPE, OPB, SIA 181 une structure de base à trois niveaux. SIA 181 Norme SIA 181 Protection contre le bruit dans le bâtiment Protection contre le bruit dans le bâtiment: protection contre les nuisances acoustiques entre des unités d utilisation dans les bâtiments et contre le bruit extérieur. Local à protéger Types de bruit Sensibilité au bruit Description du type et de l utilisation du local d immission (local de réception) Bruit extérieur Bruit intérieur: son aérien Bruit intérieur: bruit de choc Bruit des équipements techniques du bâtiment faible; Locaux destinés à des activités essentiellement manuelles; locaux utilisés par plusieurs personnes ou pour de courtes périodes seulement. moyenne; Locaux utilisés pour l habitat, pour y dormir ou pour des activités intellectuelles. Exigences pour la protection contre le son aérien de l extérieur (valeurs page 16) Exigences pour la protection contre le son aérien de l intérieur (valeurs page 22) Exigences pour la protection contre le bruit de choc (valeurs page 29) Exigences pour la protection contre le bruit des équipements techniques du bâtiment (valeurs page 31) élevée; Locaux destinés à des utilisateurs qui ont besoin de beaucoup de tranquillité. Degrés d exigences Valeurs minimales Valeurs standard Adaptation du spectre Correction de volume Indice d affaiblissement acoustique apparent en db en db en db + C tr + C + C l en db 3 db de plus 3 db de plus 3 db de moins 3 db de moins C v en db C v en db + C v en db + C v en db Figure 2: Assurer la qualité de la construction compte tenu des différents types de bruit, des degrés de sensibilité au bruit, des niveaux d exigence et des valeurs correctives. Le document «Protection contre le bruit» suit la structure de la norme. 4

5 Contenu de ces pages La loi sur la protection de l environnement, l ordonnance sur la protection contre le bruit et la norme SIA 181 constituent les bases légales et normatives. La norme SIA fait la distinction entre quatre types de bruits: bruit extérieur, bruit provenant de l intérieur: son aérien, bruit de choc, bruit des équipements techniques du bâtiment. La norme SIA différencie trois niveaux de sensibilité au bruit: faible, moyenne, élevée. Niveau d évaluation L H Isolement acoustique normalisé D e entre l intérieur et l extérieur mesuré près de la fenêtre ouverte Niveau d évaluation L r Local récepteur 9 Heuried Bruit extérieur: son aérien Bruit intérieur: bruit de choc Niveau de pression du bruit de choc standardisé Unité d utilisation 2 Bruit intérieur: son aérien Transmission par voie directe et indirecte Local émetteur Isolement acoustique normalisé D i entre deux unités d utilisation Niveau d évaluation L H Unité d utilisation 1 Source de bruit Son solidien rayonné (une ordonnance fédérale est en préparation) Degré de nuisance: moyen à fort (côté rue) Bruit des équipements techniques du bâtiment Degré de nuisance: faible (côté jardin) Figure 3: aperçu des principaux effets sonores dans le bâtiment. Les prescriptions et les recommandations s appliquent surtout au bruit extérieur: niveau d évaluation (valeurs limites selon l ordonnance sur la protection contre le bruit). Exigences minimales pour l isolement acoustique nor- malisé de l enveloppe du bâtiment, pondéré en fonction du spectre et du volume. bruit intérieur: son aérien. Exigences minimales pour l isolement acoustique normalisé, pondéré en fonction du spectre et du volume, selon la norme SIA 181. bruit intérieur: bruit de choc. Exigences minimales pour le niveau de pression du bruit de choc standardisé, pondéré en fonction du spectre et du volume, selon la norme SIA 181. bruit des équipements techniques du bâtiment: Exigences minimales pour le niveau d évaluation pondéré en fonction du volume, selon la norme SIA

6 Terminologie Absorption Transformation de l énergie sonore en chaleur par des processus de frottement qui se produisent dans un matériau ou un système absorbant (élément de construction). Degré d absorption Rapport entre le son incident et le son absorbé. La somme du degré d absorption (α) et du degré de réflexion (ρ) est par définition égale à 1. Décibel (db) Unité logarithmique sans dimension servant à exprimer une puissance sonore par rapport au seuil d audibilité. Par exemple le son aérien ou le son solidien s expriment en décibels. Fréquence f (Hz) Nombre d oscillations acoustiques par seconde. La hauteur du son augmente avec le nombre d oscillations. Lorsque le nombre d oscillations est doublé, le son augmente d une octave. Dans le domaine de l acoustique du bâtiment, la plage de fréquences déterminante se situe entre 100 hertz et 3150 hertz (bruit des installations techniques: 50 hertz à 5000 hertz). Hertz (Hz) Le hertz est l unité de mesure de fréquence. Un hertz correspond à une oscillation par seconde. Plage d audibilité Spectre de fréquence perceptible par l ouïe humaine. Il s étend de 16 hertz à environ hertz. Résistance à l écoulement de l air Par analogie avec la résistance à l air, la résistance à l écoulement de l air indique l effet inhibiteur d une matière sur la propagation du son. La résistance à l écoulement de l air est la résistance qui s exerce dans le sens de la propagation. Loi de masse en acoustique architecturale Cette loi physique spécifie que l indice d affaiblissement acoustique d un élément de construction surfacique augmente avec l accroissement de la fréquence et de la masse. Transmission par voies indirectes Notion générale pour: transmission latérale par des éléments de construction adjacents; ponts phoniques (localisés); fuites (joints, fissures, vides, etc.). Unité d utilisation Locaux ou groupe de locaux formant une unité d utilisation indépendante du point de vue juridique ou administratif: par exemple unité d habitation; bureau/commercial; habitation/artisanat. Octave Intervalle entre deux fréquences dont l une est le double de l autre. Analyse par bande d octave Décomposition d un bruit au moyen de filtres ayant une bande passante d une octave. Réflexion Son renvoyé par l élément de construction. Degré de réflexion Part du son renvoyé dans la pièce par un élément de construction. Lorsque la réflexion est absolue, le degré de réflexion est de ρ = 1. Résonance fréquence de résonance Coïncidence entre la fréquence propre d un système oscillant et la fréquence d une onde sonore incidente. Son Oscillations mécaniques et ondes d un milieu élastique, en particulier dans les fréquences perçues par l ouïe humaine, soit de 16 hertz à hertz. Pont phonique Faiblesse ponctuelle ou linéaire dans un système d isolation phonique, par exemple: liaison rigide entre deux éléments d une construction composite ou joints constructifs. A ces endroits, la transmission du son se trouve favorisée. 6

