7 Insonorisation

Une insonorisation efficace signifie d’isoler l’intérieur du bâtiment des bruits générés à l’extérieur (propagation du bruit à l’extérieur), de procurer un « climat acoustique » adéquat dans les grandes pièces/salles (acoustique des salles), de diminuer fortement l’intensité sonore des bruits générés dans les pièces parvenant aux locaux voisins ainsi que d’éviter les émissons de bruits de l’intérieur (par exemple bruit industriel, discothèque) vers l’extérieur (acoustique du bâtiment). Pour atténuer une nuisance sonore existante ressentie comme trop élevée, on peut essentiellement jouer sur deux effets physiques de propagation des ondes:

• atténuation du bruit par réflexion (insonorisation)
• atténuation du bruit par absorption (absorption acoustique)

Les notions d’insonorisation et d’absorption acoustique doivent être clairement distinguées l’une de l’autre. Dans le premier cas, l’énergie acoustique n’est pas convertie dans une autre forme d’énergie mais la direction de propagation est modifiée par réflexion. Dans le cas de l’absorption, l’énergie acoustique est principalement transformée en chaleur (dissipation). Un mur peut donc par exemple assurer une bonne insonorisation tout en n’ayant simultanément qu’une faible absorption acoustique (voir Fig. 7.30).

Afin de prendre des mesures correctives ciblées contre le bruit excessif, il est indispensable, pour chaque nuisance, de clarifier premièrement s’il s’agit d’un bruit solidien ou aérien, c’est-à-dire si la source de bruit stimule immédiatement un mur ou une dalle ou indirectement via un volume d’air. Contrairement au bruit aérien, le bruit solidien est le plus souvent localisé. On distingue les quatre principes de base suivants pour les mesures de protection contre le bruit dans la construction:

1. Insonorisation du son aérien: le bruit est empêché de se propager d’une pièce à l’autre par des matériaux lourds et hermétiques et/ou par des constructions à plusieurs couches (→ réflexion des ondes sonores aériennes).
2. Atténuation du son aérien (absorption acoustique): à l’aide de matériaux particuliers « avalant le son » ou « résonnant », on tente de transformer l’énergie acoustique en chaleur.
3. Insonorisation du son solidien: interruption de la propagation du son dans les corps solides par exemple en introduisant des lames d’air ou des matériaux élastiques.
4. Atténuation du son solidien: réduction de la propagation du son et de sa réémission par exemple à l’aide d’un remplissage de sable (→ conversion de l’énergie acoustique en chaleur).

7.4.1 Acoustique des salles

Le climat acoustique d’un local dépend de manière déterminante des propriétés de réflexion ou d’absorption des surfaces qui le délimitent car, contrairement à la propagation du son à l’extérieur, les réflexions qui se font sur les bords du local se superposent aux sons directs.

Le champ sonore dans le local ne peut être examiné qu’approximativement, par exemple de façon analoge à l’optique en utilisant la méthode de l’acoustique géométrique. Une simplification encore plus importante consiste à poser que le champ sonore demeure diffus. Dès lors il n’y a plus que le volume du local et ses surfaces avec leurs propriétés d’absorption qui sont essentielles.

L’aire équivalente d’absorption A_s,eq entière d’une pièce est définie comme la somme des produits (surface A_j · coefficient d’absorption α_S j):

A décrit ainsi la capacité d’une pièce à étouffer le son (y compris chaises, rideaux, personnes etc.) et peut être considérée comme une surface ficitive de substitution qui absorbe parfaitement.

On distingue deux éléments dans la propagation du son dans les locaux fermés:le son direct et le son diffus. En premier lieu la propagation du son direct domine. Elle obéit à deux lois: dans ce que l’on appelle le champ proche (r < 2λ) le niveau décroît de plus de 6 dB par doublement de la distance, dans le champ libre (r > 2λ) la décoissance correspondante vaut exactement 6 dB. Le champ libre s’étend jusqu’à une distance déterminée de la source appelée rayon acoustique où commence le champ diffus dans lequel le son direct et le son réfléchi par les surfaces délimitantes se superposent.

En enclenchant une source de bruit, la densité d’énergie acoustique dans une pièce augmente de façon non proportionnelle avec l’excitation de la source; au contraire il s’établit progressivement un état stationnaire entre l’émission et l’absorption du bruit (→ établissement). Quand la source est déclenchée, le niveau sonore ne disparaît pas instantanément; le son diminue progressivement à cause de la durée des réflexions multiples (→ réverbération).

Ce processus est physiquement comparable à la charge/décharge d’un condensateur ou au chauffage/refroidissement d’un accumulateur de chaleur. Si l’on trace l’évolution temporelle du niveau de pression acoustique d’un bruit en diminution, on observe une droite décroissante quand l’absorption est répartie presque uniformément dans la pièce.

Le temps de réverbération T_s (= f_s (f, V, A_s,eq)) correspond au temps exprimé en s durant lequel le niveau de pression acoustique décroit de 60 dB après le déclenchement de la source de bruit (≙ réduction de l’intensité sonore d’un facteur 10^–6 ).

La relation entre le temps de réverbération T_s ainsi défini, l’aire équivalente d’absorption totale A_s,eq et le volume du local a été déterminée expérimentalement pour la première fois par Sabine:

Si en plus on considère l’effet d’amortissement du volume de la pièce (par exemple pour de très grandes salles avec de longs parcours pour les ondes sonores), la formule précédente est complétée de la manière suivante:

Le terme 4 ∙ μ ∙ V décrit l’absorption de l’air. L’amortissement par l’air conduit à une diminution du temps de réverbération qui est perceptible en particulier dans les hautes fréquences. Pour plus de détails, voir [7.25].

