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Entretien avec Catherine Guigou, PhD., ingénieure recherche et expertise à la direction Santé-Confort et Manuel Manthey, PhD., ingénieur expertise structures à la direction Sécurité, Structures, Feu.
En quoi le comportement du bois est-il spécifique sur les plans acoustique et vibratoire ?
Catherine Guigou : Les bruits se propagent aisément dans l’air et dans tous types de matériaux par mise en vibration de ceux-ci. Quels que soient les modes constructifs, les bruits peuvent ainsi se transmettre dans les éléments structurels (poteaux, poutres, planchers, voiles).
La construction bois présente des difficultés particulières du point de vue acoustique et vibratoire. La structuration fibreuse des éléments en bois induit en effet une conduction efficace des vibrations issues des chocs et confère aux structures une souplesse qui peut affecter le confort de marche. L’atténuation de ces effets suppose un dimensionnement en conséquence avec, notamment, des épaisseurs de plancher assez importantes.
Une méthodologie a été développée afin d’améliorer la performance acoustique aux bruits aériens, dont les moyennes et hautes fréquences génèrent de l’inconfort pour les occupants. Cette méthodologie a été appliquée aux solutions poteaux-poutres en bois apparent.
Par ailleurs, le ressenti, exprimé à travers des enquêtes menées sur l’occupation des bâtiments en bois (projet AcouBois), a permis d’identifier que la réglementation était insuffisamment exigeante au regard de la gêne induite par les bruits de choc, notamment pour les basses fréquences. Aussi, les solutions acoustiques proposées pour les bâtiments en bois doivent-elles prendre en compte ces contraintes dans un souci de confort en exploitation compatible avec les attentes des usagers.
Quelles sont les différentes méthodes de prévision conçues par le CSTB ?
Dès le début des années 2000, le CSTB a travaillé sur les performances acoustiques des constructions légères en bois. Le projet français Acoubois (2009-2014), mené en collaboration avec FCBA et Qualitel, a permis de franchir un grand pas en proposant une méthodologie d’évaluation de la performance acoustique et vibratoire du bâtiment, intégrée dans les normes EN ISO 12354-1 et -2 en 2017. Pour l’évaluation des transmissions latérales, les caractérisations des jonctions effectuées par le CSTB ont servi de base à la proposition d’une classification aujourd’hui reconnue. Les travaux de thèse de Corentin Coguenanff (2014-2016) sur la « Conception robuste aux incertitudes des systèmes légers bois en vibro-acoustique linéaire » ont permis la mise au point d’un logiciel de prévision pour les parois sur ossatures complétant l’outil commercialisé AcouSYS.
Plus récemment, le CSTB a mené des travaux sur les bâtiments en panneaux CLT (Cross Laminated Timber), notamment dans le cadre d’Adivbois. Ces recherches ont proposé des mesures en laboratoire sur diverses configurations de plancher et sur un bâtiment démonstrateur construit sur le site du FCBA. Le CSTB a effectué la caractérisation des jonctions et les prévisions de performance incluant la comparaison avec les mesurages réalisés.
À l’échelle du bâtiment, mais aussi du produit (plancher notamment), les vibrations causées par le vent ainsi que par les trafics ferroviaire et routier peuvent être source d’inconfort pour les usagers. Quels travaux ont été initiés pour répondre à cette problématique ?
Manuel Manthey : Il y a quelques années, le CSTB et la RATP ont mis en évidence les contributions multidirectionnelles des vibrations ferroviaires dans le cadre d’un projet de recherche. Le besoin de modéliser la transmission des vibrations dans des structures poteaux-poutres, en bois pour le CSTB et de type haussmannien pour la RATP, a conduit à un partenariat scientifique associant l’université de Compiègne. Les premiers travaux sont basés sur une approche hydride (éléments finis 3D pour les jonctions et analytique pour les poteaux et poutres) dans laquelle la présence des parois (planchers et refends) est prise en compte, afin de caractériser plus particulièrement le couplage sol-structure pour une excitation ferroviaire multidirectionnelle. L’intégration de dispositifs de remédiation pour limiter la propagation des vibrations au niveau du bâtiment sera simulée, en vue d’apporter des solutions opérationnelles de réduction des nuisances dans la perspective du développement des Systèmes Express Régionaux Métropolitains.
Par ailleurs, le comportement dynamique des constructions bois de grande hauteur sous sollicitations vibratoires et/ou aérodynamiques reste un sujet mal caractérisé. Plus légères que leurs alter-ego en béton, leur ratio poids-rigidité est, pour des hauteurs comparables, plus défavorable que les constructions béton ou métalliques et peut entraîner, sous certaines conditions de vent, des oscillations basses fréquences gênantes pour les occupants (syndrome de mal de mer). Un programme de recherche européen, DynaTTB (Dynamic Response of Tall Timber Buildings under Service Load), a été mené entre 2019 et 2023 avec plusieurs partenaires académiques et industriels pour mieux comprendre la réponse dynamique des constructions bois de grande hauteur. Dans ce cadre, neuf bâtiments ont fait l’objet de mesures in-situ avec, pour partie d’entre eux, l’utilisation de masse en tête allant jusqu’à 500 kg, permettant de les solliciter de manière contrôlée, et de mesurer, via des capteurs, les déplacements induits. Ces essais, couplés à des modélisations numériques paramétriques, permettent de mieux appréhender les facteurs clés pilotant cette réponse dynamique pour aider les concepteurs à prévoir la répartition des masses (quantité de matériau bois au bon endroit), afin de garantir le confort des occupants lors de ces épisodes de vent violent, qui seront plus fréquents du fait du changement climatique.