7 Indice d affaiblissement acoustique R Indice mesuré en laboratoire sans prise en considération des dimensions de l élément de construction et indépendamment des caractéristiques du local récepteur. L indice d affaiblissement acoustique R ne tient pas compte des transmissions par voies indirectes. L indice d affaiblissement acoustique apparent R mesuré in situ tient compte des transmissions par voies indirectes usuelles dans un bâtiment (par exemple par des éléments de construction adjacents). R w est l indice d affaiblissement acoustique pondéré. Les valeurs mesurées en fonction de la fréquence sont évaluées par rapport à une courbe normalisée et bien définie. L écart par rapport à la courbe normalisée à une fréquence de 500 hertz indique l indice d affaiblissement acoustique pondéré d un élément de construction. est une bonne valeur de référence pour les pièces meublées, (pour les pièces non meublées cette valeur se situe à environ 1,5 s). Niveau de pression du bruit de choc normalisé Le niveau de pression du bruit de choc normalisé (L nt ) dépend du temps de réverbération. La mesure du niveau de pression du bruit de choc se fait à l aide d un générateur de bruit d impact normalisé. Tierce Deux fréquences dont le rapport est 1:, ce qui correspond au tiers d une octave. Analyse par bande de tiers d octave Décomposition du bruit au moyen de filtres ayant une bande passante d une tierce (⅓ d octave). Creux de coïncidence Appelé aussi effet de coïncidence. Les éléments de séparation (monocouche) sont souvent caractérisés par une diminution nette de l isolement acoustique pour certaines fréquences. Ce phénomène est appelé effet de coïncidence ou fréquence critique. La fréquence critique est déterminée par le rapport entre la masse et la surface (kg/m 2 ) et par la rigidité de l élément de construction. Isolement acoustique D Différence entre le niveau moyen de pression acoustique dans la salle d émission (L 1 ) et la salle de réception (L 2 ). D = L 1 L 2 en db. Cette différence de niveau de pression acoustique est la grandeur de référence pour décrire la protection contre le bruit. Protection contre le bruit Diminution de la transmission du bruit entre la source sonore et les auditeurs. Isolement acoustique normalisé Isolation acoustique brute, correspondant à un temps de réverbération de référence (D nt ). Pour une habitation d un volume inférieur à 100 m 3, un temps de réverbération de 0,5 s 7

8 Le son et son effet Tableau 1: Pression acoustique et niveau sonore de diverses sources de bruit. Source: Element 30. Qu est-ce que le son? Le son est une vibration mécanique dans un milieu gazeux, liquide ou solide. Dans l acoustique du bâtiment et des salles, on s intéresse surtout à la propagation du son dans l air et dans les éléments de construction donc au son aérien et au son solidien. Le son se propage dans l air à une vitesse d environ 340 m par seconde. Les deux principales caractéristiques du son sont la pression acoustique Niveau Source sonore Pression acoustique sonore 170 db Fusil d assaut 160 db Pistolet 9 mm µpa (1 kpa) 150 db Appareil de scellement 140 db Banc d essai pour jets µpa (100 Pa) 130 db Seuil de la douleur 120 db Grande perceuse µpa (10 Pa) 110 db Marteau piqueur 100 db Discothèque µpa (1 Pa) 90 db Chaîne de montage 80 db Trafic routier µpa (100 mpa) 70 db Conversation 60 db Bureau µpa (10 mpa) 50 db Séjour 40 db Salle de lecture 1000 µpa (1 mpa) 30 db Chambre à coucher 20 db Studio de radio 100 µpa 10 db Seuil d audibilité 0 db 20 µpa (correspondant au niveau sonore) et la fréquence (correspondant à la hauteur du son). Les sons d une fréquence inférieure à 16 Hz sont appelés infrasons et ceux d une fréquence supérieure à Hz ultrasons. Pression acoustique et niveau de pression acoustique La pression acoustique (Pa) ne convient pas pour quantifier un son donné. En effet, un facteur sépare le seuil d audibilité (10-12 W/m 2, 20 μpa) du seuil de la douleur (1 W/m 2, 20 Pa). (Cette pression acoustique se superpose d environ 100 kpa à la pression atmosphérique). Par ailleurs l ouie ne perçoit que les différences relatives de pression sonore et non pas les différences absolues. C est pourquoi on utilise en acoustique l échelle logarithmique des niveaux de pression acoustique (en db). Le niveau de pression acoustique comme mesure d une source sonore n est donc pas autre chose que la pression acoustique indiquée sur une échelle logarithmique. La perception dépend en outre de la fréquence: à volume égal on entend mieux les sons aigus que les sons graves. En outre, les bruits sont le plus souvent composés de sons de fréquences différentes. Pour les machines, la puissance convertie en son est généralement inférieure à 0,01 %. Pour les instruments de musique c est environ 1 %, et jusqu à 10 % pour les hautparleurs. Le degré d efficacité le plus élevé est celui de la sirène: 50 % de la puissance est transformée en son. Propagation dans un champ acoustique libre Lorsque la distance d une source sonore croît, la surface enveloppante augmente aussi la puissance sonore se réparti sur une plus grande surface et le niveau de pression acoustique diminue. Lorsque la distance est deux fois plus grande, le niveau de pression acoustique diminue de 6 db, de 20 db pour une distance 10 fois plus grande, de 40 db pour une distance 100 fois plus grande et de 60 db pour une distance 1000 fois plus grande. Les niveaux acoustiques de deux sources sonores de même intensité ne peuvent pas 8

