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SONOMETRIE ANALYSE DES BRUITS DE TRAFIC ROUTIER Travaux Pratiques Equipements du Bâtiment La sonométrie est la mesure des bruits. Cette manipulation est consacrée à l’analyse de la nuisance engendrée par les bruits de trafic routier sur un site, et à l’étude de l’influence sur cette nuisance de quelques paramètres géométriques, topographiques et constructifs. 1) GENERALITES : Un sonomètre est un appareil de mesure des bruits autonome et portable, fonctionnant sur piles ou batteries, permettant ainsi des relevés in situ. Il existe différents types de sonomètres, incorporant des possibilités de mesures diverses : - mesure des niveaux sonores globaux, pondérés ou non pondérés ; - analyse par bandes, en général d’octave ; - analyse temporelle, qui peut être très simple par le seul choix entre 2 constantes de temps de la mesure donc de l’affiche, ou plus précise si l’appareil incorpore des fonctions mémoire, d’où sauvegarde de valeurs crête, ou de valeurs moyennes Leq calculées par l’appareil sur un intervalle de temps d’analyse réglable. Des appareils de conception récente possédant d’importantes capacités de mémoire offrent la possibilité d’un dépouillement informatisé à l’aide de logiciels, et donc d’un traitement rapide et complet des informations enregistrées in situ, et comportent des modes de comparaison avec les normes en vigueur. Ils sont capables d’enregistrer une fonction L(t), sous la forme d’une approximation qui dépend du pas de l’analyse. Ce type de matériel est de plus en plus répandu, et est utilisé par tous les organismes habilités à effectuer des analyses de nuisances publiques ou privées : collectivités publiques, Equipement, D.A.S.S., et ingénieurs conseils. 2) RAPPELS : Niveau sonore équivalent : Leq = 10 Log ( ) Il s’agit donc du niveau sonore moyen pendant l’intervalle de temps d’analyse T. Sa valeur dépend dans le cas général de cette période T. On définit 2 types de Leq : Leq « long » : calculé sur une période T de quelques minutes à 24 heures, traduit la valeur moyenne de la gêne ; Leq « court » : calculé sur un intervalle de temps de quelques dixièmes de la secondes, automatiquement par un sonomètre, permet une approximation de la fonction L(t) des bruits variables, la connaissance des valeurs extrêmes, l’intervalle de variation, une étude statistique de la répartition des niveaux sonores : utilisé essentiellement pour l’étude des bruits de trafics. 3) CARACTERISTIQUES SPECIFIQUES DES BRUITS DE TRAFIC ROUTIER : La première caractéristique du bruit engendré par la circulation automobile est la variation importante et aléatoire des niveaux sonores. Il est facile de se rendre compte à l’oreille que le bruit émis par un véhicule dépend : - du véhicule lui-même, de sa puissance, de sa masse, de son entretien ; - de la manière dont il est conduit (vitesse, accélération, freinage) ; - de la chaussée : une partie du bruit est causée par le roulement, par le contact pneus - revêtement routier. En un point d’une voie de circulation, les véhicules se succèdent d’une manière tout à fait quelconque, chacun d’entre eux avec leurs caractéristiques propres : les niveaux sonores varient en fonction du temps selon une caractéristique aléatoire, ce que l’on peut constater facilement en effectuant une mesure. L’analyse de la nuisance parait donc a priori difficile. Des recherches ont montré que la répartition des niveaux sonores engendrés par un trafic important répond à une distribution statistique de Gauss, pour une analyse suffisamment longue. Par « analyse suffisamment longue » on peut comprendre : ayant pris en compte un échantillonnage représentatif des caractéristiques variables du phénomène. La précision des résultats es d’autant meilleure que cet échantillonnage est important. En pratique, ceci signifie que les valeurs moyennes des niveaux sonores, c’est à dire les Leq, convergent vers une valeur limite lorsque la période de mesure croit. Le temps nécessaire à cette convergence, pour obtenir une précision donnée, dépend de l’échantillonnage observé, donc : - du débit de véhicules ; - de l’amplitude des variations des bruits émis par chaque véhicule, c’est à dire : d’une part de l’homogénéité du trafic, d’autre part de la situation géométrique du point de mesure par rapport à la voie routière. LOIS DE PROPAGATION : La source de bruit que constitue la voie de circulation, même si elle est assez large, est assimilable à une source de bruit linéique. L'approximation est d’autant meilleure que le trafic est important, homogène mais non saturé. Elle permet d’écrire une loi de propagation simple, fonction de la distance à la source (voir cours) : L (d0) - L (d) = 10 Log () Le débit de véhicules ne pouvant être infiniment grand et non saturé à la fois, on constate en pratique des valeurs d’atténuation supérieures : L (d0) - L (d) = K Log () , avec 10 < K < 20 ; K proche de 10 quand le trafic est très élevé et K =20 