ACADÉMIE D ORLÉANS-TOURS NOTE D INFORMATION n 42

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1 ACADÉMIE D ORLÉANS-TOURS NOTE D INFORMATION n 42 HYGIENE ET SÉCURITÉ OCTOBRE 2007 Francis MINIER Inspecteur d Hygiène et de Sécurité Correspondant académique à la sécurité Tel : Secrétariat : Brigitte BARRIER poste Fax : ou Préambule Cette note d information concerne des études relatives à l acoustique réalisées dans des locaux fréquentés par des élèves de l académie d Orléans-Tours. Ont principalement été associés à ces études : - les services des directions départementales des affaires sanitaires et sociales de la région Centre dont Gilles SOUET Ingénieur Principal d Etudes Sanitaires et Laure FREMERY Technicienne sanitaire Service Santé-Environnement pour les mesures - des mairies - des conseils généraux - des conseillères départementales en hygiène et sécurité Sommaire - Introduction - École maternelle : salle de restauration et salle de motricité - École élémentaire : salles de classe - Collège : salle de restauration, salle de classe, hall d entrée - Conclusion Nota : Le contenu de cette note d information s inspire des différentes publications existantes dans le domaine de l hygiène et de la sécurité, et des textes réglementaires ; il ne saurait s y substituer. Les textes réglementaires sont repérés en caractères italiques. 1

2 INTRODUCTION Nous avons fait cette étude dans des locaux scolaires divers : salles de classe, salle de motricité, salle de restauration et hall d entrée. Les locaux retenus présentaient des caractéristiques techniques diverses. L argumentation s appuie sur les informations fournies par les personnes utilisant ces locaux et par les collectivités. Des mesures réalisées dans des salles restructurées récemment permettent de caractériser l amélioration du confort acoustique. ECOLE MATERNELLE Chronologie : A l origine du projet il y a le constat fait par la mairie, les enseignants et les ATSEM des nuisances sonores présentes en salle de restauration et en salle polyvalente. Cet état de fait est considéré par tous comme source de fatigue pour les adultes et les enfants. Dans ces conditions, le moment du repas n est pas le temps de détente et de repos qu il devrait être pour les enfants, et la pénibilité du travail augmente pour les ATSEM. Dans la salle de motricité, les bruits résultant de certaines activités physiques, dont les chocs sur le sol, sont peu atténués, d ou une intensité sonore importante. La transmission des consignes orales de l enseignant sont dans ces conditions particulièrement difficile. - En Septembre 2004, par délibération du conseil municipal, prenant en compte les possibilités de subvention de la part du Conseil Général pour des travaux d isolation acoustique, il est décidé d améliorer le confort acoustique dans ces salles - Diagnostic acoustique par une société spécialisée en Juin Envoi de l étude au Conseil Général pour étudier la faisabilité du projet - Le dossier est transmis à la Direction des Affaires Sanitaires et Sociales pour avis 2

3 - Après avis favorable du Conseil Général et budgétisation, les travaux sont réalisés durant les congés scolaire en octobre novembre A la fin des travaux, un organisme agréé réalise des mesures acoustiques confortant la pertinence des travaux réalisés. Tous les utilisateurs rencontrés attestent de l intérêt des nouveaux aménagements et de l agrément qui en résulte. Salle de restauration Le bâtiment d origine date de La salle de restauration a une surface de 42m2 avec une hauteur sous plafond de 2,70m. Un premier plafond suspendu constitué de dalles de 2,5cm d épaisseur en fibres minérales peintes (sans isolant phonique) à été installé en Mesures avant restructuration (société Impédance pour le compte de la mairie) Niveau sonore Le niveau sonore est conditionné par la voix des enfants et des personnes chargées du service et divers bruits dont le choc des couverts, des pieds de chaises Le mesurage est réalisé de 12h20 à 13h10 en présence de 65 élèves et de 3 adultes Le niveau sonore mesuré est très important avec une valeur moyenne de Leq = 83 db(a) pour la période totale de mesure (50mn). A titre indicatif, cette valeur est comparable au bruit d une tondeuse à gazon à moteur thermique en fonctionnement normal. A un tel niveau sonore, l intelligibilité de la parole est mauvaise et la communication devient difficile au delà d une distance de 5m (voir note d information n 41). L Aeq,T db(a) Période totale (50mn) 83,1 Consommation de l entrée 81,1 Consommation du plat principal 82,5 Consommation du dessert (Yaourt) 83,1 Débarrassage (présence des enfants) 85,2 L évolution du niveau sonore durant le repas est significative et traduit l agitation croissante des enfants : on constate par exemple que le bruit est plus important en fin de repas lors de la consommation du yaourt qu au moment de la consommation de l entrée. 3

