Evaluer les performances des protections antibruit même complexes

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Depuis une quinzaine d'années, le CSTB mène des recherches dans le champ de l'acoustique environnementale et urbaine. L'un des sujets porte sur les performances acoustiques de protections antibruit innovantes (couronnements, écrans à relief, protections de faible hauteur, multi-diffracteurs, couvertures ajourées et damiers phoniques...) que l'on trouve le long des infrastructures de transport terrestres.

Le but de ces recherches est de connaître, à partir de calculs numériques ou de mesures sur maquettes, les efficacités de ces protections de forme complexe et parfois de proposer une méthodologie simple de prise en compte de tels ouvrages dans un logiciel de prévision comme MITHRA. En effet, la norme française actuelle (NMPB) ne permet de simuler que les écrans plans traditionnels, droits ou inclinés. Or, le respect de la réglementation, associé à la volonté de ne pas construire de protections trop imposantes, impose de plus en plus de considérer des protections de forme complexe.

L'étude de ces protections antibruit de forme complexe se fait grâce au code avancé de calcul numérique MICADO (Méthode Intégrale pour le Calcul Acoustique de la Diffraction par les Obstacles) basé sur la méthode des éléments finis de frontières. MICADO a été développé au CSTB et continue d'être amélioré et étendu dans ses applications. Il est basé sur une approche variationnelle de la formulation directe de la méthode des éléments finis de frontière. Ce code permet des simulations en 2D, 2,5 D et 3D ; les temps de calculs étant de plus en plus longs lorsqu'on augmente le nombre de dimensions prises en compte.

Du modélisme à l'échelle sonore

Seconde approche pour caractériser les performances de solutions antibruit complexes : la mesure sur modèles réduits, avec une échelle de réduction allant de 1/10e au 1/20e. Par exemple, pour un écran de 3 mètres de hauteur, l'évaluation de l'efficacité de la protection antibruit sera réalisée sur une maquette de 15 ou 30 centimètres de hauteur . Cette approche permet d'évaluer les efficacités de certains écrans non simulables numériquement.

Une thèse de doctorat, en collaboration avec le LAUM (Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine) portant sur "l'optimisation multicritère des protections antibruit routières de forme complexe", s'est terminée fin 2006. Il s'agit de s'affranchir des a priori et d'éviter les études paramétriques fastidieuses en réalisant une recherche automatique des écrans antibruit optimaux (en fonction de certains paramètres variables et de certaines contraintes imposées). Cette recherche automatique est basée sur la théorie mathématique de l'optimisation et en particulier sur les Algorithmes Génétiques dont le nom est issu de l'analogie avec la théorie de la sélection naturelle.

Banc d'essai de caractérisation des performances de solutions antibruit complexes
Efficacité d'une couverture ajourée pour un bruit routier (dB(A))

Le CSTB actif dans les groupes de travail

Dans le domaine des protections antibruit de forme complexe, l'équipe Acoustique Environnementale et Urbaine du CSTB participe à un certain nombre de groupes de travail :

  • Le thème 2.2 "moyens de protection" du GdR CNRS 2493,
  • La Commission de Normalisation des Ecrans Acoustiques (CNEA) de l'AFNOR sous l'égide de l'INRETS et du LRPC de Strasbourg,
  • Le WG6 du CEN/TC226 sur la "caractérisation acoustique des écrans en laboratoire et in situ" et la participation active au développement des normes TS 1793-4 et TS 1793-5.

Quelques références

  • Optimisation d'un damier phonique sur la A86 à Vélizy-Villacoublay / DDE 78 : Un damier phonique est un dispositif placé au-dessus des routes qui permet de réduire l'impact acoustique tout en évitant les contraintes de la mise en place d'un tunnel puisqu'il permet une aération et un éclairage naturels. Ce sont des baffles généralement acoustiquement absorbants qui sont placés au dessus de la route et qui permettent de réduire le niveau sonore à proximité de l'infrastructure.
  • Etude des performances acoustiques des couronnements d'écrans / ADEME. Les couronnements d'écrans sont des dispositifs que l'on place sur le sommet de l'écran. Ils améliorent les performances acoustiques de l'écran. Cette étude portait sur une étude paramétrique des efficacités de différentes formes de couronnement.
  • Effet de diffusion sonore des écrans à relief / ADEME : Le phénomène de diffusion réduit l'énergie acoustique réfléchie par un obstacle (de même que les matériaux absorbant). Cette étude ADEME portait sur l'efficacité en termes de diffusion des écrans dits à reliefs (surface non plane)
  • Effet d'une fente en partie basse d'un écran de LGV / SNCF. Evaluation des dégradations acoustiques apportées par la mise en place d'ouvertures horizontales au bas des écrans bordant des lignes ferroviaires (parfois nécessaires pour l'évacuation de l'eau de pluie par exemple).