pour un véhicule isolé ( = source ponctuelle) Cette loi est valable lorsque la propagation du son s’effectue en ligne droite, sans obstacle. écrans : Tout obstacle matériel placé entre la source et un point considéré réalise pour ce point un écran, à condition que son indice d’affaiblissement acoustique propre soit de l’ordre d’une quinzaine de dB. L’indice d’affaiblissement d’un matériau simple ne dépend pratiquement que de sa masse. Pour une efficacité correcte, un écran doit avoir une masse surfacique d’au moins une quinzaine de Kg/m². L’efficacité d’un écran dépend essentiellement, en plus, de la différence de marche engendrée par cet écran sur le trajet des ondes sonores : 141732076835H 00H 14147801739900022034517399000127000017399000 22034512636500141478012636500 112522015240écran 00écran 503428015240M 00M 317515240S 00S figure 1 = SH + HM - SM = différence de marche de l’onde sonore. On peut se reporter au cours et au polycopié d’acoustique, dans lequel sont donnés des abaques permettant d’évaluer l’efficacité d’un écran en fonction des paramètres géométriques du problème. Ecran partiel : Un écran qui ne « cache » qu’une partie de la source peut être qualifié d’écran partiel. Son efficacité réelle se détermine en évaluant l’angle « de vision » du point considéré et en comparant avec le cas sans écran : 1634490-104140Voie de circulation 00Voie de circulation 22288518542000 14909802355850042341802425700036614101828800016344901828800022288518288000 295275106045Ecran (ou batiment) 00Ecran (ou batiment) 188785533655002228853365500 341122016510003776980200025 00 22288517653000 456628513779500 467487063500Ecran (ou batiment B) 00Ecran (ou batiment B) 31616651866900022288597790L () = L (180°) + 10 Log L (180°) = L sans écran 00L () = L (180°) + 10 Log L (180°) = L sans écran 3480435240030 00 36855404508500386842013335000 386842056515 00 3227070233045M 00M figure 2 Il existe aussi la possibilité d’une réflexion partielle sur la façade du batiment B dans un angle . 4) MANIPULATION : ETUDE DE PROPAGATION IN SITU Recommandations pour la manipulation : Cette manipulation revêt un caractère particulier dans la mesure où vous faites des mesures in situ, à l’extérieur. Vous vous trouvez donc dans des conditions réelles, ce qui signifie un ensemble d’éléments auxquels vous n’êtes pas forcément habitués : Les conditions de trafic ne sont pas exactement les mêmes tous les jours, il y a donc des variations normales dans les résultats d’une séance à l’autre. Les conditions climatiques (vent, pluie) peuvent être désagréables, et surtout influer sur les résultats. NE JAMAIS MOUILLER LE MATERIEL. Ces paramètres sont en fait sans influence prépondérante sur vos conclusions, car les raisonnements demandés sont principalement basés sur des comparaisons. Un problème essentiel de la sonométrie est les bruits parasites existant dans l’environnement de la mesure : certains sont difficiles à éliminer et peuvent vous obliger à recommencer des mesures. A vous d’être vigilants ! Le sonomètre à mémoire possède une fonction de codage qui permet en les repérant manuellement lors de la mesure, d’éliminer lors de l’exploitation l’influence de ces bruits parasites : vous pouvez utiliser cette possibilité, en sachant que ceci complique un peu le dépouillement... On peut préférer recommencer une mesure de quelques minutes. N’oubliez pas lors de l’utilisation du sonomètre à mémoire de noter à quel point de mesure correspond chaque enregistrement : période 01 - point 1, etc, les éventuelles périodes à éliminer pour cause d’erreur ou bruit parasite, car l’effacement de la mémoire ne peut se faire que globalement. Surtout NE PAS EFFACER LA MEMOIRE entre le début et la fin des opérations, dépouillement compris bien sûr ! Matériel : Vous avez à votre disposition un sonomètre numériseur à stockage, dont les capacités mémoire et les microprocesseurs permettent d’enregistrer un approximation de la fonction L(t) étudiée et d’en faire un traitement : Leq période courtes réglables, Leq périodes longues, en dBA. Le dépouillement des mesures effectuées à l’aide de ce sonomètre sera réalisé par couplage avec un ordinateur compatible, à l’aide de logiciels spécialisés, dans la 2ème partie de la séance. Les notices techniques sont à votre disposition sur la table de manipulation; le premier travail à effectuer consiste à en assimiler l’essentiel et à vous familiariser avec leur fonctionnement. 