Stratégies de Réduction du Bruit Routier

Comprendre les Stratégies de Réduction du Bruit Routier

Une entreprise de construction prévoit de construire un nouveau complexe résidentiel à proximité d’une route très fréquentée. Pour assurer le confort des futurs résidents, il est impératif de mettre en place des stratégies efficaces de gestion et de contrôle du bruit. Le complexe résidentiel comprendra plusieurs bâtiments de trois étages, chacun avec des fenêtres donnant sur la route. La densité du trafic est telle que le niveau de pression sonore moyen (Lp) dû au trafic routier est de 75 dB à la limite du site.

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Objectif de l’Exercice:

En tant qu’ingénieur acousticien, vous êtes chargé de concevoir une solution pour réduire le niveau de bruit dans les appartements les plus exposés à un niveau acceptable de 30 dB. Vous devez considérer l’utilisation de barrières acoustiques et l’isolation des fenêtres comme principales stratégies de réduction du bruit.

Données:

La distance entre la source de bruit (route) et le bâtiment le plus proche est de 25 mètres.
La hauteur de la source sonore est estimée à 1 mètre, tandis que les fenêtres des appartements concernés sont à une hauteur de 4 mètres du sol.
La barrière acoustique envisagée peut être placée à 5 mètres de la source de bruit.
L’efficacité d’isolation d’une fenêtre standard est de 25 dB, et celle d’une fenêtre à isolation renforcée est de 40 dB.
Pour cet exercice : (v \approx 0,47\)

Questions:

1. Calcul de l’atténuation nécessaire:

Déterminez l’atténuation totale nécessaire pour réduire le bruit de 75 dB à 45 dB à l’intérieur des appartements.

2. Choix de la barrière acoustique:

En utilisant la loi de la diffraction de Fresnel, calculez la hauteur minimale requise pour la barrière acoustique afin d’atteindre une atténuation de 10 dB, considérant que le bruit passe par-dessus la barrière avant d’atteindre les fenêtres des appartements.

3. Isolation des fenêtres:

Calculez la réduction supplémentaire de bruit nécessaire après l’installation de la barrière acoustique. Déterminez si des fenêtres standard ou à isolation renforcée sont nécessaires pour atteindre l’objectif de 30 dB à l’intérieur des appartements.

Correction : Stratégies de Réduction du Bruit Routier

1. Calcul de l’atténuation totale nécessaire

Le niveau de bruit extérieur (dû au trafic) est de 75 dB. On souhaite, par une première étape (par exemple grâce à des mesures externes comme l’installation d’une barrière et autres dispositifs passifs), réduire ce niveau à 45 dB à l’intérieur des appartements.

Formule utilisée :

\[ \text{Atténuation nécessaire} = L_{p,\text{initial}} – L_{p,\text{final}} \]

Données :

\(L_{p,\text{initial}} = 75 \, \text{dB}\)
\(L_{p,\text{final}} = 45 \, \text{dB}\)

Calcul :

\[ 75 \, \text{dB} – 45 \, \text{dB} = 30 \, \text{dB} \]

Résultat :
Une atténuation totale de 30 dB est nécessaire pour passer de 75 dB à 45 dB.

2. Choix de la barrière acoustique

Objectif :
Déterminer la hauteur minimale de la barrière afin d’obtenir une atténuation par diffraction de 10 dB.

Principe et formule de diffraction (modèle « knife-edge ») :

La diffraction d’un obstacle est caractérisée par un paramètre \(v\) défini par :

\[ v = \frac{h_{\text{eff}}}{\sqrt{\frac{\lambda \, d_1 \, d_2}{2(d_1+d_2)}}} \]

ou, de façon équivalente,

\[ v = h_{\text{eff}} \times \sqrt{\frac{2(d_1+d_2)}{\lambda \, d_1 \, d_2}} \]

avec :

\(h_{\text{eff}} = h_{\text{barrière}} – h_{\text{los}}\) (la hauteur efficace étant la différence entre la hauteur de la barrière et la hauteur de la ligne de visée entre la source et le point de réception)
\(\lambda\) est la longueur d’onde (pour un bruit de trafic, on peut approximer \( f \approx 500 \, \text{Hz} \) ce qui donne \(\lambda \approx \frac{343 \, \text{m/s}}{500 \, \text{Hz}} \approx 0,686 \, \text{m}\))
\(d_1\) est la distance de la source à la barrière
\(d_2\) est la distance de la barrière au bâtiment

La loi de diffraction de type « knife‐edge » permet ensuite de relier le paramètre \(v\) à l’atténuation \(L\) (en dB) par la formule :

\[ L = 6.9 + 20 \log_{10}\Bigl(\sqrt{(v-0.1)^2+1} + (v-0.1)\Bigr) \]