4 La valeur maximum est atteinte pendant la débarrassage (chocs assiettes, couverts) avec un pic à 92,8 db(a). A titre de comparaison c est à peu près le niveau sonore auquel est exposé un menuisier utilisant sur une scie circulaire d atelier. Le bruit reste élevé en permanence puisque la valeur minimum instantanée est de 67,2 au moment de la consommation de l entrée. Sur ce diagramme on constate que c est en fin de repas, vers 1h de l après midi, que les valeurs d intensité sonore sont les plus élevées. Compte tenu du temps d exposition des enfants et des personnes à ces niveaux sonores, on ne peut parler ici de risque de lésion du système auditif (le risque serait réel si l exposition à ce bruit durait toute la journée) mais on dépasse de beaucoup la valeur maximale préconisée de 75dB(A) pour une salle de restauration. 4

5 Temps de réverbération Le temps de réverbération moyen est de Tr (500 2KHz) = 1,4 s. Il est très nettement supérieure à 0,6s, valeur préconisée pour ce type de local (le local forme ici caisse de résonance). A la lecture du diagramme on remarque que le temps de réverbération est maximum (supérieur à 1,7s) pour les fréquences comprises entre 630 Hz et 1000Hz. 5

6 Préconisations Les aménagements proposés sont destinés à réduire les temps de réverbération et de fait le niveau sonore globale (tout bruit étant rapidement étouffé). Plafond Il est recommandé de remplacer les dalles actuelles de la salle de restauration par des dalles à forte absorption ( α W supérieur ou égal à 0,9) sur la totalité de la surface, sans modification de la hauteur initiale du plafond Les dalles choisies ont une épaisseur de 40mm (laine de roche) avec un coefficient d absorption α W 0,9 Parois verticales Deux parois verticales doivent être traitées sur les parties libres à l aide d un matériau absorbant (de coefficient α W au moins égal à 0,70). La surface à traiter est de 4,8 X 2,7 et 2,8 X 2 soit 20m 2 Compte rendu des mesures acoustiques après réalisation des travaux (société Apave pour le compte de la mairie) Les mesures ont été réalisées portes et fenêtres fermées Le niveau sonore à été mesuré durant 60 mn lors du déjeuner des enfants (52enfants). Le niveau moyen est de Leq = 73dB(A) 6

7 Le temps de réverbération moyen est de Tr (500-2KHz) = 0,5s On observe un gain acoustique important par rapport aux situations initiales : - le faux plafond et les panneaux muraux acoustiques permettent d obtenir un temps de réverbération 3 fois inférieur à la valeur initiale, et inférieur au 0,6s qui était l objectif initial. - Le niveau sonore mesuré lors du déjeuner est de 73dB(A), soit un gain de 10 db par rapport à l ancienne configuration ce qui équivaut à une intensité sonore environ 10 fois plus faible (échelle logarithmique). Salle polyvalente - repos et motricité Ce local à été construit en Il comporte dès l origine un plafond suspendu constitué de plaques en laine de verre comprimée de 3cm d épaisseur assurant la seule isolation thermique. La hauteur de plafond est de 2,80m Les modifications du plafond sont repérées en rouge, les ajouts de panneaux absorbants en orange. Mesures avant restructuration Tr (500-2kHz) = 1s Dans cette salle polyvalente le temps de réverbération est important. Il est pénalisant pour les activités de motricité mais plus encore lorsque la salle est utilisée pour le repos. Préconisations L objectif est d abaisser le temps de réverbération à 0,6 secondes. Pour le plafond, Il est préconisé un abaissement du plafond actuel par mise en place d un nouveau plafond à forte absorption (α W 0,9) 7

