Acoustique environnementale.

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1 Acoustique environnementale

2 Acoustique environnementale Chapitre 08 : Les traitements acoustiques HECF - ISIMs Ing. M. Van Damme 2

3 Principes généraux de lutte contre les bruits Généralités Bruit = forme d énergie Trois possibilités d action : - Diminuer la quantité de bruit émise par la source, - Modifier la propagation de l énergie, - Protéger le récepteur de l énergie qui l atteint. Premier objectif : agir à la source. Efficacité <> économie financière. 3

4 Modifications minimales d équipements Maintenance Équipement mal entretenu = équipement plus bruyant. Par exemple, bruits générés : - Fuites de vapeur, - Roulements défectueux, - Engrenages usés, - Éléments rotatifs mal équilibrés, - Lubrification insuffisante de pièces mobiles, - Articulations ou cames mal ajustées, - Garde au sol d une machine trop faible contacts inutiles bruit inutile. = sources de bruit dont l émission peut être immédiatement contrôlée. 4

5 Modifications minimales d équipements Modification des postes de travail Surexposition inutile du travailleur au bruit. par exemple : poste de commande d un processus situé près d une source de bruit. Situation parfois améliorable : - Éloignement de la source, - Éloignement du pupitre de commande, - Installation du poste de commande dans une cabine ou un refuge à proximité. Traitement du bruit par déplacement de la position des commandes. Dans le cas de l utilisation d une cabine : de 10 à 30 db(a) d amélioration (mesure à la position initiale et mesure à la position finale de l opérateur). Fonction de la qualité des portes et des fenêtres ou de la présence d ouvertures. 5

6 Modifications minimales d équipements Modification des grilles horaires de production Mesure hypothétique sur le plan économique : échelonnement de la production. Maintien de l exposition au bruit des travailleurs sous la limite acceptable. Autre moyen : rotation du personnel entre postes bruyants et calmes mais contraintes techniques. Déplacement des équipements = alternative à la modification des postes de travail qui peut s avérer utile. Rencontré principalement dans les ateliers de travail manuel où les machines sont alignées. Autre solution : concentrer les équipements qui ne demandent pas une attention constante (pompes, ventilateurs, systèmes hydrauliques, conduites d air et de vapeur, ) dans des locaux inoccupés 6

7 Modifications minimales d équipements Généralités Les sources de bruit ne doivent pas être placées près des coins. 7

8 Nouvelle conception de l équipement Généralités Changer une technique industrielle sur base des seules considérations acoustique = presque toujours économiquement et/ou techniquement inenvisageable. Mais pourtant idéal car : - action directe sur la source le plus performant des trois traitements, - Permet d éviter l utilisation d écrans, de capots, d absorbants Lors de la mise en place d un nouvel équipement : possibilité de choisir un équipement plus silencieux ou plus facile à insonoriser Evolution des techniques industrielles : - une tendance de plus en plus silencieuse (grâce à la recherche et à la qualité des matériaux) - À l inverse : des matériaux plus légers et plus rayonnants (ossature en tôle remplace la fonte), des angles droits au lieu de formes arrondies, vitesses de fonctionnement plus élevées. 8

9 Nouvelle conception de l équipement Généralités Le bruit est toujours produit par des changements de force, de pression ou de vitesse. De grands changements provoquent des niveaux de bruit élevés, de petits changements produisent des niveaux sonores moindres. Application à une ligne de découpe : 9

10 Nouvelle conception de l équipement Généralités Plus rapide est le changement de la force, de la pression ou de la vitesse et plus dominant est le contenu en hautes fréquences. 10

11 Nouvelle conception de l équipement Généralités Plus lentes sont les répétitions, plus le bruit sera riche en basses fréquences. 11

12 Nouvelle conception de l équipement Généralités Le bruit en hautes fréquences est très directionnel et peut être facilement réfléchi. 12