9 Contenu de ces pages A propos de l acoustique Niveaux sonores et pressions acoustiques typiques Propagation du son sur la distance Effet de plusieurs sources sonores Propagation du son à proximité du sol Amortissement du son par la végétation simplement être additionnés car l effet du son cumulé ne correspond pas à la somme des sources (somme logarithmique ou «énergétique»). Deux sources semblables (situées à la même distance) donnent un niveau de pression acoustique plus élevé de 3 db. Lorsqu il y a trois niveaux sonores égaux, il faut ajouter 5 db au niveau sonore individuel. La figure 5 nous indique rapidement le résultat: l augmentation du niveau sonore (par rapport au niveau le plus élevé) se lit en face de la différence entre les deux niveaux. Une onde sonore perd à chaque mètre parcouru une partie de son énergie. Mais l air n atténue pas toutes les bandes de fréquences de la même manière. A 250 Hz, l atténuation atteint 1 à 2 db par kilomètre, à 2500 Hz elle est environ 10 fois plus importante. Lorsque la distance parcourue par le son augmente, l effet d atténuation de l air élimine de plus en plus les hautes fréquences du spectre, ce qui rend le son sourd à grande distance. A proximité du sol, la propagation du son est quelque peu atténuée, c est bien connu et facile à vérifier. Il arrive donc que les appartements situés au rez-de-chaussée soient moins exposés au bruit que ceux du 1er étage. On surestime généralement l effet des buissons et des arbres sur la propagation du son. La majeure partie de l atténuation du son est due à l absorption par le sol. Même avec des plantations serrées de buissons ou d arbres avec taillis, l atténuation n est que de 0,05 db/m. Figure 4: Cela peut parfois être un inconvénient: l'oreille humaine peut être comparée à un entonnoir, à la fois par son fonctionnement et par sa structure. Le tympan (bleu) referme le conduit auditif. Illustration: CNA Figure 5: la différence entre les deux niveaux sonores indique l augmentation par rapport au niveau le plus élevé. Source: Fasold/Veres 9

10 Le rouge est plus bruyant Notre appréciation du bruit est essentiellement subjective. Les voisins antipathiques sont «bruyants» alors que l on «n entend pratiquement pas» les colocataires sympathiques. La couleur des véhicules bruyants est un autre exemple de cette subjectivité: les voitures de sport rouges sont perçues comme nettement plus bruyante que les vertes, par exemple; vert tilleul est la couleur la plus «silencieuse». Dans un paysage hivernal, les véhicules semblent également plus silencieux qu ils ne sont en réalité. Source: TU München, Die Zeit, 19 août Analyse du bruit La condition pour une planification correcte des mesures de protection est une analyse préalable des émissions de bruit. Outre la puissance sonore effective, on s intéressera également à la fréquence des bruits et à l heure où ils se produisent. L analyse de fréquence est importante par le simple fait que la perception de l ouïe humaine dépend de la fréquence et que l efficacité des mesures de protection contre le bruit varie suivant la bande de fréquence. Des indications détaillées permettent d optimiser la valeur phonique des éléments de construction ou de leur combinaison. Niveau de pression acoustique normalisé La sensibilité de l ouïe humaine varie selon la hauteur du son, ce qui influence très fortement la perception des bruits. Afin de prendre en compte, du moins approximativement, ce phénomène, les niveaux de pression acoustique d une source sonore sont pondérés en fonction de la fréquence. Les valeurs obtenues ont pour unité le db(a), qui correspond à la pondération A. (Les pondérations B et C ne sont plus utilisées.) Le bruit nuit à la santé «Le bruit est produit par les autres» écrivait Kurt Tucholsky. Chaque personne et chaque système est donc potentiellement une source de bruit pour les autres. Les maladies provoquées par le bruit sont aujourd hui un «problème de santé publique». En effet, les personnes exposées pendant longtemps à une nuisance sonore supérieure à 70 db peuvent s attendre à ce que leur santé en souffre. Les troubles cardio-vasculaires, les troubles du métabolisme et de la tension artérielle, les insomnies et les dépressions sont typiques des maladies engendrées par le bruit. Selon les estimations des offices fédéraux, les coûts de la santé liés au bruit se situent entre 400 et 500 millions de francs par année. Figure 6: Impossible d être plus bruyant! Les voitures rouges sont les pires selon l appréciation subjective des riverains! Photo: Fiat 10

