Formation Bâtiment Durable : Acoustique : conception et mise en œuvre Bruxelles Environnement Isolation aux bruits aériens : principes et matériaux Manuel VAN DAMME Acoustical Expert VK Group
Objectif(s) de la présentation Donner des outils pour aider à choisir au mieux les matériaux destinés à l isolation aux bruits aériens. 2
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
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 100 40 db = rapport de 10.000 60 db = rapport de 1.000.000 Energie réfléchie Energie transmise Energie absorbée 4
Caractérisation acoustique des matériaux Mesure en laboratoire de l indice d affaiblissement acoustique aux bruits aériens 5
Montage de l élément 6
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
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
Montage de l élément à tester en laboratoire Pour les petits éléments : baie adaptée 9
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 120 100 80 60 40 20 0 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 Fréquence (Hz) 10
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 1 2 10 lg S A A 0. 161 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, 160... 5000 Hz. 11
R (db) Mesure de l indice d affaiblissement acoustique : valeur unique R w 60.0 50.0 40.0 Valeur unique R w 30.0 20.0 Procédure normalisée par ISO 717-1 10.0 0.0 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 Fréquence (Hz) 12
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 directe du bruit
20 31,5 50 80 125 200 315 500 800 1250 2000 3150 5000 8000 db Termes d adaptation C et C tr Importance du type de source 80 Dominance hautes fréquences 75 70 Niveau sonore global Analyse spectrale 65 60 55 50 45 Dominance basses fréquences 40 fréq. (Hz) 14
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
R (db) Mesure de l indice d affaiblissement acoustique : valeur unique R w 60.0 50.0 40.0 Valeur unique R w 30.0 20.0 Spectre de R ramené ainsi à une valeur unique R w corrigée de deux termes R w (C,C tr ) = 30 (-2;-3) db 10.0 0.0 Module : voir www.normes.be 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 Fréquence (Hz) 16
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
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 100 40 db = rapport de 10.000 60 db = rapport de 1.000.000 Energie réfléchie Energie transmise Energie absorbée 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 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 20
R (db) Indice d affaiblissement en fonction de la fréquence R ( db ) 80.0 70.0 60.0 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 50.0 40.0 Variation selon 20 lg( mf ) 30.0 20.0 10.0 0.0 50 6380 100 125160 200 250315 400 500630 Fréquence (Hz) 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 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
R (db) Indice d affaiblissement en fonction de la fréquence 80.0 70.0 60.0 50.0 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. 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 50 6380 100 125160 200 250315 400 500630 Fréquence (Hz) 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 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!
R (db) Indice d affaiblissement en fonction de la fréquence 80.0 70.0 A B C D 60.0 50.0 40.0 30.0 R w réel < R w si la masse seule de la paroi agissait. Ne pas se baser sur la loi de masse expérimentale seule 20.0 10.0 0.0 50 6380 100 125160 200 250315 400 500630 Fréquence (Hz) 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000
Tableau des fréquences critiques Fréquence critique pour différents matériaux c2 f c = 1.9hc 1 Matériau Vitesse longitudinale c1 (m/s) Acier 5050 Aluminium 5150 Verre 4900 Béton 3400 Brique pleine 3000 Plâtre 2400 Plomb 1250 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
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
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» : 1100 1250 kg/m³ 26
Rw des parois simples : blocs de plâtre 27
Rw des parois simples : blocs de plâtre 28
Rw des parois simples : blocs de béton cellulaire Masse volumique : 550 kg/m³ léger au point de vue acoustique Source YTONG Source YTONG 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 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 31
Influence de de l enduit sur les blocs maçonnés Source YTONG 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 33
Rw des parois simples : blocs de terre cuite Masse volumique : 1100 1500 kg/m³ 35
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 36
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 37
Rw des parois simples : le panneau CLT (450 kg/m³) Bois massif (contrecollé/contrecloué) 450 kg/m³ R w (C;C tr ) (db) Parois 90 mm 35 Parois Leno 135 mm 39 Parois KLH 5 plis 145 mm 39 www.cstc.be www.cstc.be
Rw des parois simples : Le ballot de paille www.curbain.be Blocs de paille, 150 kg/m³, enduits de 20-30 mm à l argile R w (C;C tr ) (db) Murs 320 mm 45 vandamme.manu@gmail.com www.curbain.b e Le bloc chaux-chanvre (300 350 kg/m³) vandamme.manu@gmail.com Blocs de chaux-chanvre, 350 kg/m³, enduits R w (C;C tr ) (db) Blocs 150 mm 50 (*) www.chanvreervice.com
Rw des parois simples : matériaux écologiques Le bloc de pierre ponce (700 kg/m³) BLG Le bloc de terre crue (2200-2400 kg/m³) empreinte.asso.fr
Rw des parois simples : panneaux La plaque de carton-plâtre (10-12,5 kg/m²) Plaque de carton-plâtre 10 kg/m² R w (C;C tr ) (db) Plaque BA13 12,5 mm 28 www.cstc.be le panneau Fermacell (1000-1250 kg/m³) Plaque de Fermacell seule R w (C;C tr ) (db) Plaque 10 mm 31 Plaque 12,5 mm 32 Plaque 15 mm 32
Rw des parois simples : panneaux écologiques La panneau de bois dense www.ipbs-isolation.fr www.pavatex.fr le panneau d argile www.curbain.b e www.claytec.be
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.