13 Nouvelle conception de l équipement Généralités Il faut rendre les surfaces vibrantes les plus petites possibles. Un objet présentant une petite surface peut vibrer intensément sans provoquer de radiation excessive de bruit. Plus hautes sont les fréquences, plus petite doit être la surface pour prévenir toute gêne de bruit irradié. 13

14 Nouvelle conception de l équipement Généralités Il faut rendre les surfaces vibrantes les plus petites possibles. 14

15 Nouvelle conception de l équipement Généralités Les plaques fortement perforées génèrent moins de bruit. 15

16 Nouvelle conception de l équipement Généralités Une plaque allongée et étroite produit moins de bruit qu une plaque de forme carrée. 16

17 Nouvelle conception de l équipement Généralités Application aux transmissions par courroies. 17

18 Nouvelle conception de l équipement Généralités Les plaques avec des bords libres génèrent moins de bruit en basses fréquences. 18

19 Nouvelle conception de l équipement Généralités Il est plus facile d amortir une résonance translatée en hautes fréquences. 19

20 Nouvelle conception de l équipement Modification du fonctionnement d un équipement exemple : la raboteuse Modification du fonctionnement = plus de possibilités pour réduire le bruit au stade des études qu un remplacement pur et simple. Raboteuse : une des sources les plus prolifiques parmi les mécanismes générateurs de bruit. A vide : bruit aérodynamique à large bande + sons purs. Système d extraction des copeaux : courant d air qui traverse plusieurs parties : bruit large bande + sons purs (fondamentale + harmoniques de la fréquence de passage des lames). Lors du rabotage d un élément : succession périodique d impacts des lames sur le bois + vibration de la pièce de bois + vibration de la table. Contraintes pour l étude de la réduction du bruit : vitesse de rotation doit rester fixe, jeu entre les lames et la table souhaitable pour la coupe. Solutions trouvées : réduire la pression de part et d autre des lèvres par : - Création de fentes et d encoches, - Mise en place d un sytème de lames hélicoïdales - 20 db(a)! 20

21 Nouvelle conception de l équipement Modification du fonctionnement d un équipement exemple : impacts continus Par exemple les équipements d imprimerie, les métiers à tisser, les toboggans d objets durs débouchant sur des plaques métalliques Solutions trouvées : réduire le bruit des impacts générés (spectre large MF et HF) - Utilisation de matériaux éliminant les forces de percussion : plastiques mécaniques, nylon, polyéthylène - Application de matériaux amortissants pour réduire les vibrations : feuilles de caoutchouc ou de plastique sur les tôles. - Mise en place de garnitures absorbantes pour réduire les réflexions sur les surfaces dures. 21

22 Traitements simples des machines Généralités Les objets légers et les faibles vitesses de chute génèrent le plus faible bruit d impact. 22

23 Traitements simples des machines Généralités Une surface amortie génère moins de bruit 23

24 Traitements simples des machines Généralités Vibrations forcées (p. ex. Contact avec une source vibrante primaire) techniques d isolation vibratoire : - Interposition d un matériau élastique entre la source et la surface vibrante. - Systèmes de contrôle des vibrations : ressorts, néoprène, liège, feutre, LM action directe sur la source. - Amortissement des surfaces rayonnantes : matériaux collés, peints ou vaporisés, bandes d aluminiums, produits multicouches en fonction de la T, de l humidité, de l exposition chimique. - Élimination ou adoucissement (par bourrage) des impacts aux points de fixations. - Immobilisation des éléments ballotants. 24

25 Traitements simples des machines Généralités Une surface amortie génère moins de bruit 25

26 Traitements simples des machines Généralités Une résonance amplifie le bruit mais on peut y apporter de l amortissement. 26

27 Traitements simples des machines Généralités Lorsque le bruit structurel atteint une grande surface, le bruit aérien rayonné peut devenir un problème. La meilleure solution est d arrêter les vibrations aussi près que possible de la source. 27