11 Normalisation et optimisation des constructions Tableau 2: Structure des exigences selon la norme SIA 181 Sensibilité faible Charge sonore Structure des exigences Les valeurs requises sont définies dans une matrice, où elles sont différenciées selon la charge sonore et la sensibilité au bruit en fonction de l utilisation des locaux. faible modérée forte très forte Indice d affaiblissement acoustique et isolement acoustique Par définition l indice d affaiblissement acoustique quantifie la capacité d isolation nécessaire pour atteindre un isolement acoustique prescrit ou simplement souhaité. Ce sont donc les mêmes décibels qui doivent être «éliminés». Mais ces deux valeurs ne sont égales que pour une surface d absorption et une surface de séparation de 10 m 2 chacune. Dans les autres cas, la formule suivante s applique moyenne élevée 55 db/52 db D nt = R 10 log Exigences plus élevées (applicables aux maisons familiales jumelées et mitoyennes, aux nouveaux appartements en propriété par étage ainsi que lorsque c est stipulé par contrat). Exigences minimales (prescrites par la loi) Evaluation et normalisation de l isolement acoustique Isolement acoustique (D) Normalisation pour un temps de réverbération de 0,5 secondes Isolement acoustique normalisé (D nt ) Evaluation avec la courbe normalisée selon ISO Isolement acoustique normalisé pondéré (D nt,w ) Adaptation spectrale selon ISO (C resp. C tr ) Isolement acoustique normalisé pondéré avec adaptation spectrale Correction liée au volume Isolement acoustique normalisé pondéré avec correction liée au volume et adaptation spectrale. Grandeur caractéristique pour la protection contre le bruit F: Surface de séparation entre le local de réception et le local d émission V: Volume du local de réception Pour l application des lois, des prescriptions et des normes, c est l isolement acoustique normalisé qui importe. Il ne suffit donc pas d obtenir un indice d affaiblissement acoustique donné. Seul son effet est déterminant. Car un indice d affaiblissement acoustique n a pas du tout le même effet avec une petite surface de séparation et un vaste local de réception qu avec une grande surface de séparation et un petit local de réception. Corrections liées au spectre Aussi bien l isolement acoustique normalisé (D nt,w ) que l indice d affaiblissement acoustique apparent pondéré (R w ) sont des grandeurs soumises à des normes internationales. L inconvénient de ces grandeurs est la différence entre la protection contre le bruit telle qu elle est perçue par l utilisateur et l effet présumé des éléments de construction résultant du procédé d évaluation. Cette différence est particulièrement importante pour les basses fréquences car, dans le domaine des sons graves, la courbe normalisée ne présente que des exigences faibles. A proximité de routes à fort trafic, avec dans certains cas beaucoup de poids lourds, l indication de la grandeur R w n est pas un critère de qualité approprié. Les valeurs de correction liées au spectre C tr permettent de compenser, du moins partiellement, ce défaut. Le terme d adaptation 11

12 Figure 7: Indice d affaiblissement acoustique apparent pondéré R w des murs massifs en fonction de la masse surfacique. Source: Fasold/Veres C tr (tr pour trafic) se rapporte aux bruits de la circulation routière à basses fréquences et varie entre 2 db et 11 db, avec des valeurs moyennes de 5 db et 6 db. Le terme d adaptation C tient compte des spectres de bruits du voisinage ayant des fréquences moyennes. Les bruits industriels nécessitent une analyse préalable du spectre. Les deux termes d adaptation sont généralement mentionnés dans le protocole d analyse. Lors de calculs et d estimations concernant le bruit extérieur, on utilisera le terme d adaptation C tr et, pour le bruit intérieur, la valeur C ou C I. Constructions optimisées Plusieurs phénomènes physiques influencent la propagation du son dans les éléments de construction: La loi de masse: L efficacité de la protection contre le bruit est proportionnelle à la masse surfacique et à la fréquence. La protection contre le bruit augmente donc avec la masse (figure 7). Effet de coïncidence: Cet effet se manifeste par un abaissement de la valeur de protection phonique d un élément sans que ce dernier présente un défaut visible. (L effet de coïncidence se produit lorsque l onde sonore incidente coïncide avec l onde de flexion de l élément de séparation en question.) Un deuxième parement, plus souple, atténue cet effet. La résonance de couplage: Les éléments de construction composés sont reliés par des lames d air ou des systèmes de liaison. De ce fait, il se produit à certaines fréquences (propres à l élément de construction) des résonances de couplage. On utilisera des matériaux à pouvoir absorbant élevé par exemple des produits isolants en laine minérale pour réduire la résonance de couplage. Dans les constructions optimisées, différentes mesures sont combinées pour atténuer ces phénomènes qui ne peuvent toutefois pas être totalement éliminés. La fenêtre antibruit est un bon exemple de construction optimisée. Une vitre est mince, l autre épaisse: les fréquences de coïncidence ne sont donc pas les mêmes. De plus, la vitre mince a une fréquence de coïncidence élevée, la vitre épaisse fournit la masse. L espace entre les vitres est aussi grand que possible pour réduire le couplage, donc la résonance de couplage. Justification de la protection contre le bruit Compte tenu des dépenses qu implique le mesurage des performances acoustiques in situ, de nombreux cantons effectuent les contrôles de la protection contre le bruit par pointages. Mais une justification de la protection contre le bruit selon la norme SIA 181 et l OPB article 32 est un élément indispensable de la demande de permis de construire et l autorisation n est donnée qu après examen de la plausibilité. Dans les cantons de Suisse orientale y compris Zurich la justification de la protection contre le bruit est intégrée à l ensemble de formulaires concernant la justification énergétique. Les services communaux compétents ou le «service cantonal de protection contre le bruit» peuvent fournir des renseignements. 12

13 Contenu de ces pages Pour permettre une évaluation fiable des constructions, les effets sonores et les mesures de protection contre le bruit sont, d une part, normalisés et standardisés, d autre part, adaptés selon le spectre et le volume du local. De nombreuses grandeurs acoustiques dépendent de la fréquence, c est-à-dire que la perception du son change avec la fréquence. Figure 8: Courbe de fréquence de la voix (à 1000 Hz). Source: Fasold/Veres Pour qu un élément de construction convienne en particulier pour des bruits spécifiques, il faut prendre en compte, outre l indice d affaiblissement acoustique R w, également le terme d adaptation du spectre C, respectivement C tr (tr = trafic). Lors du calcul et de l évaluation de la protection contre le bruit extérieur on utilise le terme d adaptation C tr et contre le bruit intérieur la valeur C respectivement C I. Il y a niveau sonore et niveau sonore! De nombreuses grandeurs acoustiques comme le niveau sonore l isolement acoustique l isolement acoustique normalisé l indice d affaiblissement acoustique apparent le temps de réverbération dépendent de la fréquence les valeurs sont différentes pour chaque bande de fréquence. Les indications sont donc données sous forme de tableaux ou de diagrammes. Evaluation du niveau sonore Les grandeurs relatives à la fréquence sont tout sauf maniables. La valeur moyenne à travers tout le spectre de fréquence n est pas utilisable, car une très mauvaise valeur pour une fréquence est compensée par de bonnes valeurs dans d autres fréquences. Ces grandeurs sont donc déterminées au moyen de la courbe de référence qui permet d obtenir la grandeur évaluée, c est-à-dire l indice d affaiblissement acoustique apparent pondéré (R w ) ou l isolement acoustique normalisé pondéré (D nt,w ), respectivement le niveau de pression pondéré du bruit de choc normalisé (L nt,w ). L indice «w» signifie «weighted» pondéré. Par le déplacement de la courbe de référence conformément à la norme, on obtient la valeur pour une fréquence de 500 Hz, donc un chiffre unique (figure 9). Figure 9: Voici comment obtenir la valeur par un chiffre unique: en décalant la courbe de référence pour la rapprocher de la courbe des mesures, on obtient l indice d affaiblissement acoustique apparent pondéré à 500 Hz (chiffre unique). Le graphique montre un exemple d évaluation pour le bruit aérien selon ISO