8 Pour les parois verticales il est proposé de traiter les parties libres à l aide de panneaux muraux isolant de coefficient α W supérieur ou égale à 0,7. La surface à traiter est de 29 m2. Le nouveau plafond suspendu est abaissé de 20cm. 70m2 de dalles isolantes phoniques ont été installées. Des panneaux absorbant (29m 2 ) sont disposés sur deux murs. Compte rendu des mesures acoustiques après réalisation des travaux Le niveau sonore à été mesuré durant 60mn lors de la sieste des enfants (nombres d enfants : 17). On observe un gain important par rapport à la situation initiale : - le faux plafond et les panneaux muraux acoustiques permettent d obtenir un temps de réverbération de 0,3 seconde, soit plus de trois fois inférieur à la situation initiale. - Le niveau sonore mesuré lors de la sieste de 42,5dB(A) est satisfaisant (pour une salle de repos on recommande ). L organisme de contrôle indique, en conclusion, que les résultats obtenus sont très satisfaisants et conformes aux objectifs fixés par l étude acoustique initiale. 8

9 ECOLE ELEMENTAIRE La vérification a été effectuée le 18 Juin 2007 par M. SOUET, Ingénieur Principal d'etudes Sanitaires à la DDASS de l'indre, et réalisée conformément à la Norme NFS relative à la vérification acoustique des bâtiments. L'isolement acoustique des bâtiments par rapport aux bruits extérieurs n est pas étudié ici. La présente vérification consistera à mesurer le temps de réverbération des locaux. La totalité de l étude est ici reproduite 9

10 1) - OBJET DE L'AFFAIRE : Dans le cadre de l action n 29 du Plan Régional Santé Environnement (P.R.S.E), il a été convenu, en association avec le Rectorat, de procéder à des vérifications de la qualité acoustique de locaux scolaires afin d enrichir, par des exemples concrets, le document de synthèse qui sera établi. L établissement scolaire «Genevois» de la commune d ONZAIN a été retenu dans le cadre de cette démarche. 2) - CONDITIONS DE MESURE : La vérification a été effectuée le 18 Juin 2007 par M. SOUET, Ingénieur Principal d' Etudes Sanitaires à la DDASS de l'indre, et réalisée conformément à la Norme NFS relative à la vérification acoustique des bâtiments. Pour le présent cas, l'isolement acoustique des bâtiments par rapport aux bruits extérieurs ne sera pas étudié. La présente vérification consistera à mesurer le temps de réverbération des locaux. 3) - APPAREILLAGE UTILISE : 3.1) Pour l'acquisition des données : - une chaine sonométrique de marque 01dB de type «Symphonie» (n de série: 772), couplée à un microphone de classe 1 et vérifiée par le Laboratoire National d'essais conformément aux dispositions de l'arrêté du 27 Octobre 1989 ( dernière vérification réalisée le 19/10/05 - validité 2 ans). - une source sonore de marque de marque 01dB, type «GDB95». 3.2) Pour le traitement des données :. un système de traitement informatique (logiciels 01dB) implanté sur un microordinateur portable de marque TOSHIBA. 10

11 4)- MESURE DU TEMPS DE REVERBERATION : 4.1) Définition : Le temps de réverbération (TR exprimé en secondes) d'un local, est le temps nécessaire à la diminution sonore de 60 db(a) lorsque la source sonore émettrice est brusquement arrêtée. 120 db(a) 60 db(a) Temps de réverbération (Tr) exprimé en secondes Le temps de réverbération est directement lié à la nature des parois rencontrées. En effet, une onde sonore qui rencontre un obstacle, est pour partie réfléchie, absorbée et transmise. La partie réfléchie sur les parois revient vers les oreilles des usagers et s'ajoute aux bruits d'origine, créant ainsi une amplification sonore qui peut aller jusqu'à l'intolérance. 11

12 4.2) Résultats des mesures : - Salle de classe isolée - TR 63Hz 0.81s Corrélation k 2 k 4 k 8 k 16 k 12