28 Traitements simples des machines Généralités Eviter les transmissions par l interposition d une masse lourde 28

29 Traitements simples des machines Généralités Machines lourdes Basses fréquences vibrations de la dalle de support Alourdir celle-ci. 29

30 Traitements simples des machines Supports antivibratiles Systèmes de contrôle des vibrations : ressorts, néoprène, liège, feutre, LM action directe sur la source. 30

31 Traitements simples des machines Supports antivibratiles Amplification du bruit à la fréquence fondamentale 31

32 Traitements simples des machines Supports antivibratiles Démarrage des machines : passage par la fréquence fondamentale 32

33 Traitements simples des machines Supports antivibratiles Niveaux de vibrations BF élevés socle indépendant lourd 33

34 Traitements simples des machines Supports antivibratiles! Ne pas placer la machine directement sur les appuis antivibratiles : masse de support nécessaire! 34

35 Traitements simples des machines Généralités Transmissions des vibrations par les canalisations 35

36 Traitement par absorption d un local Matériaux utilisables. Voir tableau complet Ch.06 Absorption acoustique des matériaux poreux Matériau dikte (mm) Laine minérale (12 kg/m³) Laine minérale (55 kg/m³) PU à cellules ouvertes Blocs de béton Absorption acoustique des panneaux Matériau Multiplex 4 mm sur lattage (2.9 kg/m²)avec vide de 60 mm idem avec 40mm Laine minérale 36

37 Traitement par absorption d un local Problème de base : investissement important, par une entreprise, dans deux poinçonneuses pouvant travailler des tôles épaisses. But : leur permettre de fonctionner un maximum de temps tout en respectant 85 db(a) au sein de l atelier dans lequel elles se trouvent. Description du local : - L = 36 m - l = 27 m - H = 3.2 m - Deux parois vitrées - Murs, planchers et colonnes en béton. - Encombré d autres postes de travail divers. - Poinçonneuses placées dans un coin du local. Contraintes techniques : - Moyens financiers limités, - Accessibilité nécessaires aux machines pas de local séparé. 37

38 Traitement par absorption d un local Résultats des mesures acoustiques avant traitement Conditions de mesure Atelier en fct, poinçonneuses à l arrêt Atelier en fct, 1 poinçonneuse en fct. Atelier en fct, 2 poinçonneuses en fct. L p au point I 72 db(a) 91.5 db(a) 93 db(a) 38

39 Traitement par absorption d un local Analyse des résultats des mesures acoustiques avant traitement - Graphique graphique mesuré théorique (cf Ch.06) contradictions entre les deux graphiques : expliquées car : - poinçonneuses situées à proximité des parois réfléchissantes zone très réverbérante répartition non uniforme des surfaces absorbantes, - atelier plat critère de rapport longueur/largeur non respecté (L < 5.h), - sol de l atelier très encombré atténuation de la propagation des ondes acoustiques. 39

40 Traitement par absorption d un local Principe du traitement adopté - Encoffrement des machines non acceptable (critères d accessibilité), - Traitement du plafond : efficace sur l ensemble du spectre. Descriptif : 40

41 Traitement par absorption d un local Surface traitée : 41

42 Traitement par absorption d un local Efficacité du traitement : Diminution du niveau sonore de 3 à 4 db(a). Difficulté de la prédiction en acoustique 42

43 Traitement par absorption d un local Baffles acoustiques 43

44 Traitement par absorption d un local Un maximum d absorption 44

45 Traitement par absorption d un local Matériaux perforés + LM 45

46 Traitement par absorption d un local 1 α - Sabine Matériaux perforés + LM α Sabine Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz Freq 46

48 Traitement par absorption d un local Matériaux perforés + LM 1 0,9 0,8 0,7 0,6 Alfa 0,5 0,4 0,3 0,2 Allegro Moderato ,1 Vivace Andante Hz 48