5) MESURES : Les mesures sont à effectuer sur la zone comprise entre les bâtiments de l’I.U.T. et le boulevard Laurent Bonnevay, voie rapide urbaine. Le plan topographique joint page 8 vous précise la position des points de mesure, elle n'est pas forcément critique, mais il faut les choisir de manière optimale, en fonction du rôle de chacun des points dans les analyses des résultats. La position de ces points n’est pas repérée sur le site et il n’est pas nécessaire d’avoir une grande précision sur la mesure des distances : analysez la faible influence de son incertitude. On note l'existence de feux tricolores à proximité : ils modifient la régularité du trafic, donc peuvent avoir une influence sur la stabilisation du Leq long. Il faut bien sûr éviter lors des enregistrements les passages de véhicules sur le Boulevard Niels Bohr, voie intérieure du campus : en milieu de journée c'est normalement relativement facile, le trafic est faible. Il ne faut pas hésiter à recommencer plusieurs fois une mesure dont la fiabilité est incertaine, on pourra mieux en juger au dépouillement. En chacun des points de mesure on obtient : - les niveaux équivalents Leq « longs », c’est à dire stabilisés ; - le temps nécessaire pour obtenir cette stabilisation, qui dépend du point de mesure, il est de l’ordre de plusieurs minutes (5 au minimum) ; Ces deux caractéristiques sont bien sûr enregistrées par le sonomètre; il est néanmoins indispensable de les relever aussi manuellement , pour un contrôle instantané des résultats, ce qui permet de déceler d’éventuels problèmes de manipulation et une première réflexion de votre part « in situ » sur les résultats. - un enregistrement de L(t), variation des niveaux sonores instantanés sous forme de Leq « courts » calculés sur une période très courte : le dépouillement automatique par logiciels permettra de déterminer dans un deuxième temps les caractéristiques de la nuisance. RESULTATS des mesures : Les niveaux moyens Leq permettent par comparaisons l’étude de l’influence des paramètres géométriques et topographiques sur la propagation sonore, voir plan page 8 : Influence de la distance en terrain dégagé : points 1, 2, 4. Influence de l’écran que constitue un déblai : points 2 et 3, Influence de la réflexion sur une façade de bâtiment : points 4 et 5. 6) DEPOUILLEMENT : TRAITEMENT LOGICIEL DES RESULTATS Sur la table de manipulation effectuer le couplage du sonomètre à l’ordinateur. Les instructions y sont fournies. Pratiquement les opérations s’effectuent en 2 temps, à l’aide de 2 logiciels : 1) transfert des données du sonomètre vers la mémoire de l’ordinateur : suivre les instructions de l’enseignant et du manuel du logiciel. 2) traitement des données : logiciel « dBTRAIT » : déterminer pour chaque point de mesure le Leq « long » en dBA (il peut être lu directement sur le sonomètre) N’utiliser l’imprimante que pour les graphes. Il est plus rapide de relever à la main les valeurs numériques présentées sous forme de tableaux. 7) ANALYSES et CONCLUSIONS : 1) Faire une observation la plus complète possible à l’aide du logiciel dBTRAIT des variations temporelles des niveaux Leq « courts » : Au point 1, le plus exposé ; observez l'influence des feux tricolores sur les courbes : cela a-t-il une conséquence sur les résultats? en un ou deux autres points, moins exposés et/ou pour lesquels vous avez des doutes sur la précision, éventuellement la validité des résultats, à cause d'éventuels bruits parasites. Comparez les phénomènes. Peut-on affirmer que la durée de la période d’observation est suffisamment longue pour des résultats précis ? (La réponse à ces 2 dernières questions peut dépendre du point de mesure.) 2) Effectuer les comparaisons demandées entre les nuisances Leq aux divers points de mesures : - Influence de la distance en terrain dégagé : points 1, 2, 4. - Influence de l’écran que constitue un déblai : points 2 et 3, - Influence de la réflexion sur une façade de bâtiment : points 4 et 5. Comparer avec la théorie à l’aide de calculs et schémas (en utilisant bien sûr les données théoriques du paragraphe 3). En tirer les conclusions qui s’imposent. Recommandations pour la rédaction du rapport : La présentation des résultats et conclusions est libre. Rechercher une forme à la fois claire et concise. Regrouper impérativement résultats et analyses en fonction des paramètres (distance, écrans, réflexion). Toute initiative intéressante est bienvenue. Il vous faut avoir à l’esprit que vous êtes en fait chargé d’une étude et que l’on vous demande un rapport sur cette étude : les questions posées peuvent vous apparaître moins précises que lors d’autres manipulations, c’est voulu. On n’exige pas, par exemple, de courbes ou de tableaux de mesures précis : ce qui ne signifie pas qu’il ne faut pas en faire, mais que c’est à vous de déterminer lesquels ! Vous avez donc une grande liberté de présentation des résultats, profitez-en pour prendre des initiatives. 1,2 et 4 permettront de raisonner sur l'affaiblissement engendré par la distance seule ( 4 : dans une moindre mesure, à cause de l'effet de sol et de la limite d'effet d'écran). 2 et 3 serviront à analyser l'effet d'écran. 5 comparé à 4 mettra en évidence le phénomène de réflexion sur un bâtiment. 503618538658800045288203162935003769360258381500437896034848800058324751808480 Points de mesures 3 2 1 4 00 Points de mesures 3 2 1 4 51809654433570001340485430022000269557551149250046482004162425001178560403733000255270049149000043122852987675000000