LES CLES DU DIMENSIONNEMENT
Ouvrages en commandePhotovoltaïque autonome
Photovoltaïque raccordé au réseau
Préambule : Acoustique du bâtiment
Transmission du son à travers une paroi
La Figure 3 illustre les trois types de transmissions dans le bâtiment : la transmission directe (TD) - à travers une paroi séparative -, les transmissions latérales (TL) - impliquant au moins une autre paroi que la paroi séparative - , et les transmissions dites parasites (TP). Ces dernières peuvent se produire en présence d’un défaut d’étanchéité de la paroi séparative suite à une malfaçon ou à la présence d’une conduite par exemple. Conventionnellement, la transmission due aux entrées d’air et aux coffres de volets roulants est considérée comme TP.
Ces trois types de transmissions sont présents aussi bien vis-à-vis des bruits intérieurs qu’extérieurs.
Figure 3. : Transmissions directes, latérales et parasites à travers une façade
Dans la suite, on parlera fréquemment de pièce d’émission (local où le bruit est émis) et de réception (local où le bruit est reçu). Dans le cas d’une façade, la pièce d’émission est l’espace extérieur.
L'isolation acoustique d'un local vis-à-vis de l'extérieur dépend de plusieurs paramètres : la nature de la paroi séparative (partie opaque, vitrée, entrée d’air et coffre de volet roulant), des parois latérales et de la durée de réverbération de la pièce de réception.
Le caractère résonant d’un local influence la perception que l’on a de l’isolation acoustique apportée par l’enveloppe de celui-ci contre les bruits extérieurs. Dans un local présentant une durée de réverbération élevée , l’isolement apporté par une paroi séparative semble affaibli. En effet, le champ réverbéré conduit à une augmentation du niveau sonore dans le local.
Loi de masse pour les parois simples
Cette loi élémentaire permet de prédire l’essentiel du comportement d’une paroi de grandes dimensions composée d’un seul matériau. Elle s’exprime comme suit :
R = 20 log (mf) – 42 dB
Avec :
La loi de masse montre que l’isolement apporté par une paroi simple est une fonction croissante de la masse surfacique de la paroi (+ 6 dB par doublement de la masse surfacique) et de la fréquence (+ 6 dB par octave).
Un phénomène parasite non pris en compte par la loi de masse est responsable d’une baisse d’efficacité notable de la paroi. Dans le cas général, lorsqu’une paroi est excitée par une onde acoustique, cette onde met en vibration la paroi. Une onde mécanique de flexion se propage alors le long de la paroi. Lorsque les deux déformations coïncident, c’est à dire que la longueur d’onde de flexion est égale à celle de la projection de l’onde acoustique sur la paroi, l’indice d’affaiblissement de la paroi chute fortement (Figure 4). Ce phénomène se produit à une fréquence appelée fréquence de coïncidence fc.
Avec :
- R : indice d’affaiblissement. Plus R est élevé, plus la paroi est isolante,
- m : la masse surfacique de la paroi (en kg/m2),
- f : fréquence (en Hz).
Figure 4. Loi de masse en acoutique
Cette fréquence est d’autant plus faible que l’angle d’incidence est rasant - c’est à dire que la direction de propagation de l’onde s’approche d’une parallèle à la paroi -, la limite inférieure étant appelée fréquence critique. L’amplitude de la chute observée pour fc est d’autant plus importante que le matériau constituant la paroi est rigide.
La paroi présente enfin des fréquences de résonance qui dépendent de ses dimensions, de sa masse et de son élasticité. Lorsque l’onde sonore incidente est accordée sur une ces fréquences, la paroi entre en résonance, et son indice d’affaiblissement diminue.
Doubles parois
Dans le bâtiment, on rencontre fréquemment des parois dites "doubles", constituées de deux parois rigides séparées par une lame d’air ou un matériau isolant.
Le comportement observé pour ces doubles parois correspond à celui d’un système masse - ressort - masse (voir Figure 5). Les vibrations de la paroi 1 (dues à l’excitation provoquée par une onde acoustique) sont transmises à la paroi 2 avec une atténuation causée par la lame d’air ou le matériau isolant qui les sépare. Le matériau intermédiaire peut être représenté par un ressort.
Figure 5. Représentation théorique d’une double paroi
Le système masse - ressort - masse possède une fréquence de résonance f0. A cette fréquence, les vibrations augmentent et provoquent une baisse de l’indice d’affaiblissement acoustique apporté par la double paroi. Dans le cas d’un champ acoustique incident d’orientation aléatoire, f0 est donnée par la formule :
Avec :
- d : la distance entre les deux paroi en m.
- m1 et m2 : la masse surfacique respectivement de la paroi 1 et 2 (en kg/m²).