50 Traitement par absorption d un local Plafons microperforés + absorption sound absorption index αs f [Hz]

51 Traitement par absorption d un local Absorption dans les basses fréquences par panneaux 51

52 Atténuation à l aide d écrans acoustiques 52

53 Caractérisation des écrans acoustiques NBN EN :1997 Dispositifs de réduction du bruit du trafic routier Méthode d essai pour la détermination de la performance acoustique Partie 1 : caractéristiques intrinsèques relatives à l absorption acoustique. NBN EN : - Fixe les conditions de montage de l échantillon, W incidente - Norme EN pour la mesure - Définit la méthode de calcul du DL a et de la classe d absorption W réfléchie W transmise W absorbée 53

54 Conditions de montage des écrans acoustiques en chambre réverbérante Conformes à l EN avec les modifications suivantes : - Même montage qu en situation réelle (assemblages et joints d étanchéité), - Au moins un poteau (> 2m) doit être inclus dans l échantillon à tester. - Echantillon posé au sol. 54

55 Coefficient d absorption Quand le bruit arrive sur une surface : W incidente - Une partie est réfléchie, - Une partie est transmise, - Une partie est absorbée. On définit le coefficient d absorption alpha : Eabsorbée 0 < α = <1 E incidente W réfléchie W absorbée W transmise Il est fonction de : - La fréquence de l onde sonore incidente, - L angle de l onde sonore incidente. Mais en pratique, valeurs données pour un champ diffus. 55

56 Temps de réverbération Il s agit du temps nécessaire à un bruit, après extinction de la source, pour décroître de 60 db. Mesure en sec. Niveau de pression acoustique en un point [db] 60 db Formule de Sabine : T s T = 0.161V αs Avec S = 16 m² et V = 342 m³ t 1 t 2 Temps [s] 56

57 Coefficient d absorption Détermination d un spectre des valeurs alpha du dispositif de réduction du bruit de trafic 57

58 Calcul du DLa 0 Normalized traffic noise spectrum [db] A partir du spectre mesuré Alpha et du spectre sonore normalisé de la circulation (ISO ) : ,000 1,250 1,600 2,000 2,500 3,150 4,000 5,000 Frequency [Hz] DL α αsi j= 1 = 10lg 1 18 L j 10 j= 1 L j /10 /10 [db] 58

59 Calcul de la classe d absorption Sur base du DL a 59

60 Caractérisation des écrans acoustiques NBN EN :1997 Dispositifs de réduction du bruit du trafic routier Méthode d essai pour la détermination de la performance acoustique Partie 2 : caractéristiques intrinsèques relatives à l isolation aux bruits aériens. NBN EN : - Fixe les conditions de montage de l échantillon, W incidente - Norme EN ISO pour la mesure - Définit la méthode de calcul du DL R et de la classe d isolation W réfléchie W transmise W absorbée 60

61 Méthode de mesure selon EN ISO 140-3: 1995 MESURE DE L INDICE D AFFAIBLISSEMENT ACOUSTIQUE R = résistance de 1 m² d un élément de construction contre le passage du bruit R = 10log (W incid /W transm ) W incidente W réfléchie W transmise W absorbée 61

62 Montage en laboratoire de l écran acoustique Caractéristique principale des cellules d essai : transmissions latérales extrêmement faibles réception émission 62

63 63

64 Principe de la détermination de l indice d affaiblissement acoustique Niveau (db) Fréquence (Hz) 64

65 Principe de la détermination de l indice d affaiblissement acoustique 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, les dimensions S de l élément et le volume de la salle de réception V. A partir de ces valeurs, on calcule R par : R = L1 L2 + 10lg 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. S A 65

66 Spectre de R ramené à une valeur unique R w, corrigée de deux termes. R w (C,C tr ) = 30 (-1,-5) db Procédure normalisée par ISO