14 Sources de bruit externes L OPB L ordonnance sur la protection contre le bruit, OPB (du 15 décembre 1986), régit à l article 32 les exigences relatives à l isolation acoustique des bâtiments. Selon cet article, les maisons dans leur ensemble ainsi que tous les éléments importants pour la protection doivent satisfaire aux règles reconnues de la construction. Concrètement: les exigences minimales de la norme SIA 181 «Protection contre le bruit dans le bâtiment» sont applicables. L OPB a également pour objet la limitation des émissions et des immissions (par exemple trafic routier, etc.), ainsi que l obligation de prendre des mesures d assainissement sur la base des cadastres de bruit. Protection contre le bruit: LPE et OPB Les effets du bruit doivent être mesurés au domicile ou sur le lieu de travail des personnes concernées. Si le niveau d évaluation dépasse les valeurs limites d exposition selon l OPB (ordonnance sur la protection contre le bruit), il y a trois possibilités: Réduire le bruit à la source (capot insonorisant sur un moteur, silencieux, cabines d insonorisation, etc.). Généralement ces mesures relèvent de la compétence d investisseurs privés uniquement lorsqu il s agit d installations fixes. Empêcher la propagation du son (écrans ou digues antibruit, etc.) Protection passive des bâtiments des personnes concernées, amélioration de l enveloppe du bâtiment, par exemple: fenêtre antibruit, réduction des ponts phoniques. La mise en place de fenêtres antibruit est en contradiction avec l idée de base de la loi sur la protection de l environnement (LPE) qui veut réduire le bruit à la source. Toutefois, c est souvent la seule mesure possible. Charge sonore Une mesure précise de la charge sonore donne des résultats bien plus élevés qu on ne le suppose généralement. Selon des mesures du département des travaux publics du canton de Zurich, 17 % du parc immobilier du canton sans les villes de Winterthur et de Zurich subit une charge sonore supérieure à 60 db. 5 % des immeubles sont exposés à une charge sonore dépassant 65 db. A titre de comparaison: 65 db est la valeur d alarme fixée par l ordonnance sur la protection contre le bruit pour les zones d habitation pendant la nuit. En Suisse, plus d un million de personnes souffrent du bruit, parmi lesquelles sont exposées, à leur place de travail, à une charge sonore dépassant 85 db! Valeurs limites d exposition L ordonnance sur la protection contre le bruit (OPB) prescrit entre autres des valeurs limites d exposition pour le bruit du trafic routier et ferroviaire. En cas de dépassement de la Valeurs limites d exposition selon l ordonnance de protection contre le bruit Niveau d évaluation L r Valeur de planification Valeur limite des immissions Valeur d alarme Degré de sensibilité jour nuit jour nuit jour nuit Tableau 3: Valeurs limites d exposition pour les immissions du trafic routier et ferroviaire. Les valeurs limites du niveau d évaluation s appliquent au milieu de la fenêtre ouverte. Source: OPB Besoin accru de protection contre le bruit (zones de détente) 50 db 40 db 55 db 45 db 65 db 60 db Zones d habitation sans activités gênantes 55 db 45 db 60 db 50 db 70 db 65 db Zones avec activités moyennement gênantes, zones d habitation et artisanales Zones avec activités fortement gênantes, zones industrielles 60 db 50 db 65 db 55 db 70 db 65 db 65 db 55 db 70 db 60 db 75 db 70 db 14

15 Contenu de ces pages L ordonnance sur la protection contre le bruit se réfère à la norme SIA 181 «Protection contre le bruit dans le bâtiment». La valeur d alarme sert de valeur limite pour l obligation de prendre des mesures de protection contre le bruit dans un bâtiment existant. Pour les nouvelles constructions, la valeur de planification est exigée pour l obtention du permis de construire. valeur d alarme (p. ex. 70 db), le propriétaire de l installation doit financer une protection appropriée contre le bruit, pour autant que l immeuble en question n ait pas été construit après l entrée en vigueur de l OPB. Les nouveaux bâtiments doivent être construits de telle sorte que la valeur limite des immissions ne soit pas dépassée au niveau des fenêtres des locaux sensibles au bruit. Sont considérées d une manière générale comme locaux sensibles au bruit les pièces d habitation, à l exclusion des cuisines sans partie habitable, des locaux sanitaires et des réduits. La planification des bâtiments doit satisfaire les valeurs de planification qui sont inférieures aux valeurs limites des immissions. Les valeurs limites d exposition sont mesurées au milieu de la fenêtre ouverte donnant directement sur l extérieur, donc pas sur un balcon vitré (Tableau 3). Figure 10: Ce calcul approximatif de la charge sonore dans la région de Sursee a été effectué dans le cadre du projet de l OFEFP «Banque de données sur le bruit en Suisse». On a relevé les immissions les plus importantes le long de l autoroute. Image: OFEFP Figure 11: L OPB fait la distinction entre le bruit du trafic routier, ferroviaire et aérien, ainsi que celui de l industrie et des arts et métiers. Photo: CFF 15