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 45
Application concrète de la double paroi ossature souple bande résiliente matériau absorbant étanche à l'air finition périphérique au mastic élastique 46
Comportement des parois doubles R A [db] Trois zones importantes dans la courbe A. Le système suit la loi de masse basses Freq. [Hz] aigus 47
Comportement des parois doubles R A B d [db] m 1 m 2 A. Le système suit la loi de masse B. L isolement chute à la fréquence de résonance f res = 90 d æ ç è 1 + 1 m' 1 m' 2 ö ø basses Freq. [Hz] aigus 48
Comportement des parois doubles Problème de la résonance des parois doubles 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! f r Augmenter d, m 1 et/ou m 2 basses 100 Hz Freq. [Hz] aigus 49
Comportement des parois doubles Trois zones importantes dans la courbe R A B C A. Le système suit la loi de masse B. L isolement chute à la fréquence de résonance [db] 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 50
Comportement des parois doubles R A B C A. Le système suit la loi de masse B. L isolement chute à la fréquence de résonance [db] 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 51
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 52
Ondes stationnaires entre les deux parements Fréquence dont la longueur d onde correspond au quart de la distance f pivot = c 4d = 343 4.0,022 = 3898Hz Double vitrage 4 mm 22 mm 8 mm Lp(x) x 53
Ondes stationnaires entre les deux parements Lp(x) x L introduction d un absorbant acoustique dans le vide supprime les ondes stationnaires 54
100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1k 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 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 Séparation complète Couplées par des montants 2 x 12 mm triplex 0 55
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 100 2. Parois doubles : mur double sans contacts 14 cm creux : R w = 54 db 90 80 2 x 14 cm creux liaisonnés : R w = 58 db 70 60 2 x 14 cm creux découplés : R w = 84 db!! 50 m 1 40 30 20 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 100 160 250 400 630 1000 1600 2500 4000 f (Hz) d m 1 m 2
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. 57
Ossatures métalliques 58 Source : CSTC BI
Ossatures métalliques 59 Source : Isover
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 - 9.5 mm 60
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 - 9.5 mm Remplissage complet Différentes densités 61
Rw des parois à ossature métallique
Rw des parois à ossature métallique avec 3 plaques de chaque côté, jusqu à 69 db
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 37 38 38 METAL 42 45 47
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
Rw des parois doubles Matériaux absorbants Laines minérales Port d un masque et de gands! laine de verre laine de roche
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
100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 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 80 70 R w = 43 db 60 50 40 30 20 10 f (Hz)
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 )
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.
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
Outils, sites internet, etc intéressants : L isolation phonique écologique J.L. Beaumier - éd. Terre Vivante 2011
Outils, sites internet, etc intéressants : Guide du bâtiment durable www.ibgebim.be Accès direct via : guidebatimentdurable.bruxellesenvironnement.be 75
Outils, sites internet, etc intéressants : ACOUSTIQUE PRATIQUE J. Desmons EDIPA, Paris 2004. BOUWAKOESTIEK B. Ingelaere Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, Limelette 2002. Articles et conférences du CSTC 2001-2014 www.cstc.be www.normes.be INITIATION A L ACOUSTIQUE A. Fischetti BELIN, Paris 2003. 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 2001. BOUWAKOESTIEK B. Ingelaere Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, Limelette 2002. LA PRATIQUE DE L ISOLATION ACOUSTIQUE DES BÂTIMENTS J. Pujolle Editions du Moniteur, Paris 1978. 76
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