67 Calcul du DL R 0 Normalized traffic noise spectrum [db] A partir du spectre mesuré R et du spectre sonore normalisé de la circulation (ISO ) : DL R 18 ( L j R j ) 10 j= 1 = 10lg 18 L j /10 10 j= ,000 1,250 1,600 2,000 2,500 3,150 4,000 5,000 /10 Frequency [Hz] [db] 67

68 Calcul de la classe d isolation Sur base du DL R 68

69 Calcul de l atténuation du bruit par un écran acoustique à l extérieur Plusieurs méthodes en application : - ISO méthode complète, voir chapitre 04 : - Méthodes simplifiées sur base d abaques - Logiciels C2 10lg 3 + C λ DZ = 3zKmétéo 69

70 Méthode de calcul rapide de l atténuation du bruit par un écran acoustique à l extérieur L atténuation DL de l écran dépend : - De l emplacement de l écran, - De la fréquence du bruit. - De la nature de l écran (du DL R et du DL a ) 70

71 Méthode de calcul rapide de l atténuation du bruit par un écran acoustique à l extérieur Atténuation DL d un écran en fonction de la fréquence et de la distance d : Indispensable de connaître le niveau de pression par bandes de tiers d octave et la directivité de la source! Les valeurs s appliquent à un spectre pondéré A! 71

72 Méthode de calcul rapide de l atténuation du bruit par un écran acoustique à l extérieur Exemple : A une distance de 12m, on mesure le spectre suivant émis par une tour de refroidissement. f (Hz) : 63 (db) 125 (db) 250 (db) 500 (db) 1000 (db) 2000 (db) 4000 (db) Global db(a) L p Quelle sera l atténutation apportée par un écran d une hauteur de 4m, situé à une distance de 4m? 72

73 Méthode de calcul rapide de l atténuation du bruit par un écran acoustique à l extérieur Exemple : A une distance de 12m, on mesure le spectre suivant émis par une tour de refroidissement. Quelle sera l atténutation apportée par un écran d une hauteur de 4m, situé à une distance de 4m? f (Hz) : 63 db(a) 125 db(a) 250 db(a) 500 db(a) 1000 db(a) 2000 db(a) 4000 db(a) Global db(a) L p DL L p La valeur maximale de la dernière ligne détermine la performance de l écran : DL = = 15 db 73

74 Méthode de calcul rapide de l atténuation du bruit par un écran acoustique à l extérieur Tenir compte de la transmission sur les côtés quand l écran nest pas assez long. L atténuation de chaque côté de l écran est déterminée de la même façon que pour la partie supérieure de l écran. On calcule l atténuation totale de l écran à l aide du tableau suivant : atténuation résultante de deux atténuations : 74

75 Méthode de calcul rapide de l atténuation du bruit par un écran acoustique à l extérieur Exemple : L atténuation d un écran est de 15 db(a) par le haut, 13 db(a) par le côté droit et 11 db(a) par le côté gauche. Quelle est l atténuation résultante? Entre les côtés gauche et droit : = 2 db(a) 11 2 (tableau) = 9 db(a) Entre le haut et la résultante des côtés : 15 9 = 6 db(a) 9 1 (tableau) = 8 db(a) 75

76 Seconde méthode de calcul rapide de l atténuation du bruit par un écran acoustique L atténuation DL est égale à : Avec : f : fréquence centrale de la bande de fréquence d octave c : vitesse du son : 340 m/s à 20 C d : tel que ΔL 2δf = lg c 76

77 Troisième méthode de calcul rapide de l atténuation du bruit par un écran acoustique L atténuation DL est fonction du produit d.f tel que : d.f DL Exemple : Quelle est l atténuation apportée par l écran à 1000 Hz dans les conditions suivantes : ST = 3.8 m, TR = 4.8 m, SR = 8.0 m. Soit d= = 0.6 Donc : d.f = 0.6 * 1000 = 600 Donc : 19 db d atténuation à 1000 Hz 77

