Formation Bâtiment Durable : Acoustique : conception et mise en oeuvre

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1 Formation Bâtiment Durable : Acoustique : conception et mise en oeuvre Bruxelles Environnement Isolation aux bruits aériens : principes et matériaux Manuel VAN DAMME Acoustical Expert VK Group

2 Objectif(s) de la présentation Donner des outils pour aider à choisir au mieux les matériaux destinés à l isolation aux bruits aériens. Présenter les matériaux traditionnels et leurs alternatives écologiques 2

3 Plan de l exposé Les indicateurs acoustiques, Influence du choix du matériau sur la performance acoustique d une paroi simple Performances acoustiques des parois doubles Performances acoustiques des matériaux écologiques et spécificité de mise en oeuvre 3

4 Caractérisation acoustique des matériaux L Indice d affaiblissement acoustique = résistance de 1 m² d un élément de construction contre le passage du bruit Energie incidente R ( db ) 10 lg E E incidente transmise 20 db = rapport E de db = rapport de db = rapport de Energie réfléchie Energie transmise Energie absorbée 4

5 Caractérisation acoustique des matériaux Mesure en laboratoire de l indice d affaiblissement acoustique aux bruits aériens 5

6 Montage de l élément 6

7 Montage de l élément à tester en laboratoire Mesure impérativement en laboratoire voie directe réception émission Caractéristique principale des cellules d essai : transmissions latérales extrêmement faibles 7

8 Types d éléments testés en laboratoire Eléments testés en laboratoire et caractérisés par l indice d affaiblissement R : Murs, parois intérieures, façades, planchers, plafonds, toitures, écrans autoroutiers, fenêtres, vitrages, portes... 8

9 Montage de l élément à tester en laboratoire Pour les petits éléments : baie adaptée 9

10 Niveau (db) Mesure de l indice d affaiblissement acoustique Principe de détermination de l indice d affaiblissement R en laboratoire. Source de bruit utilisée : le bruit rose - même énergie par bandes de fréquence Fréquence (Hz) 10

11 Mesure de l indice d affaiblissement acoustique Principe de détermination de l indice d affaiblissement R w en laboratoire. On mesure : le niveau d émission L 1 (bruit rose +/- 100 db ), par 1/3 d octave, le niveau de réception L 2, par 1/3 d octave, le temps de réverbération de la salle de réception T, par 1/3 d otave, la surface de l élément testé S et le volume de la salle de réception V. A partir de ces valeurs, on calcule R par : R L L lg S A A V T R n est donc pas une valeur unique mais bien une valeur par 1/3 d octave: On a ainsi le spectre des valeurs de R à 100, 125, Hz. 11

12 R (db) Mesure de l indice d affaiblissement acoustique : valeur unique R w Valeur unique R w Procédure normalisée par ISO Fréquence (Hz) 12

13 Indicateurs acoustiques Caractérisation du bruit L niveau de pression acoustique (en db) - p.ex: L Ainstal,nT Caractérisation de l absorption acoustique α coefficient d absoption Caractérisation de l isolation acoustique (indices à valeurs valeurs uniques (w), en db) Mesures in situ Mesures en laboratoire Bruits de choc L nt,w niveau de pression du bruit de choc standardisé mesuré in situ donne le niveau de bruit résultant du côté inférieur du sol L n,w niveau de pression du bruit de choc mesuré en labo donne le niveau de bruit résultant du côté inférieur du sol Bruits aérien D nt,w isolement acoustique standardisé mesuré in situ entre deux locaux donne la diminution du bruit mesurée entre deux locaux R w Indice d affaiblissement acoustique mesuré en labo caractérise l aptitude d un matériau ou d une paroi à atténuer la transmission 13 directe du bruit

14 20 31, db Termes d adaptation C et C tr Importance du type de source Dominance hautes fréquences 70 Niveau sonore global Analyse spectrale Dominance basses fréquences 40 fréq. (Hz) 14

