Formation 2013 Bâtiment Durable

Transcription

1 Formation 2013 Bâtiment Durable ACOUSTIQUE Bruxelles Environnement INDICE D AFFAIBLISSEMENT ACOUSTIQUE DES MATÉRIAUX Sophie MERSCH, Ir arch. CENTRE URBAIN 25 avril 2013 Formation mise en œuvre par le Centre Urbain

2 Objectifs et plan de l exposé Indice d affaiblissement acoustique Les indicateurs acoustiques, La mesure de l indice d affaiblissement acoustique, La loi de masse et la loi de la fréquence, L effet masse-ressort-masse. 2

3 Indicateurs acoustiques Caractérisation du bruit L niveau de pression acoustique (en db) - p.ex: L Ainstall,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 R w Indice d affaiblissement acoustique mesuré en labo caractérise l aptitude d un matériau ou d une paroi à atténuer la transmission 3 directe du bruit

4 L Indice d affaiblissement acoustique Formation ACOUSTIQUE Indice d affaiblissement acoustique des matériaux Caractérisation acoustique des matériaux = résistance de 1 m² d un élément de construction contre le passage ACOUSTIQUE DU du BÂTIMENT bruit Energie incidente R( db) = 10 lg E E incidente transmise 4 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 5

6 Montage de l élément Formation ACOUSTIQUE Indice d affaiblissement acoustique des matériaux 6 6

7 Montage de l élément à tester en laboratoire Mesure impérativement en laboratoire à voie directe 7 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

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

10 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 Niveau (db) Fréquence (Hz) 10

11 Mesure de l indice d affaiblissement acoustique Principe de détermination de l indice d affaiblissement R w en laboratoire. 11 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. R A partir de ces valeurs, on calcule R par : = L1 L lg S A V A = 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 Mesure de l indice d affaiblissement acoustique : valeur unique R w Valeur unique R w R (db) Procédure normalisée par ISO Fréquence (Hz) 12

13 Termes d adaptation C et C tr Importance du type de source 80 Dominance hautes fréquences Niveau sonore global Analyse spectrale db Dominance basses fréquences , fréq. (Hz) 13

14 Termes d adaptation C et C tr EN ISO 717 Valeur unique et termes d adaptation C et C tr Bruits à fréquences dominantes moyennes et hautes R w + C Activités humaines (parole, radio, télévision ) jeux d enfants Bruits à fréquences dominantes basses R w + C tr 14 Discothèque trafic autoroutier rapide (>80 km/h) trafic routier lent (urbain) trafic ferroviaire à vitesse moyenne ou élevée trafic ferroviaire à basse vitesse avions à réaction à courte distance avions à réaction à grande distance avions à hélices bruit de l industrie avec fréquences principalement mediums et aiguës bruit de l industrie avec fréquences principalement graves 14

15 Mesure de l indice d affaiblissement acoustique : valeur unique R w Valeur unique R w R (db) Spectre de R ramené ainsi à une valeur unique R w corrigée de deux termes R w (C,C tr ) = 30 (-2;-3) db Module : voir Fréquence (Hz) 15

16 Isolement acoustique <> Indice d affaiblissement réception émission 1. Transmission directe Labo : R w 16 réception émission 2. Transmissions indirectes (ou latérales) In situ : X R w è D nt,w (D nt,w < R w ) Les valeurs R mesurées en laboratoire ne peuvent donc pas être utilisées directement sur site à modèles de calcul! Attention car les deux grandeurs s expriment en db! 16

17 L indice d affaiblissement acoustique Formation ACOUSTIQUE Indice d affaiblissement acoustique des matériaux Caractérisation acoustique des matériaux = résistance de 1 m² d un élément de construction contre le passage ACOUSTIQUE DU du BÂTIMENT bruit Energie incidente R( db) = 10 lg E E incidente transmise db = rapport E de db = rapport de db = rapport de Energie réfléchie Energie transmise Energie absorbée 17

18 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 18 18

19 L indice d affaiblissement d une paroi massive La loi de masse : l indice d affaiblissement d une paroi simple augmente avec sa masse 19 19

20 Indice d affaiblissement en fonction de la fréquence La courbe d isolement présente 5 zones : A B C ZONE C : L isolement est déterminé par la masse et la fréquence R( db) = fct. ( m.2π f ) R (db) à Variation selon 20 lg( mf ) Fréquence (Hz) à 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 20

21 Indice d affaiblissement en fonction de la fréquence R (db) La courbe d isolement présente 5 zones : A B C D Fréquence (Hz) 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. 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. à Attention aux matériaux où 100 Hz < f c < 3000 Hz! 21