78 Exercice récapitulatif sur les écrans acoustiques Soit la situation présentée sur la figure suivante. La source de bruit est une pompe à chaleur. Les occupants du bâtiment 2, situés à l étage R se plaignent du bruit perçu. A 2m du groupe, on mesure les L p suivant, Oct L p On demande : - Le niveau de pression acoustique pondéré A en façade du bâtiment 2, étage R, - L atténuation apportée par un écran tel que présenté sur le schéma ci-dessus. 78

79 Encoffrement des machines Efficacité en fonction du type d encoffrement Capotage semi-ouvert : Capotage fermé : 5 à 15 db(a) 20 à 35 db(a) 79

80 Encoffrement des machines Matériaux : lourds (acier, multiplex), combinés à un absorbant. Ex. Composition : - Acier perforé à 45%, ép. 1 mm - Voile de verre (protection) - Laine minérale - Acier plein ép. 1.5 mm 80

81 Encoffrement des machines Efficacité d un élément de capotage : mesure en laboratoire (ISO 140-3) R = L1 L2 + 10lg S A 81

82 Encoffrement des machines Efficacité d un élément de capotage : résultats de mesures en laboratoire (ISO 140-3) R [db] R (db) perfo/visco perfo1.5 plein perfo R w R w +C R w +C tr Cat IIIb IVa IIb IVa f [Hz] 82

83 Les silencieux = Atténuation du bruit dans les conduites de ventilation. Mesure de l efficacité : mesure du niveau de bruit avant et après insertion du silencieux. Le silencieux est placé le plus près possible de la source de bruit (le ventilateur). 83

84 Les silencieux passifs Silencieux passifs les plus utilisés, les plus connus, les plus anciens. Constitution : caisson rigide étanche (p. ex métallique), matelas de matériau absorbant (LM), tôle perforée. Deux grandes familles ; à baffles parallèles ou cylindriques 84

85 Les silencieux passifs Performances des silencieux passifs cylindriques : sur base d abaques fournies par les fabricants 85

86 Les silencieux passifs Applications dans les conduites d évacuation 86

87 Les silencieux passifs Performances des silencieux passifs à baffles parallèles : sur base de tableaux 87

88 Les silencieux passifs Performances des silencieux passifs à baffles parallèles. 88

89 Les silencieux passifs Description des silencieux passifs à baffles parallèles. Sélection d un silencieux : - L atténuation par bandes d octave, - Le coût, - Le poids, - L encombrement, - Les pertes de charge. 89

90 Les silencieux réactifs Changement de section = réflexion du bruit 90

91 Les silencieux actifs Principe : émission d un bruit antagoniste (= en opposition de phase au bruit à traiter). Efficaces surtout dans les basses fréquences. En général : silencieux actifs = silencieux mixtes (passifs pour les MF et HF) Système en général auto-adaptatif au débit du ventilateur utilisables sur systèmes à débit variable 91

92 Les silencieux actifs Principe de fonctionnement. 92

93 Les traitements acoustiques Bibliographie du paragraphe compléments d informations ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT C. Mertens Institut des Arts de Diffusion, Louvain-la-Neuve ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT ET LUTTE CONTRE LE BRUIT- J.J. Embrechts Université de Liège, Faculté des Sciences Appliquées L ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT PAR L EXEMPLE M. Meisser Le Moniteur, Paris ACOUSTIQUE PRATIQUE J. Desmons EDIPA, Paris ACOUSTIQUE & VIBRATIONS Comité Scientifique et Technique des Industries Climatiques, Saint-Rémylès-Chevreuse DOSSIERS DE DÉVELOPPEMENT M. Van Damme CSTC, Limelette 2001/2005. NOISE NEWS - SWEDISH WORK ENVIRONMENT FUND - Stig Ingemansson, Claes Folkesson LA PRATIQUE DE L ISOLATION ACOUSTIQUE DES BÂTIMENTS J. Pujolle Editions du Moniteur, Paris