13 Salle de classe non isolée - TR Hz 1.76s Corrélation k 2 k 4 k 8 k 16 k 13

14 - Salle Marcel Bozzuffi TR Hz 0.63s Corrélati on k 2 k 4 k 8 k 16 k 14

15 5) - VALEURS FIXEES PAR LA REGLEMENTATION : Il est possible de se baser sur les dispositions de l'arrêté du 25 avril 2003 relatif à la limitation du bruit dans les établissements d'enseignement. A cet effet, pour un local d enseignement, dont le volume est inférieur ou égal à 250 m 3, le temps de réverbération doit être le suivant : 0,4 s <Tr< 0,8 s (moyenne arithmétique des durées de réverbération dans les intervalles d octave centrés sur 500, 1000 et 2000 Hz) Pour un local d enseignement, dont le volume est supérieur à 250 m 3, le temps de réverbération doit être le suivant : 0,6 s <Tr< 1,2 s (moyenne arithmétique des durées de réverbération dans les intervalles d octave centrés sur 500, 1000 et 2000 Hz) 6) - ANALYSE DES RESULTATS : Volume du local en m 3 Tr en secondes (moyenne arithmétique dans les intervalles d octave centrés sur 500, 1000 et 2000 Hz) Salle de classe isolée 164,25 0,38 Salle de classe non isolée Salle Marcel Bozzuffi 224,5 1,11 182,4 0,36 Les résultats obtenus, pour la salle de classe déjà isolée et la salle Marcel Bozuffi, sont inférieurs au seuil minimum réglementaire de 0,4 secondes. La mise en œuvre d'une correction acoustique de ces locaux, qui présente une forte absorption acoustique, ne se justifie donc pas. Par contre, la mise en œuvre d'une correction acoustique pour la salle de classe non isolée, qui présente des résultats supérieurs au seuil réglementaire, se justifie pleinement. 15

16 7) - TRAITEMENT ACOUSTIQUE : 7.1) Principe du traitement : Le traitement acoustique consiste à agir sur l'onde réfléchie sur les parois selon deux méthodes, et permettant ainsi de faire diminuer le temps de réverbération. En effet, en utilisant la formule mathématique dite de "Sabine", le temps de réverbération est déterminé par : Tr = 0,16 x V/A. V étant égal au volume du local à étudier (m 3 ). A étant égal à l'aire d'absorption équivalente totale (m 2 ). Tr étant égal au temps de réverbération (s) Par conséquent, la diminution du temps de réverbération d'un local consiste à limiter le volume du local ou à augmenter l'aire d'absorption. 7.2) Limitation du volume des locaux : La diminution du volume (pose d une cloison intermédiaire et/ou d un faux-plafond) est une solution délicate car elle pénalise l utilisation initiale d un local. De plus, cette solution est bien souvent limitée par la présence des ouvrants existants (fenêtres, portes). 7.3) Augmentation de l'aire d'absorption : Pour ce faire, il est possible d installer des matériaux absorbants caractérisés par leur coefficient d'absorption. Ces matériaux doivent être choisis parmi ceux présentant une forte absorption aux fréquences de la voix humaine (octaves centrés sur 500, 1000 et 2000 Hz). Cette méthode est certainement la mieux adaptée pour la correction acoustique de la salle de classe. 7.4) Aire d'absorption actuelle de la salle de classe : En se reportant à la formule mathématique dite de «Sabine», il est possible de déterminer l'aire d'absorption actuelle de la salle de classe dans le domaine des fréquences précitées (volume de la salle : 224,5 m 3 ) : 16