15 Termes d adaptation C et C tr EN ISO 717 Valeur unique et termes d adaptation C et C tr B ru its à fré q u e n c e s d o m in a n te s m o y e n n e s e t h a u te s R w + C A c tiv ité s h u m a in e s (p a ro le, ra d io, té lé v is io n ) je u x d e n fa n ts B ru its à fré q u e n c e s d o m in a n te s b a s s e s R w + C tr D is c o th è q u e tra fic a u to ro u tie r ra p id e (> 8 0 k m /h ) tra fic ro u tie r le n t (u rb a in ) tra fic fe rro v ia ire à v ite s s e m o y e n n e o u é le v é e tra fic fe rro v ia ire à b a s s e v ite s s e a v io n s à ré a c tio n à c o u rte d is ta n c e b ru it d e l in d u s trie a v e c fré q u e n c e s p rin c ip a le m e n t m e d iu m s e t a ig u ës a v io n s à ré a c tio n à g ra n d e d is ta n c e a v io n s à h é lic e s b ru it d e l in d u s trie a v e c fré q u e n c e s p rin c ip a le m e n t g ra v e s 15

16 R (db) Mesure de l indice d affaiblissement acoustique : valeur unique R w Valeur unique R w Spectre de R ramené ainsi à une valeur unique R w corrigée de deux termes R w (C,C tr ) = 30 (-2;-3) db Fréquence (Hz) Module : voir 16

17 Isolement acoustique <> Indice d affaiblissement réception émission 1. Transmission directe Labo : R w réception émission 2. Transmissions indirectes (ou latérales) In situ : X R D w nt,w (D nt,w < R w ) Les valeurs R mesurées en laboratoire ne peuvent donc pas être utilisées directement sur site modèles de calcul! Attention car les deux grandeurs s expriment en db! 17

18 Caractérisation acoustique des matériaux L Indice d affaiblissement acoustique = résistance de 1 m² d un élément de construction contre le passage du bruit Energie incidente R ( db ) 10 lg E E incidente transmise 20 db = rapport E de db = rapport de db = rapport de Energie réfléchie Energie transmise Energie absorbée 18

19 L indice d affaiblissement acoustique En isolation acoustique au bruit aérien, deux grandes familles de parois : 1. Cloisons massives (ou simples) : blocs de plâtre, de béton, béton cellulaire, terre cuite, béton coulé 2. Cloisons à ossature (ou doubles): ossature bois, métal, plaques de bois ou plâtre enrobé de carton 19

20 L indice d affaiblissement d une paroi massive La loi de masse : l indice d affaiblissement d une paroi simple augmente avec sa masse 20

21 R (db) Indice d affaiblissement en fonction de la fréquence R ( db ) fct m.2 f. La courbe d isolement présente 5 zones : A B C ZONE C : L isolement est déterminé par la masse et la fréquence Variation selon 20 lg( mf ) Fréquence (Hz) R augmente de 6 db par doublement de la fréquence = loi de la fréquence En pratique, pente de 4 à 6 db/oct. Zone C souvent comprise entre 100 Hz et 3000 Hz 21

22 R (db) Indice d affaiblissement en fonction de la fréquence La courbe d isolement présente 5 zones : A B C D ZONE D : L isolement présente une chute à la fréquence critique (f c ) qui est fonction du type de matériau, de son épaisseur et de sa rigidité à la flexion Fréquence (Hz) Plus la paroi est rigide, plus f c est basse, et plus la profondeur du puits est importante Si la fréquence critique est dans une zone où l oreille est sensible, la chute de l isolation est fortement ressentie. Attention aux matériaux où 100 Hz < f c < 3000 Hz! 22

23 R (db) Indice d affaiblissement en fonction de la fréquence A B C D R w réel < R w si la masse seule de la paroi agissait. Ne pas se baser sur la loi de masse expérimentale seule Fréquence (Hz)

24 Tableau des fréquences critiques Fréquence critique pour différents matériaux Matériau Vitesse longitudinale c1 (m/s) Acier 5050 Aluminium 5150 Verre 4900 Béton 3400 Brique pleine 3000 Plâtre 2400 Plomb 1250 c2 f c = 1.9hc 1 Avec : f c : fréquence critique du matériau (Hz), c : vitesse du son dans l air = 340 m/s, h : épaisseur du matériau (m), c 1 : vitesse longitudinale du son dans le matériau (m/s) Exemple : pour une feuille de verre de 8 mm : f c = 340²/(1.9*0.008*4900) = 1552 Hz 24