16 Mesures: Ecrans antibruit Optimiser le plan des logements, respectivement l emplacement des fenêtres Les cadastres de bruit des communes et cantons fournissent des données relatives à l exposition au bruit le long des routes et des lignes de chemins de fer. Optimiser les plans Comme les valeurs limites se rapportent à des fenêtres ouvertes de locaux sensibles au bruit, il est possible, dans de nombreux cas, de remplir les exigences de l OPB grâce à une orientation ingénieuse du bâtiment et à l optimisation des plans. Logiquement, les fenêtres des locaux à usage peu sensible au bruit s ouvrent sur la rue ou sur la voie de chemin de fer. Ou encore une partie de la façade très exposée est conçue sans fenêtres, alors que les fenêtres s ouvrent du côté jardin, plus calme (figure 12). La grandeur déterminante Les exigences pour la protection contre le bruit aérien de l extérieur qui figurent dans le tableau 4 se réfèrent à l isolement acoustique normalisé avec correction liée au volume (D e ). La formule est la suivante: D e, tot = D nt,w + C tr C v D nt,w isolement acoustique normalisé pondéré C tr terme d adaptation du spectre pour la gamme de fréquence entre 100 Hz et 3150 Hz correction liée au volume C v Tableau 4: exigences plus élevées et exigences minimales (gras) pour l enveloppe selon la norme SIA 181 «Protection contre le bruit dans le bâtiment». La grandeur caractéristique pour l enveloppe du bâtiment est l isolement acoustique normalisé, D e, en db. Protection contre le son venant de l extérieur: exigences selon la norme SIA 181 Dérangement dû au bruit extérieur Charge sonore Faible à modérée forte à très forte Lieu de réception A l écart des transports, pas d entreprises bruyantes Dans le voisinage des transports ou d entreprises bruyantes Période d évaluation Jour Nuit Jour Nuit Niveau d évaluation 60 db 52 db 60 db 52 db Sensibilité au bruit Exigences relatives à la protection contre le bruit venant de l extérieur (différence de niveau sonore standard) faible 25 db/22 db L r 35 db/ 38 db L r 27 db/ 30 db moyenne 30 db/27 db L r 30 db/ 33 db L r 22 db/ 25 db Tableau»Classement de la sensibilité au bruit«voir page 46. élevée 35 db/32 db L r 25 db/ 28 db L r 17 db/ 20 db Les chiffres gras indiquent des exigences minimales Figure 12: Des plans avec une disposition favorable pour la protection contre le bruit sont souvent la clé pour des conditions de logement et de travail confortables. 16

17 Contenu de ces pages Exigences pour l enveloppe du bâtiment selon la norme SIA 181 Orientation des locaux d habitation pour satisfaire l OPB L affaiblissement acoustique correspond au moins à l isolement acoustique selon la SIA. Les systèmes de l enveloppe sont généralement composés. Quel est l indice d affaiblissement acoustique d une combinaison d éléments de construction? Les exigences minimales sont prescrites par la loi. Les exigences plus élevées doivent être fixées par contrat; mais, en général, elles ne sont appliquées qu aux maisons mitoyennes et aux appartements en propriété par étage. Evaluation simplifiée Pour une enveloppe conforme à la norme, l indice d affaiblissement acoustique apparent pondéré (avec adaptation spectrale) R w et C tr, en négligeant l effet du volume et de la réverbération, correspond au moins à l exigence SIA D e (isolement acoustique normalisé pondéré et corrigé). Plus ces valeurs sont élevées, plus la protection contre le bruit est bonne. De cette manière, la transmission indirecte est prise en compte, mais pas les ponts phoniques dus à une mauvaise planification et à une exécution peu soigneuse. Eléments de construction combinés Dans la pratique, on rencontre souvent des éléments de construction combinés, par exemple une fenêtre dans une façade ou une porte dans une paroi intérieure. (Les portes entre deux unités d utilisation selon SIA 181 par exemple entre deux appartements sont en revanche plutôt l exception.) Les surfaces et les indices d affaiblissement acoustique apparent des éléments de construction permettent d obtenir l indice d affaiblissement acoustique apparent pondéré résultant. Le calcul est toutefois complexe et il est plus simple de se servir du diagramme (figure 13) ou du programme de calcul de Flumroc. Exemple: Une fenêtre de 2 m 2 est placée dans un mur de façade de 20 m 2. L indice d affaiblissement acoustique apparent avec adaptation spectrale du mur est de 55 db, celui de la fenêtre de 40 db. Dans le diagramme, la différence des deux valeurs 15 db coupe la ligne verticale 10 en ΔR = 6 db. La verticale 10 est le rapport de la somme des deux surface sur la petite surface ( ). La différence ΔR de 6 db doit être soustraite de l indice d affaiblissement acoustique le plus élevé. L indice d affaiblissement acoustique apparent avec adaptation spectrale qui en résulte est donc de 49 db (55 db 6 db = 49 db). Toutefois, cette manière de procéder ne tient pas compte des ponts phoniques, des raccords, etc. (figure 14). Figure 13: l indice d affaiblissement acoustique apparent (avec adaptation spectrale) qui résulte d une combinaison d éléments de construction est obtenu par la soustraction de la différence (ΔR) de l indice d affaiblissement acoustique apparent (avec adaptation spectrale) le plus élevé. Source: Fasold/Veres Figure 14: Indice d affaiblissement acoustique de l ensemble mur-fenêtre: 49 db 17

