direction de l Aviation Charte de l environnement Problématique «bruit» Définitions et rappels
- 2 - Définitions Selon le Petit Larousse (1992) : 1 - Ensemble des sons produits par une vibration, perceptibles par l'ouïe. 2 - Ensemble des sons sans harmonie La norme NFS 30001 définit le bruit comme un «phénomène acoustique produisant une sensation auditive considérée comme désagréable ou gênante.» Définition du bruit (physique) : Le bruit est une perturbation mécanique de l équilibre de l air. C est une vibration du milieu ambiant (l air le plus souvent) qui se propage de proche en proche (transmission en un mouvement sinusoïdal). Un bruit est un «ensemble de sons sans harmonie». Un son est une onde de pression qui se propage d une source vers un récepteur (notre oreille, un micro, etc), à travers un milieu. Un son est caractérisé par son intensité (en db), sa fréquence (en Hz) et sa durée. L opposé du bruit est le silence
- 3 - Mesure du bruit Le décibel (db) est une mesure du ratio entre deux puissances. C'est une unité "sans dimensions", comme le pourcentage (il ne s'exprime pas en mètres ou en kilos). Le décibel est le dixième de Bel et sa définition est donc: Par exemple, si le rapport entre les deux puissances est de 0, cela correspond à 2 Bel ou 20 db. Unité acoustique dbspl : Le décibel, notée db, est une unité relative de l'intensité acoustique. Le dbspl (Sound Pressure Level) est défini par le rapport de la puissance par unité de surface du son que l'on mesure et une puissance par unité de surface de référence: La puissance par unité de surface de référence est un picowatt par mètre carré : La puissance par unité de surface transportée par une onde sonore est reliée à la pression acoustique par la formule: Où: p est la pression acoustique efficace. ρ est la densité du milieu. v est la vitesse du son dans le milieu. Si, dans la formule de la première définition, on remplace la puissance par unité de surface par la formule en fonction de la pression acoustique, la densité et la vitesse se simplifient et on obtient:
- 4 - Mesure du bruit Si on sort le carré du logarithme on obtient la seconde version de la définition de dbspl: p est le niveau de pression du son (en valeur efficace) et p 0 est la pression de référence que l'on accepte comme le niveau à partir duquel l'oreille humaine commence à percevoir un son pur de 1 khz. Celui-ci est de 20 µpa (valeur efficace). Les deux valeurs de référence (1 picowatt par mètre carré et 20 µpa efficaces) sont équivalentes pour l'air à la température et pression ambiante. db pondéré Par ailleurs, pour un même niveau acoustique à différentes fréquences, l'homme ne perçoit pas le même niveau d intensité. Pour un même niveau d intensité acoustique de 20dBSPL, un son pur de 1kHz paraîtra plus fort qu'un son de khz tandis qu'un son de 0 Hz ne sera pas perçu. Pour avoir le même niveau perçu, le son de khz devra être à 30 dbspl et le son de 0 Hz à 50 db SPL. Les courbes isophoniques représentent les courbes de même intensité perçue qu'un son pur de 1kHz à un niveau acoustique donné. Pour prendre en compte cette sensibilité de l'oreille par rapport aux fréquences, le db(a) est utilisé. En effet, celui-ci utilise la courbe isophonique correspondant à niveau perçu de 40 db pour un son pur de 1 khz. L inverse de cette courbe pondère le signal et l on obtient le niveau en db(a) par intégration sur toutes les fréquences. Cette unité est très fréquemment utilisée dans les indicateurs acoustiques du bruit.
- 5 - courbe isosonique: c est une mesure de la pression sonore db, en fonction de la fréquence, qu'une personne perçoit comme un son de même niveau. L'unité de mesure de niveau de son est le phone. Deux ondes sinusoïdales d'égal phone ont, par définition, le même niveau sonore. Les courbes isosoniques furent mesurées pour la première fois en 1933 par Fletcher et Munsen. Dans leur étude, on faisait entendre aux sujets de sons purs (sinusoïdaux) à différentes fréquences et par incréments de db. On faisait entendre aussi aux sujets un son de référence à 00 Hz. On ajustait le volume de ce dernier son jusqu'à ce qu'il soit perçu au même niveau sonore que celui en test. Comme la sensation de volume sonore est très subjective et difficile à mesurer, Fletcher et Munsen utilisèrent la moyenne des mesures sur beaucoup de sujets.