25 Fréquence critique pour les matériaux courants Panneaux légers et souples (p.e. plaques de plâtre) Blocs lourds Blocs légers p.e. carreaux de plâtre, blocs de béton cellulaire basses 100 Hz 400 Hz 2500 Hz aigus 25

26 Rw des parois simples : blocs (carreaux) de plâtre Fréquence critique Blocs de plâtre pleins, enduits : 70 mm R w = 30 db 70 mm acoustiques R w = 35 db 100 mm R w = 38 db Masse volumique : 950 kg/m³ Bloc «lourd» : kg/m³ 26

27 Rw des parois simples : blocs de plâtre Influence de la finition en périphérie 27

28 Rw des parois simples : blocs de béton cellulaire Masse volumique : 550 kg/m³ léger au point de vue acoustique Source YTONG Source YTONG 28

29 Rw des parois simples : blocs de béton cellulaire Béton cellulaire, blocs pleins 550 kg/m³, enduits : Blocs 100 mm R w = 41 (-1;-4) db (carrés) Blocs 150 mm Blocs 200 mm R w = 44 (-2;-4) db (croix) R w = 49 (-1;-4) db (signe plus) Source YTONG 29

30 Rw des parois simples : blocs d argile expansée Béton d argile expansé, blocs creux, enduits : Blocs 90 mm R w = 40 (-1;-3) db Blocs 140 mm Blocs 190 mm R w = 44 (0;-3) db R w = 47 (0;-4) db 30

31 Influence de l enduit sur les blocs maçonnés Source YTONG 31

32 Influence de de l enduit sur les blocs maçonnés Blocs béton cellulaire 14 cm sans enduit R w = 25 (-1;-4) un côté enduit R w = 43 (-1;-4) 2 côtés enduits R w = 44 (0;-3) Amélioration d autant plus marquée que le bloc est poreux 32

33 Rw des parois simples : blocs de terre cuite Masse volumique : kg/m³ 33

34 Rw des parois simples : blocs silico-calcaires Cloisons simples : Blocs de grès calcaire (pleins) Blocs 150 mm enduit : R w = 50 db II b Blocs 175 mm enduit : R w = 52 db II b Blocs 214 mm enduit : R w = 55 db II a Blocs 300mm enduit : R w = 57 db / 58 db II a / I b 34

35 Rw des parois simples : blocs de béton R w des parois simples Cloisons simples : Blocs de béton Béton lourd, blocs creux, enduits: Blocs 90 mm R w = 49 (-2;-5) db Blocs 140 mm Blocs 190 mm R w = 54 (-2;-6) db R w = 57 (-1;-5) db Béton lourd, blocs pleins, enduits: Blocs 90 mm R w = 50 (-1;-5) db Blocs 140 mm R w = 56 (-1;-5) db 35

36 Rw des parois simples : conclusions L isolation acoustique augmente avec la masse, à raison de 4 db par doublement de masse. L isolation acoustique augmente avec la fréquence, à raison de 6 db par doublement d octave. Tous les matériaux possèdent une fréquence critique à laquelle leur isolation est plus faible. La fréquence critique des blocs légers (blocs de plâtre, béton cellulaire...) est située dans un domaine de fréquences (les moyennes fréquences) où l oreille est particulièrement sensible. Ces matériaux sont donc peu recommandés pour les travaux d isolation acoustique. A la fréquence critique des matériaux, leur isolation acoustique chute d autant plus que les matériaux sont rigides. L étanchéité à l air a beaucoup d influence sur l isolation acoustique des murs maçonnés, dès lors la pose d un enduit améliore les performances du mur, surtout lorsque ceux-ci sont réalisés à partir de matériaux poreux. 36

37 Rw des parois doubles Masse-ressort-masse d m 1 m 2 Source : CSTC - CNRJ Cloisons à ossature (ou doubles): ossature métal, bois plaques de bois ou plâtre enrobé de carton Double-vitrages 37

38 Application concrète de la double paroi ossature souple bande résiliente matériau absorbant étanche à l'air finition périphérique au mastic élastique 38