18 Mesures de protection contre le bruit au niveau de l enveloppe du bâtiment Tableau 5: Valeurs minimales de l indice d affaiblissement acoustique apparent pondéré des fenêtres insonorisées et des éléments de construction accessoires comme les caissons de stores, etc. en fonction du niveau d évaluation selon l OPB. Figure 15: Indice d affaiblissement acoustique apparent de deux vitrages ayant un comportement différent au niveau des fréquences. Source: Fasold/Veres Fenêtres antibruit La valeur d alarme pour la pose de fenêtres antibruit est de 70 db, mesure effectuée au milieu de la fenêtre ouverte. Selon l ordonnance pour la protection contre le bruit, le «détenteur de l installation causant du bruit», c est le plus souvent l Etat, a l obligation de financer les fenêtres antibruit. Ces dernières doivent répondre aux exigences de l OPB (ordonnance sur la protection contre le bruit) (tableau 5). Niveau d évaluation L r jour jusqu à 65 db nuit jusqu à 60 db 30 db 65 à 75 db 60 à 70 db 35 db plus de 75 db plus de 70 db 40 db Indice d affaiblissement acoustique apparent pondéré de la fenêtre R* w = R w + C tr + 5 Il n y a aucune prescription pour la construction et la matérialisation. On utilise très souvent des doubles vitrages avec un espace de 16 mm (par exemple 8 mm/16 mm/6 mm ou 10 mm/16 mm/5 mm). L important pour le choix des vitrages est leur comportement au niveau des fréquences. Il est mentionné dans les attestations d essai du LFEM par les termes d adaptation du spectre C tr et C. La figure 15 présente deux vitrages ayant le même indice d affaiblissement acoustique apparent R w, mais des termes d adaptation du spectre différents. La fenêtre B protège mieux des basses fréquences que la fenêtre A. Pour la protection contre le bruit des camions et des trains, on donnera la préférence à la variante B. Du point de vue phonique, la fenêtre est un élément de construction délicat. En effet, les exigences au niveau de la protection thermique et de la transparence nécessaire pour exploiter la lumière du jour ne vont pas de pair avec celles de la protection contre le bruit; elles sont même parfois contradictoires. (Pour mémoire: le son est un phénomène mécanique, la chaleur est un rayonnement électromagnétique.) Les vitrages offrant une bonne isolation thermique n assurent une isolation acoustique accrue que lorsque l espace entre les vitres atteint au moins 8 mm. Car les espaces minces transmettent la vibration mécanique de la vitre extérieure à la vitre intérieure. Ce n est qu à partir d un espace de 16 mm qu on observe une amélioration significative de la protection contre le bruit. Les espaces remplis de gaz donnent de meilleurs résultats. Toutefois cela ne s applique pas nécessairement aux fenêtres remplies d argon pur qui est habituellement utilisé pour les vitrages d isolation thermique. 18

19 Contenu de ces pages Schall Les fenêtres ist mecha antibruit nische sont Schwingung souvent appréciées pour leur importante Für den Schallpegel contribution ist au eine logarhythmische confort. Skala gebräuchlich Wahrnehmung ist von der Frequenz Les principales abhängig règles concernant Wahrnehmung le dimensionnement subjektiv et les exigences selon ist stark l OPB Freies Feld dämpft Schall nur wenig Figure 16: Les fenêtres antibruit prennent une importance croissante avec l augmentation des nuisances sonores. Photo: EgoKiefer Fenêtre de protection contre le bruit les points principaux: L une des vitres au moins devrait avoir une épaisseur supérieure à 6 mm (cela correspond à une masse de 15 kg par m 2 ). Les vitres devraient avoir des épaisseurs différentes. Prévoir un espace suffisant entre les vitres: au moins 16 mm, de préférence 20 mm ou 24 mm (transmission plus faible). Utiliser du verre de sécurité feuilleté. Les ferrures d une fenêtre antibruit ont une grande importance car elles garantissent une fermeture hermétique entre le battant et le cadre, améliorant ainsi l isolement acoustique. Les cadres et les croisillons réduisent généralement l indice d affaiblissement acoustique apparent de la fenêtre. Les joints non étanches entre l embrasure et le dormant ont aussi un effet négatif. Les caissons de stores sont souvent un point faible du concept acoustique. La pose de matelas de laine minérale sur les parois des caissons de stores permet d obtenir une amélioration de 5 à 10 db. Les meilleurs vitrages d isolation acoustique n apportent en règle générale pas plus de 50 db (indice d affaiblissement acoustique apparent pondéré). Pour des exigences plus élevées, on utilisera des constructions spéciales, par exemples des fenêtres à caisson. Figure 17: Indice d affaiblissement acoustique apparent pondéré de vitres d épaisseurs différentes en fonction de la fréquence. Les plus grandes différences se situent au niveau des fréquences les plus élevées et les plus basses. Source: Lauber, LFEM 19