22 Indice d affaiblissement en fonction de la fréquence A B C D 60.0 R (db) Rw réel < Rw si la masse seule de la paroi agissait Fréquence (Hz) à Ne pas se baser sur la loi de masse expérimentale seule 22

23 Tableau des fréquences critiques Fréquence critique pour différents matériaux f c = Matériau Acier 5050 Aluminium 5150 Verre 4900 Béton 3400 Brique pleine 3000 Plâtre 2400 Plomb 1250 Avec : c2 f c : fréquence critique du matériau (Hz), c : vitesse du son dans l air = 340 m/s, 1.9hc 1 Vitesse longitudinale c1 (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 23

24 Fréquence critique pour les matériaux courants Panneaux légers et souples (p.e. plaques de plâtre) 24 Blocs lourds Blocs légers p.e. carreaux de plâtre, blocs de béton cellulaire basses 100 Hz 400 Hz 2500 Hz aigus 24

25 Rw des parois simples : blocs de plâtre Influence de la finition en périphérie 25 25

26 Influence de de l enduit sur les blocs maçonnés 26 Source YTONG 26

27 Influence de de l enduit sur les blocs maçonnés 80.0 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) R [db] Amélioration d autant plus marquée que le bloc est poreux f [Hz] 27

28 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. 28

29 Rw des parois doubles Masse-ressort-masse 29 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 29

30 Application concrète de la double paroi 30 ossature flexible bande résiliente matériau absorbant étanche à l'air finition périphérique au mastic élastique 30

31 Comportement des parois doubles 31 R [db] A Trois zones importantes dans la courbe A. Le système suit la loi de masse basses Freq. [Hz] aigus 31

32 Comportement des parois doubles 32 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! # " m' 1 m' 2 $ & % basses Freq. [Hz] aigus 32

33 Comportement des parois doubles Problème de la résonance des parois doubles 33 R [db] Envoyer la résonance m-r-m le plus bas possible 1.5 à 2 x inférieur à la fréquence pour laquelle une bonne isolation est nécessaire! à Augmenter d, m 1 et/ou m 2 f r basses 100 Hz Freq. [Hz] aigus 33

34 Comportement des parois doubles Trois zones importantes dans la courbe 34 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 34

35 Comportement des parois doubles 35 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 à Chute de l isolement à la fréquence critique des deux parois basses Freq. [Hz] aigus 35

36 Fréquence critique des parois doubles 36 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 36

37 Ondes stationnaires entre les deux parements Fréquence dont la longueur d onde correspond au quart de la distance 37 f pivot = c 4d = , 022 = 3898Hz Double vitrage 4 mm 22 mm 8 mm Lp(x) x 37

38 Ondes stationnaires entre les deux parements 38 Lp(x) x L introduction d un absorbant acoustique dans le vide supprime les ondes stationnaires 38

39 Limitation des performances des parois doubles Des couplages structuraux limitent fortement les performances du «ressort» de la paroi double R [db] Séparation complète Couplées par des montants 5 2 x 12 mm triplex k 1,25k 1,6k 2k 2,5k 39 3,15k

40 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 2. Parois doubles : mur double sans contacts 14 cm creux : R w = 54 db x 14 cm creux liaisonnés : R w = 58 db R [db] x 14 cm creux découplés : R w = 84 db!! Séparation complète Contacts ponctuels Liaisonnés m k 1,25k 1,6k 2k 2,5k 3,15k d m 40 1 m 2

41 Rw des parois doubles Formation ACOUSTIQUE Indice d affaiblissement acoustique des matériaux 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

42 Ossatures métalliques Source : CSTC BI

43 Ossatures métalliques Source : Isover

44 Rôle de l absorbant dans la cavité Epaisseur du matériaux absorbant dans le creux : peu d influence 44 Construction en plaques de plâtre: 9.5 mm - cavité 80 mm mm 44

45 Rôle de l absorbant dans la cavité Densité du matériaux absorbant dans le creux : aucune influence! 45 Construction en plaques de plâtre: 9.5 mm - cavité 80 mm mm Remplissage complet Différentes densités 45

46 Bibliographie du paragraphe compléments d informations ACOUSTIQUE R. Josse Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, Grenoble. ET LUTTE CONTRE LE BRUIT- J.J. Embrechts Université de Liège, Faculté des Sciences Appliquées ACOUSTIQUE PRATIQUE J. Desmons EDIPA, Paris 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