- 6 - Le décibel : un simple niveau On doit souligner ici le succès indéniable de ce vocable qui a quasiment occulté la définition amont du niveau. Et noter également en guise de complément un peu plus subtil, que le décibel, n est pas une unité physique (sous-entendu comme les unités physiques ordinaires) mais un nombre abstrait, ou encore une "manière de compter" précisent quelques auteurs. Sans le dire le décibel est en fait un marqueur sémantique pour désigner en acoustique le procédé de fabrication et d utilisation des niveaux. Sons audibles entre 0 db (seuil d audition) et 130 db (seuil de douleur) Le plus faible changement audible est de l ordre de 1 db. Échelle logarithmique : 60 db + 60 db = 63 db
- 7 - Indicateurs acoustiques les plus utilisés Sensibilité auditive (exprimée en db(a)) Indicateurs psycho acoustiques (gène sonore exprimée en PNL) Valeur instantanée Durée Valeur instantanée Durée Descripteurs (un passage d aéronef) LA max SEL LAeq,Tev PNLmax EPNL Cumul d évènements aéronautiques LAeq,T Indices (cumul d évènements aéronautiques + pondération diurne/nocturne) Lden IP
- 8 - Les descripteurs de bruit (un passage d aéronef)
- 9 - Le SEL (en db(a)) Sound Equivalent ou Exposure Level(niveau d exposition équivalent) = niveau d un bruit équivalent stable pendant une durée de 1 seconde, qui possède la même énergie acoustique que le bruit variable résultant du passage de l avion pendant la durée T. Cette durée T est généralement égale à la durée pendant laquelle le niveau de bruit instantané est supérieur à LAmax moins db (A). SEL L Amax = niveau instantané maximum
- - l EPNL (en PNdB) avions à réaction Effective perceived noise level = niveau d un bruit équivalent stable sur une durée normalisée de s, qui aurait la même énergie acoustique que celle observée pendant la partie la plus bruyante du passage de l avion dont la durée T est égale à la durée pendant laquelle le niveau de bruit instantané est supérieur à L Amax moins db (A). Le PNdB sert à caractériser PNdB le bruit des avions à EPNL réaction. Sur le plan fréquentiel, il donne un PNLmax poids élevé aux fréquences élevées (4000 Hz) les plus gênantes. Sa valeur PNLmax db numérique est supérieure à celle mesurée en dba. s temps
- 11 - Le L Aeq,Tev en db(a) = niveau de pression acoustique constant sur tout la durée de l événement Tev, qui possède la même énergie acoustique que le bruit variable résultant du passage de l aéronef un seul avion de LAmax égal à 85 db, passant au cours d'une nuit de 8 h créera un LAeq voisin de 46 db ; L Aeq,Tev avions identiques passant au cours de la même nuit créeront un LAeq de 56 db ; il faut un trafic de 0 avions de ce type pour atteindre un LAeq de 66 db ; il faudrait un trafic de 00 avions pour atteindre un LAeq de 76 db
- 12 - Les indicateurs (cumul d évènements aéronautiques)
- 13 - Le L Aeq,T (en db(a)) Niveau de pression acoustique continu équivalent = niveau d un son continu stable qui, au cours d une période spécifiée T, a la même quantité d énergie qu un son considéré dont le niveau varie au cours du temps Permet d obtenir une moyenne exemples : L Aeq 24h, L A eq nocturne
- 14 - Corollaire : Lors d une modélisation du bruit, le calcul du L Aeq,T uniquement dû à un ensemble identifié d évènements acoustiques sur cette période T (comme les passages d avions par exemple) revient à sommer le SEL de chacun de ces évènements acoustiques. - Lors de mesures in situ, la mesure du L Aeq,T dû à un ensemble identifié d évènements acoustiques sur cette période T, revient à isoler ces événements acoustiques, et à considérer que le bruit sur cette période T est uniquement dû à cet ensemble d évènements. Sinon, cela signifie que l on prend en compte du bruit ambiant. L Aeq, T 1 = log T p ( t) p0 A A dt = log dt = T 2 Evèn i 1 T i T i p ( t) p0 2 log Evèn i SEL i
- 15 - Les indices (cumul d évènements aéronautiques + pondération en fonction de la période de la journée)