Les doubles parois présentent des caractéristiques intéressantes, à condition que leur fréquence de résonance soit située à basse fréquence. Le phénomène de coïncidence peut aussi apparaître pour chacune des parois 1 et 2 constituant la paroi double. Si fc1 = fc2, la coïncidence entraîne une chute importante de l’indice d’affaiblissement autour d’une fréquence particulière. Si fc1 ≠ fc2, la coïncidence pour la paroi 1 est atténuée par la paroi 2, et réciproquement. Ce deuxième choix est plus judicieux. L’existence de doubles vitrages d’épaisseurs différentes témoigne de la recherche de fréquences de coïncidence différentes.
Réverbération dans un local
Lorsqu’une source sonore est placée dans un local fermé, deux champs sonores biens distincts se créent :
- un champ direct composé d’une onde acoustique provenant de la source et arrivant au point de réception sans avoir rencontré un quelconque obstacle,
- un champ réverbéré provenant d’ondes acoustiques qui ont eu une ou plusieurs réflexions sur les parois du local avant d’arriver au point de réception.
Figure 6. Réflexions des ondes sonores dans un local fermé.
1 : Onde directe - 2 : Onde réfléchie - 3 : Onde réfléchie
Figure 7. Illustration de la réverbération
Durée de réverbération et calcul du coefficient d’absorption moyen d’un local
Afin de quantifier cette réverbération, on définit la durée de réverbération. C’est la durée T nécessaire pour que le niveau sonore décroisse de 60 dB dans un local fermé lorsque l’émission de la source est interrompue, après une durée d’émission suffisamment longue pour que le niveau sonore se stabilise dans le local. T est exprimée en secondes.
T dépend du volume de la salle et de l’aire d’absorption équivalente A. Cette aire s’exprime en m² et représente l’absorption apportée par tous les éléments dans la pièce considérée.
Pour calculer T, on détermine tout d’abord le coefficient d’absorption moyen du local :
Avec :
- S1, S2, …Si : surfaces des i éléments constituant les parois du local.
- α1, α2, …αi : coefficients d’absorption de Sabine relatifs à chacune des surfaces.
Le coefficient α varie de 0 (matériau réfléchissant parfaitement les ondes sonores, c'est à dire sans absorption) à 1 (matériau parfaitement absorbant). Le coefficient d’absorption dépend de la fréquence. Le tableau 4 donne quelques exemples de coefficients d’absorption pour des matériaux courants.
L’aire d’absorption équivalente A est ensuite calculée avec la formule, à partir de la surface totale des parois S du local :
Elle s’interprète comme suit : la surface des parois en place équivaut à une surface A de matériau parfaitement absorbant.
On en déduit enfin la durée de réverbération du local grâce à la formule de Sabine :
Avec V le volume du local en m3.
Cette formule est valable dans l’hypothèse où l’on se trouve en champ diffus, c’est à dire que le niveau de pression acoustique est le même partout dans le local lors de la mesure. Cette hypothèse est faite systématiquement dans la pratique.
| F(Hz) | Parquet sur dalle lourde | Vitres | Briques | Rideaux légers | Rideaux tissés lourds | Grande ouverture sur l’extérieur |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 125 | 0.02 | 0.12 | 0.02 | 0.05 | 0.10 | 1.00 |
| 250 | 0.03 | 0.08 | 0.02 | 0.06 | 0.40 | 1.00 |
| 500 | 0.04 | 0.05 | 0.03 | 0.09 | 0.70 | 1.00 |
| 1000 | 0.05 | 0.04 | 0.04 | 0.12 | 0.90 | 1.00 |
| 2000 | 0.05 | 0.03 | 0.05 | 0.18 | 0.95 | 1.00 |
| 4000 | 0.06 | 0.02 | 0.07 | 0.22 | 1.00 | 1.00 |
| Coefficients d’absorption de matériaux courants | ||||||
Mesurage du coefficient d’absorption d’un matériau
Il est réalisé dans un laboratoire en salle réverbérante selon la norme NF EN 20354. Une mesure du temps de réverbération 1 T de la salle réverbérante vide est réalisée. Ensuite l’échantillon de matériau absorbant est placé dans la salle réverbérante et une nouvelle mesure du temps de réverbération 2 T est effectuée. Toutes ces mesures s’effectuent sur chacun des tiers d’octave de la bande de fréquences [100Hz , 5000Hz].
L’aire d’absorption équivalente A est calculée à l’aide de la formule :
Avec :
- V : volume de la salle réverbérante (en m3)
- c : la célérité du son (en m/s)
Enfin, le coefficient d’absorption acoustique α est calculé selon la formule :
Avec S la surface de l’échantillon du matériau absorbant.