Données :

Distance entre source et bâtiment : 25 m
La barrière est placée à \(d_1 = 5 \, \text{m}\) de la source \(\rightarrow\) donc \(d_2 = 25 – 5 = 20 \, \text{m}\)
Hauteur de la source : \(1 \, \text{m}\)
Hauteur des fenêtres (point de réception) : \(4 \, \text{m}\)
\(\lambda \approx 0,686 \, \text{m}\)

Calcul de la ligne de visée :

La ligne joignant la source et le point de réception (fenêtre) est une droite reliant \((0, 1\,\text{m})\) à \((25\,\text{m}, 4\,\text{m})\). À la position de la barrière (à 5 m de la source), la hauteur de cette ligne est :

\[ h_{\text{los}} = 1 + \left( \frac{4-1}{25} \times 5 \right) \] \[ h_{\text{los}} = 1 + \left( \frac{3 \times 5}{25} \right) \] \[ h_{\text{los}} = 1 + 0,6 \] \[ h_{\text{los}} = 1,6 \, \text{m} \]

Détermination de \(h_{\text{eff}}\) pour obtenir \(L = 10 \, \text{dB}\) :

On recherche la valeur de \(v\) telle que \(L \approx 10 \, \text{dB}\). Après quelques itérations (Pour cet exercice, \(v \approx 0,47\), on obtient :

\[ L \approx 6.9 + 20 \log_{10}\Bigl(\sqrt{(0.47-0.1)^2+1} + (0.47-0.1)\Bigr) \] \[ L \approx 10 \, \text{dB} \]

On a alors :

\[ v = 0,47 = h_{\text{eff}} \times \sqrt{\frac{2(d_1+d_2)}{\lambda \, d_1 \, d_2}} \]

Calcul du terme sous la racine :

\[ \sqrt{\frac{2(5+20)}{0,686 \times 5 \times 20}} = \sqrt{\frac{2 \times 25}{0,686 \times 100}} \] \[ = \sqrt{\frac{50}{68,6}} \approx \sqrt{0,728} \approx 0,853 \]

D’où :

\[ h_{\text{eff}} = \frac{0,47}{0,853} \approx 0,551 \, \text{m} \]

Calcul de la hauteur minimale de la barrière :

La hauteur minimale de la barrière est alors la somme de la hauteur de la ligne de visée à l’emplacement du barrier et de \(h_{\text{eff}}\) :

\[ h_{\text{barrière}} = h_{\text{los}} + h_{\text{eff}} \] \[ h_{\text{barrière}} = 1,6 \, \text{m} + 0,551 \, \text{m} \] \[ h_{\text{barrière}} \approx 2,151 \, \text{m} \]

Résultat :
La hauteur minimale requise pour la barrière acoustique est d’environ 2,15 m afin d’obtenir une atténuation par diffraction de 10 dB.

3. Isolation des fenêtres

Après l’installation de la barrière, le niveau sonore atteint à l’intérieur des appartements est ramené à 45 dB (selon la première étape). Pour atteindre l’objectif final de 30 dB à l’intérieur, il faut une isolation supplémentaire apportée par les fenêtres.

Formule utilisée :

Réduction supplémentaire:

\[ = L_{\text{après barrière}} – L_{\text{objectif intérieur}} \]

Données :

\(L_{\text{après barrière}} = 45 \, \text{dB}\)
\(L_{\text{objectif intérieur}} = 30 \, \text{dB}\)

Calcul :

\[ 45 \, \text{dB} – 30 \, \text{dB} = 15 \, \text{dB} \]

Comparaison avec l’efficacité d’isolation des fenêtres :

Fenêtre standard : isolation de 25 dB
Fenêtre à isolation renforcée : isolation de 40 dB

Conclusion :

La réduction supplémentaire nécessaire est de 15 dB. Puisque l’isolation offerte par une fenêtre standard (25 dB) dépasse ce besoin (25 dB > 15 dB), des fenêtres standard suffisent pour atteindre l’objectif de 30 dB à l’intérieur des appartements.

Conclusion Générale :

Pour réduire le bruit de 75 dB à un niveau de 45 dB dans les appartements, une atténuation totale de 30 dB est nécessaire. Une barrière acoustique d’environ 2,15 m de hauteur (placée à 5 m de la source) permettra d’obtenir une atténuation de 10 dB par diffraction. Ensuite, afin de passer de 45 dB à 30 dB à l’intérieur, il faut une réduction supplémentaire de 15 dB, qui peut être assurée par l’installation de fenêtres standard (25 dB d’isolation).

Stratégies de Réduction du Bruit Routier

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