- 16 - L indice psophique IP Indice psychoacoustique (en PNdB) Utilisé par la France jusqu en 2002. Utilise le descripteur PNL max (bruit crête de l événement) Durée d exposition de 24h découpée en un période de jour (6h 22h) et une période de nuit (22h 6h) Les mouvements nocturnes sont pondérés d un facteur IP max jour PNL nuit PNL i log + i j = max j log(24 60)
- 17 - L indice Lden Indice de bruit (en db(a)) Unifié au niveau européen (directive n 2002-49 du 25 juin 2002), préconisé pour tous les moyens de transports et recommandé par l ACNUSA) Utilisé en France depuis 2002 (décret n 2002-626 du 26 avril 2002) L den = log 1 24 Ld Le + 5 12 + 4 + 8 Ln + où : L d = Niveau sonore moyen à long terme pondéré A, tel que défini dans ISO 1996-2 :1897, déterminé sur l ensemble des périodes de jour d une année. Jour : 6h00 18h00 L e = Niveau sonore moyen à long terme pondéré A, tel que défini dans ISO 1996-2 :1897, déterminé sur l ensemble des périodes de soirée d une année. Soirée : 18h00 22h00 L n = Niveau sonore moyen à long terme pondéré A, tel que défini dans ISO 1996-2 :1897, déterminé sur l ensemble des périodes de nuit d une année. Nuit : 22h00 6h00
- 18 - L den L Où l on retrouve le L Aeq et le SEL den = log 1 24 12 L Aeq, jour + 4 L Aeq, soirée + 5 + 8 L Aeq, nuit SEL jour SEL ème SEL i ème vol soirée j vol = log + 3,16 + nuit k ème vol log(24 60 60) i j k + Ce qui revient à considérer que le calcul du L den sur une journée de 24 heures est égal au calcul du L Aeq sur cette journée, en considérant que : 1 vol de soirée équivaut à 3,16 vols de jour (le nombre de vols de soirée est multiplié par 3,16) 1 vol de nuit équivaut à vols de jour (le nombre de vols de soirée est multiplié par ) Les coefficients 3,16 et sont des coefficients multiplicateurs du nombre de mouvements de soirée et de nuit.
- 19 - De nouveaux indicateurs? Afin de prendre en compte les variations saisonnières d activité, il est proposé, sur certains aérodromes (ex: aérodrome ne fonctionnant que l été, aérodrome avec entraînement sur quelques mois, etc), un niveau : Lden-c. (Niveau sonore moyen à long terme pondéré A, déterminé sur l ensemble des périodes de jour, de soir et de nuit d une période caractéristique rapporté à une année). Le NAx avec x valeur en dba : indicateur recommandé par l ACNUSA pour l élaboration des études d impact CA. On définit le nombre d événement (décollage ou atterrissage) où on dépasse XdBA.
- 20 -
- 21 - Ce qu il faut retenir Le dba est utilisé en général pour la mesure du bruit (avec un sonomètre par exemple); Le Laeq, T et La max sont le plus souvent utilisés comme indicateur dans le domaine des transports; Le Lden est le seul descripteur acceptable pour les PEB, les PGS et les cartes de bruit. Il est aussi imposé par la directive européenne 2002/49 CE. De nombreux autres indices existent (If en ferrovière, Lex et Lpc pour le bruit au travail, etc )
- 22 - Les valeurs de référence Le bruit d un camion dans la rue correspond à peu près à 65 db. Ce même bruit fenêtres fermées correspond à 40 db. Une voiture particulière se déplaçant à 50km/h génère entre 60 et 80dB(A) et, à une vitesse inférieure, entre 45 et 55dB(A). Pour des activités exigeant une concentration mentale le seuil acceptable est : 35-45 db maximum. Au dessus de 80 db (musique dans une discothèque) des pertes irréparables de l audition peuvent s ensuivrent. Au-dessus de 120 db, le bruit devient intolérable (extrême douleur et perte d audition).
- 23 - L'échelle suivante montre les limites acceptables d'exposition au bruit pour une oreille normale : s'il est possible de travailler 8 heures par jour dans un environnement à 85 db, être exposé plus de quelques secondes à une intensité de 120 db c'est risquer un traumatisme auditif! Niveau sonore Durée maximale d'exposition par jour 85 db 8 heures 88 db 4 heures 91 db 2 heures 94 db 1 heure 97 db 30 minutes 0 db 15 minutes 3 db 7 minutes et 30 secondes 6 db 3 minutes et 45 secondes 9 db 1 minutes et 52 secondes 112 db 56 secondes 115 db 28 secondes 118 db 14 secondes 121 db 7 secondes
Le bruit des avions - 24 -
Le bruit des hélicoptères - 25 -