17 Fréquences (Hz) Tr moyen (s) Aire d absorption de la salle de classe A (m 2 ) 500 1,18 30,5 1k 1, k 1,03 35 La valeur moyenne de l'aire d'absorption actuelle de la salle de classe est d environ 32,5 m ) Aire d'absorption optimale de la salle de classe : Pour un temps de réverbération ajusté à la valeur de 0,6 s, avec un volume identique, l'aire d'absorption optimale de la salle de classe est égale à environ 60 m ) Dimensionnement des matériaux absorbants : Le dimensionnement des matériaux absorbants sera déterminé par la différence de l'aire d'absorption optimale à l'aire d'absorption actuelle de la salle de classe soit environ: 27,5 m 2 de matériaux absorbants à rajouter pour la salle de classe En ce qui concerne le choix du matériau absorbant, les fabricants de ce type de produit sont nombreux et la gamme offerte variée. C'est pourquoi, dans le cas où la commune d ONZAIN décide de corriger l acoustique de la salle de classe, il est primordial qu elle fasse appel à une entreprise qualifiée dans ce domaine. Il est important de rappeler que la mise en oeuvre de cette correction acoustique peut éventuellement faire l objet de subvention. 17

18 Principaux enseignements de cette étude Salle de classe non isolée On trouve ici les caractéristique des salles de classes construites de la fin XIXème au début du XXème siècle. Les lois hygiénistes édictées sous la IIIème République précisaient que la classe devait être lumineuse avec une disposition des fenêtres qui devait permettre de renouveler l air facilement grâce à : - une hauteur sous plafond de 4m - des linteaux de fenêtre devant s élever le plus haut possible au niveau du plafond - un éclairage unilatéral ou bilatéral - de larges baies (1,20mX1,50m) ou des doubles baies. Ici, le plafond (en plâtre) est situé à 4,10m de hauteur et les fenêtres de grande dimension vont jusqu au plafond. La surface est de 54,75m 2 (largeur 7,50m longueur 7,30m) L éclairage artificiel, installé plus récemment, est constitué de déflecteurs suspendus (équipé de tube néon). Le sol est en carrelage. Le temps de réverbération est de 1,11s donc supérieur à 0,8s, qui est le maximum admis. 18

19 Salle de classe restructurée Les travaux, réalisés ici par les agents communaux, consistent à mettre en place un plafond suspendu à 3m du sol. Les blocs d éclairage sont intégrés au plafonds Le plafond est constitué de panneaux isolants phoniques (25mm de laine de roche comprimée) et doublés d une couche de laine de verre (isolant thermique). Un coffrage autour des fenêtres permet de perdre le moins possible en éclairage naturel. Le temps de réverbération est de 0,38s, valeur très satisfaisante puisque légèrement inférieure à la valeur de 0,4s, minimum requis. 19

20 Salle de classe «Marcel Bozzuffi» Cette salle récente, était initialement destinée à accueillir une bibliothèque. Hauteur de plafond : 3,80m Surface 48m 2 (10mX4,80m) Le plafond et les murs sont très absorbants. Le temps de réverbération est ici particulièrement faible : 0,36s. Pour une salle de classe, cela ne présenterait pas d intérêt de descendre bien en dessous de cette valeur. Une trop forte absorption des bruits nous éloignerait des conditions normales de transmission des sons, nécessaire dans le cadre pédagogique. Elle nous rapprocherait de la sensation (qui peut être une sensation d angoisse dans les cas extrême) que l on a dans une chambre blanche telles qu il en existe dans le domaine de l ingénierie acoustique qui, en étouffant les sons, supprime toute impression de vie alentour. 20

21 COLLEGE Hall d entrée Le plafond suspendu est constitué de plaques peintes en fibres comprimées. Le sol est recouvert de dalles vinyle. Le volume du local est de 739m3. Il s agit de déterminer les caractéristiques acoustiques du local. Les mesures sont donc réalisées en l absence des élèves. Résultats des mesures : TR Hz 0.65s Corrélation k 2 k 4 k 8 k 16 k Le temps de réverbération moyen de réverbération est de 1,07s. 21

22 C est une valeur satisfaisante, puisque pour ce local, dont le volume est supérieur à 512 m 3, le temps de réverbération doit être inférieur à 1,5s. Salle de restauration Le plafond est constitué de module préfabriqué autoporteur en béton armé formant caisson. Le volume de la salle de restauration est de 900m3. Le sol est recouvert de dalles vinyle. Résultats des mesures : TR 63Hz 3.63s Corrélation Le temps de réverbération moyen de réverbération est de 2,86s k 2 k 4 k 8 k 16 k 22