39 Comportement des parois doubles R [db] A Trois zones importantes dans la courbe A. Le système suit la loi de masse basses Freq. [Hz] aigus 39

40 Comportement des parois doubles d m 1 m 2 R [db] A B A. Le système suit la loi de masse B. L isolement chute à la fréquence de résonance f res = 90 d æ ç è m' 1 m' 2 ö ø basses Freq. [Hz] aigus 40

41 Comportement des parois doubles Problème de la résonance des parois doubles Envoyer la résonance m-r-m le plus bas possible R [db] 1.5 à 2 x inférieur à la fréquence pour laquelle une bonne isolation est nécessaire! f r Augmenter d, m 1 et/ou m 2 basses 100 Hz Freq. [Hz] aigus 41

42 Comportement des parois doubles Trois zones importantes dans la courbe R [db] A B C A. Le système suit la loi de masse B. L isolement chute à la fréquence de résonance C. Le ressort transmet mal l onde acoustique et l isolement est beaucoup plus important que celui attendu selon la loi de masse basses Freq. [Hz] aigus 42

43 Comportement des parois doubles R [db] A B C A. Le système suit la loi de masse B. L isolement chute à la fréquence de résonance C. Le ressort transmet mal l onde acoustique et l isolement est beaucoup plus important que celui attendu selon la loi de masse Chute de l isolement à la fréquence critique des deux parois basses Freq. [Hz] aigus 43

44 Fréquence critique des parois doubles m1 = m2 m1 >< m2 Creux plus faibles que dans le cas d une paroi simple Dans le cas où les parements risquent de rayonner à des fréquences où l oreille est plus sensible : pour les parois doubles, il est préférable d utiliser deux matériaux ayant des fréquences critiques différentes de chaque côté de la paroi 44

45 Ondes stationnaires entre les deux parements Fréquence dont la longueur d onde correspond au quart de la distance f pivot = c 4d = ,022 = 3898Hz Double vitrage 4 mm 22 mm 8 mm Lp(x) x 45

46 Ondes stationnaires entre les deux parements Lp(x) x L introduction d un absorbant acoustique dans le vide supprime les ondes stationnaires 46

47 k 1,25k 1,6k 2k 2,5k 3,15k R [db] Limitation des performances des parois doubles Des couplages structuraux limitent fortement les performances du «ressort» de la paroi double Séparation complète Couplées par des montants 2 x 12 mm triplex 0 47

48 R (db) Indice d affaiblissement acoustique des parois R w : deux grands principes d isolation 1. Parois massives : mur simple ou double avec contacts entre les murs Parois doubles : mur double sans contacts 14 cm creux : R w = 54 db x 14 cm creux liaisonnés : R w = 58 db x 14 cm creux découplés : R w = 84 db!! 50 m Mur blocs 2x14 cm totalement découplés - Rw=84dB Mur blocs 2x14 cm avec liaisons - Rw=58dB Mur blocs 2x14 cm en partie avec liaisons - Rw=67dB f (Hz) d m 1 m 2 48

49 Rw des parois doubles Comment éviter les couplages structuraux? Si les deux parois sont légères (cas de la construction à ossature), on peut dédoubler l ossature ou utiliser des profilés souples. 49

50 Ossatures métalliques 50 Source : CSTC BI

51 Ossatures métalliques 51 Source : Isover

52 Rôle de l absorbant dans la cavité Epaisseur du matériaux absorbant dans le creux : peu d influence Construction en plaques de plâtre: 9.5 mm - cavité 80 mm mm 52

53 Rôle de l absorbant dans la cavité Densité du matériaux absorbant dans le creux : aucune influence! Construction en plaques de plâtre: 9.5 mm - cavité 80 mm mm Remplissage complet Différentes densités 53

54 Rw des parois à ossature métallique 54

55 Rw des parois à ossature métallique avec 3 plaques de chaque côté, jusqu à 69 db 55

56 Rw des parois à ossature bois 1 plaque de carton-plâtre de 12,5 mm de chaque côté profondeur ossature 50 mm 70 mm 100 mm BOIS METAL

57 Rw des parois à ossature bois découplée 2 plaques de carton-plâtre de 12,5 mm de chaque côté 100 mm de matériau absorbant jusqu à 60 db 57