20 Balcons vitrés: un exemple L ordonnance sur la protection contre le bruit (OPB) ne peut pas être contournée en fermant par des vitres les balcons et les loggias qui se trouvent devant les fenêtres et les portes-fenêtres fortement exposées au bruit. En effet, la mesure de l exposition au bruit doit être effectuée au milieu de la fenêtre ouverte donnant obligatoirement sur l extérieur. Toutefois, les balcons vitrés et même non vitrés ont par nature un effet de protection contre le bruit, car ces surfaces absorbent une partie du bruit. Pour augmenter l absorption, plafonds et parois des balcons seront revêtus avec un matériau poreux. Les surfaces dures favorisent la réflexion et amplifient donc la charge sonore qui s exerce sur le bâtiment. Le service de protection contre le bruit du canton de Zurich a effectué des mesures sur un objet muni de balcons vitrés. Caractéristiques du bâtiment: Situation: Schwamendingen à Zurich-Nord, le long de l autoroute urbaine Maison d habitation de 5 étages Niveau d évaluation de la façade: 78 db Vérandas d une profondeur de 1,7 m Mesures prises: vérandas totalement vitrées avec des fenêtres antibruit (6 mm/16 mm/ 4 mm), parties frontales et latérales avec des fenêtres oscillo-battantes, balcons vitrés avec plafond muni d un revêtement absorbant. Résultats: Lorsque les fenêtres des vérandas sont fermées, le niveau sonore de la route est abaissé, comme prévu, de 32 db. Même lorsque les fenêtres des balcons sont ouvertes l amélioration se situe entre 4,9 db et 13,8 db (tableau 6). Si les surfaces latérales des balcons vitrés sont munies d une grille d aération antibruit à coulisse, l amélioration peut atteindre 10 db même lorsque la fenêtre du logement est ouverte. Figure 18: Ça a l air confortable. Des mesures adéquates permettent de réduire fortement les nuisances sonores pour les habitants. Photos: Christine Sidler Tableau 6: Valeurs mesurées au niveau de la porte-fenêtre ouverte lorsque le vitrage du balcon est ouvert de différentes manières. ΔL est la mesure au milieu de la porte-fenêtre, ΔL m est la valeur moyenne des mesures effectuées en différents points de la porte-fenêtre ouverte. Le service de protection contre le bruit recommande d utiliser la plus petite valeur ΔL m (dans l intérêt des habitants). Les différences entre les fenêtres frontales et latérales sont nettes. En outre, le résultat s améliore aux étages supérieurs. Conclusion: un balcon vitré permet d aérer le séjour avec des immissions sonores nettement plus faibles. Source: Service de protection contre le bruit du canton de Zurich. ΔL ΔL m 1er étage fenêtre ouverte côté rue 7,0 db 4,9 db fenêtre latérale ouverte 11,0 db 9,5 db 4e étage fenêtre ouverte côté rue 9,9 db 8,5 db fenêtre latérale ouverte 13,1 db 13,8 db 20

21 Contenu de ces pages Immeubles d habitation situés à un endroit bruyant Réduction des immissions de bruit grâce à des balcons vitrés Pour améliorer l efficacité de ce type de balcons, ils sont conçus de manière à absorber le bruit: plafonds et parois sont donc revêtus avec un matériau poreux. Figure 19: L immeuble de Zurich-Nord (Saatlenstrasse 100), avec ses balcons vitrés typiques dans de tels endroits. 21

22 Sources de bruit internes: bruit aérien Tableau 7: Appréciation subjective de l isolation au bruit entre locaux, en fonction du bruit de fond isolement acoustique normalisé pondéré avec adaptation spectrale et correction liée au volume D i, tot. Source: norme SIA 181, édition 2006 Bruit de fond dans le local de réception Isolement acoustique normalisé L isolement acoustique entre le local d émission et le local de réception dépend des facteurs suivants: transmission entre les pièces (propriétés des éléments de construction) réflexion (propriétés des éléments de construction) absorption (propriétés des éléments de construction) transmissions latérales (par voies indirectes) géométrie, dimensions et propriétés des surfaces du local de réception La mesure de la transmission du son est l isolement acoustique (D). Avec un temps de réverbération de référence de 0,5 s dans le local de réception, on obtient l isolement acoustique normalisé (D nt ). Compréhension de la parole dans des conditions de conversation normale 20 db (A) 30 db (A) Isolement acoustique normalisé pondéré avec adaptation spectrale en db 65 db 55 db juste audible 55 db 45 db audible, mais pas compréhensible 50 db 40 db partiellement compréhensible 40 db 30 db bien compréhensible La grandeur déterminante Les exigences pour la protection contre le bruit aérien de l intérieur figurant au tableau 8 se réfèrent à l isolement acoustique normalisé avec adaptation spectrale et correction liée au volume (D i ) dont voici la formule: D i, tot = D nt,w + C C v D nt,w isolement acoustique normalisé pondéré C terme d adaptation du spectre pour la gamme de fréquence de 100 Hz à 3150 Hz C v correction liée au volume Les exigences minimales sont prescrites par la loi, les exigences plus élevées doivent être fixées par contrat. Indice d affaiblissement acoustique et isolement acoustique L indice d affaiblissement acoustique (R) indique la capacité d isolation acoustique d un élément de construction, indépendamment de sa grandeur et de la surface d absorption donc indépendamment du volume du local de réception. Ce modèle est exact pour l élément de construction, mais pas pour le résultat obtenu dans une pièce. Ce résultat est exprimé par l isolement acoustique entre deux pièces, respectivement entre un espace extérieur et intérieur. C est donc cette grandeur qui sert à quantifier la protection contre le bruit dans Tableau 8: Exigences accrues et exigences minimales pour la protection contre le bruit aérien de l intérieur (isolement acoustique normalisé D i ), selon la norme SIA 181, édition Bruit aérien de l intérieur: Exigences selon la norme SIA 181 Charge sonore faible modérée forte très forte Exemple de genre de d utilisation pour le local d émission Sensibilité au bruit Utilisation peu bruyante: salle de lecture ou d attente, chambre d hôpital, archive Utilisation normale: séjour, chambre à coucher, Cuisine, bain, WC, corridor, cage d ascenseur et d escalier, bureau, salle de conférence ou de classe, laboratoire, local de vente sans sonorisation Protection contre le bruit aérien de l intérieur: exigences pour D i Utilisation bruyante: local de bricolage, salle de réunion, salle de classe, crèche, jardin d enfants, chauffage, garage souterrain, local technique, restaurant sans sonorisation, local de vente avec sonorisation et ses locaux d accès faible 45 db/42 db 50 db/47 db 55 db/52 db 60 db/57 db modérée 50 db/47 db 55 db/52 db 60 db/57 db 65 db/62 db élevée 55 db/52 db 60 db/57 db 65 db/62 db 70 db/67 db Les chiffres gras indiquent les exigences minimales. Utilisation très bruyante: exploitation artisanale, atelier, salle de répétition de musique, halle de gymnastique, restaurant avec sonorisation et ses locaux d accès 22