23 C est une valeur trop importante, puisque pour ce type de local, dont le volume est supérieur 250 m 3, le temps de réverbération devrait être inférieur à 1,2s. La mise en œuvre d'une correction acoustique serait justifiée. Pour un tel local, de volume supérieur à 250m 3 on doit avoir : 0,6 s <Tr< 1,2 s Pour un temps de réverbération ajusté à la valeur de 0,9 s, avec un volume identique, l'aire d'absorption optimale est de 160 m 2. La valeur moyenne de l'aire d'absorption actuelle de la salle étant d environ 51m 2, il faudrait ajouter 109 m 2 de matériaux absorbants. Une étude technique détaillée permettrait d affiner les solutions matérielles à adopter, afin de déterminer si une isolation phonique du plafond est suffisante ou s il convient également d envisager, en complément, la pose de panneaux muraux. 23

24 Salle de classe Le plafond est constitué de modules préfabriqués autoporteurs en béton armé formant caisson. Le volume de la salle est de 277m 3. Résultats des mesures : TR Hz 2.27s Corrélation k 2 k 4 k 8 k 16 k Le temps de réverbération moyen de réverbération est de 1,61s. C est une valeur trop importante, puisque pour ce local, dont le volume est supérieur 250 m 3, le temps de réverbération devrait être inférieur à 1,2s. La mise en œuvre d'une correction acoustique serait justifiée. 24

25 Pour un local de ce type, de volume supérieur à 250m3 on doit avoir : 0,6 s <Tr< 1,2 s Pour un temps de réverbération ajusté à la valeur de 0,9 s, avec un volume identique, l'aire d'absorption optimale est de 49 m 2. La valeur moyenne de l'aire d'absorption actuelle de la salle étant d environ 27m 2, il faudrait ajouter 22m 2 de matériaux absorbants. Le seul traitement acoustique du plafond de m2 de surface, doit ici permettre d obtenir les valeurs optimales de temps de réverbération. 25

26 CONCLUSION A partir de nos visites avec les conseillères en hygiène et sécurité, nous avons constaté que la qualité acoustique des locaux scolaires n est que rarement prise en compte dans les constructions scolaires avant les années Les mesures réalisées par les service des DASS le confirment. On peut établir une typologie simplifiée de quelques structures types : - Les écoles anciennes, dont un grand nombre ont été construite durant l époque républicaine de 1880 à 1914 suivant des plans types qui se caractérisent par une construction de qualité, des salles de classe avec des plafonds hauts (4m) et de grandes fenêtres. La pose d un faux plafond acoustique (hauteur comprise entre 3m et 3,50m) intégrant le cas échéant une couche d isolant thermique avec blocs d éclairage encastrés permet généralement d obtenir des résultats satisfaisants. - Les constructions des années en structure souvent semi préfabriquées qui à l origine, compte tenu à l époque des faibles coûts de l énergie, comportaient peu d isolation thermique. Les qualité acoustique de ces locaux est souvent très pénalisante pour les utilisateurs et des restructurations conséquentes intégrant l isolation acoustique sont souvent indispensables. - Les constructions préfabriquées légères des années La qualité acoustique y est très médiocre. En particulier les chocs sur certains planchers reposant sur des plots en ciments sont particulièrement perceptibles. C est également dans ces locaux que l on rencontre la plus mauvaise qualité thermique des bâtiments, avec des besoins en chauffage important en saison froide et des élévations exagérées de température en période d ensoleillement. Ces constructions ont, pour une bonne part, atteint leur durée de vie nominale, et ne méritent guère d être conservées comme locaux d enseignement. - Les constructions récentes, à partir des années 1990, où l isolation phonique est intégrée dès la conception. Il convient, dans le cas d une restructuration visant a améliorer l acoustique, de prendre en compte prioritairement les locaux utilisés par un grand nombre de personne avec des durées de fréquentation conséquentes telles les salle de classe, les salles de repos, les salles de motricité, les salles de restauration, les CDI.pour terminer par les lieux de passage tels couloirs et cages d escalier (le cas spécifique des gymnases n est pas évoqué dans cette étude). 26