58 Rw des parois doubles Comparaison entre panneaux de plâtre et panneaux de bois Utilisation du bois comme panneau : problème de fréquence critique f c = 1300 Hz Plaques de plâtre enrobées de carton plus intéressantes (fc = 3000 Hz) 58

59 Rw des parois doubles Autres matériaux pour la composition des panneaux Plaques en argile: se met en œuvre comme le carton-plâtre A tester? La paille: tests hollandais et allemands Bottes de paille comprimée, enduites de chaque côté Ép. 32 cm de paille comprimée Rw = 45 db 46 cm Rw = 53 db A vérifier? 59

60 Rw des parois doubles Matériaux absorbants Laines minérales Port d un masque et de gands! laine de verre laine de roche 60

61 Rw des parois doubles Matériaux absorbants Laines naturelles Même structure souple à cellules ouvertes que les laines minérales chanvre flocons de cellulose Aussi: lin, laine de mouton, matelas de plumes, PET recyclé, panneau de paille laine de bois laine de coton 61

62 R (db) Rw des parois doubles Influence de la nature de l isolant matériaux écologiques Paroi de base : MS 50 mm + 2x2 plaques de plâtre de 12,5 mm R w = 43 db f (Hz) 62

63 Rw des parois doubles Influence de la nature de l isolant matériaux écologiques Configurations testées Paroi de base : MS 50 mm + 2x2 plaques de plâtre de 12,5 mm Paroi de base + laine minérale 50 mm Paroi de base + mousse de cellulose 40 mm (70 Kg/m³) Paroi de base + laine de chanvre 30 mm (30-42 Kg/m³) Paroi de base + laine de bois 50 mm (40 Kg/m³) R w 43 db 50 db 50 db 49 db 48 db Résultats comparables en isolation pour les différents absorbants (mais attention : les mousses à cellules fermées ne fonctionnent pas acoustiquement PU, XPS, EPS ) 63

64 Rw des parois doubles Matériaux absorbants Mousses synthétiques mélamine, PU à cellules OUVERTES! Très absorbants très performants en correction acoustique MAIS pas plus performants que les autres en isolation acoustique 64

65 65

66 Tous les absorbants acoustiques sont des isolants thermiques, mais l inverse n est pas vrai: les isolants à cellules fermées n absorbent pas le son. Ils peuvent même, dans certains cas, détériorer le résultat. En corollaire, un doublage thermique mal pensé peut dégrader les performances acoustiques d une paroi. 66

67 Doublage acoustique sur mur extérieur combiner avec aspects thermiques Doublage d un mur en blocs de béton cellulaire de 9 cm d épaisseur Épaisseur 8 cm R Rw + Ctr thermique acoustique Régulation hygrométrique PU 3,2 36 X non Laines minérales 2 54 non Laines végétales 2 54 OUI

68 Matériaux de désolidarisation mousse de PVC polyéthylène polyéthylène Aussi: pneus recyclés, latex, mousses de PU élastiques Plus écologiques : bandes de coco, de jute ou de liège caoutchouc recyclé coco liège 68

69 Outils, sites internet, etc intéressants : L isolation phonique écologique J.L. Beaumier - éd. Terre Vivante

70 Outils, sites internet, etc intéressants : GUIDE BATIMENT DURABLE Accès direct via : guidebatimentdurable.bruxellesenvironnement.be 70

71 Outils, sites internet, etc intéressants : ACOUSTIQUE PRATIQUE J. Desmons EDIPA, Paris BOUWAKOESTIEK B. Ingelaere Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, Limelette Articles et conférences du CSTC INITIATION A L ACOUSTIQUE A. Fischetti BELIN, Paris ACOUSTIQUE R. Josse Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, Grenoble. ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT ET LUTTE CONTRE LE BRUIT- J.J. Embrechts Université de Liège, Faculté des Sciences Appliquées BOUWAKOESTIEK B. Ingelaere Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, Limelette LA PRATIQUE DE L ISOLATION ACOUSTIQUE DES BÂTIMENTS J. Pujolle Editions du Moniteur, Paris

72 Contact Manuel VAN DAMME Acoustical Expert Coordonnées : : 0478/ vandamme.manu@gmail.com 72

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