Le temps de réverbération adapté à l’utilisation se règle par une augmentation ou une diminution de l’absorption acoustique de la pièce.

Cependant, une modification du temps de réverbération (T₁ →T₂) influence aussi le niveau sonore moyen dans la pièce (L₁ → L₂):

Un temps de réverbération optimal adapté à l’utilisation de la pièce est une condition préalable importante pour une bonne intelligibilité de la parole ou une sonorité musicale agréable. Dans les locaux où l’on exige spécialement une bonne acoustique pour la parole, la question de l’intelligibilité est prépondérante: avec un temps de réverbération élevé, les syllabes individuelles résonnent trop longtemps et couvrent partiellement les suivantes; avec un temps de réverbération trop bas, l’intensité sonore décroit fortement ce qui réduit aussi l’intelligibilité.

L’aménagement acoustique d’une salle commence par sa forme et son volume. Le volume optimal peut être déterminé à l’aide du tableau 7.9.

La forme du local doit être conçue de façon à ce que les réflexions du son puissent servir utilement en fonction de l’usage tout en évitant les échos et échos flottants. Pour la parole, les réflexions doivent être planifiées pour qu’elles parviennent au récepteur rapidement après le son direct de façon à augmenter la clarté. Pour la musique, les réflexions précoces et tardives doivent être maintenues dans un rapport équilibré. Les réflexions précoces par les côtés qui arrivent jusqu’à 80 ms après le son direct sont particulièrement importantes. Elles permettent une perception spatiale de la musique. Dans certaines circonstances, la structure primaire de la salle doit être complétée par des réflecteurs acoustiques. Dans les salles de musique particulièrement, des revêtements de surface structurés ou des diffuseurs supplémentaires sont importants pour répartir le son.

Avec le choix des matériaux des revêtements sur les surfaces du local, le temps de réverbération est finalement déterminé. Pour les salles destinées à la musique, aucune surface d’absorbant acoustique supplémentaire n’est généralement nécessaire. Le public lui même absorbe le son et, avec un choix correct du volume du local, un temps de réverbération adéquat s’établit pratiquement de lui-même. Cependant de nombreuses autres réflexions doivent être faites lors de la planification de telles salles. Actuellement il est usuel de recourir à des modèles physiques et/ou à des logiciels de simulation.

Pour les locaux destinés à la parole, des surfaces munies d’absorbants acoustiques sont généralement nécessaires. Ceci est évidemment aussi valable pour les locaux dans lesquels le niveau de bruit doit être modéré comme par exemple dans un restaurant, un foyer etc.

Un absorbant poreux est le plus efficace quand, pour une longueur d’onde déterminée, la vitesse acoustique des particules associée est maximale dans la couche. L’idéal est une couche d’épaisseur d correspondant à 1/4 de la longueur d’onde λ. En plus des absorbants poreux tels que laine minérale, feutre, fibre de bois, béton cellulaire etc., les absorbants par résonance fondés sur un « système oscillant masse-ressort » possèdent une absorption marquée autour de leur fréquence de résonance. Un type important au niveau pratique consiste à placer un panneau avec une lame d’air devant un mur ou un plafond, par exemple en contre-plaqué ou en plâtre cartonné. Une augmentation de l’absorption est obtenue en disposant un matelas de fibres dans la cavité. Une grande absorption acoustique ne se produit que dans une bande étroite autour de la fréquence de résonance. Souvent ces deux effets d’absorption sont combinés en faisant interférer les bandes d’absorption dans les hautes fréquences d’un absorbant acoustique poreux placé à une certaine distance de la paroi avec les résonances maximales à plus basses fréquences.

Afin de faciliter l’utilisation des propriétés acoustiques et des exigences correspondantes de produits absorbant le son pour des applications courantes dans des locaux de bureaux, restaurants etc., les coefficients d’absorption α_S( f ) variant avec la fréquence sont modifiés à l’aide d’une courbe de pondération en une valeur unique (→ coefficient d’absorption acoustique pondéré α_w). Des informations détaillées sur ce sujet se trouvent dans la norme DIN 18041 [7.39].

7.4.2 Acoustique du bâtiment

Transmission du bruit aérien

Par principe il faut distinguer si la transmission se produit à travers la paroi de séparation ou la dalle et/ou s’il s’agit d’une transmission latérale par des voies indirectes. Avec P₁ et P₂ les puissances acoustiques des deux côtés d’un élément de construction, le rapport

indique ce que l’on dénomme l’indice d’affaiblissement acoustique R (voir la définition à la Fig. 7.30). A l’aide des niveaux de pression acoustique L₁ et L₂ dans le local d’émission et le local de réception respectivement, l’indice d’affaiblissement s’exprime de la manière qui suit:

Afin de pouvoir décrire complètement un élément de séparation, la courbe de l’isolement acoustique en fonction de la fréquence R = R( f ) doit être déterminée expérimentalement. On distingue:

• R( f ): mesuré en laboratoire, le bruit passe exclusivement à travers l’élément de mur étudié (aucune voie latérale!).
• R ‘( f ): « indice d’affaiblissement acoustique apparent » qui prend en compte la transmission supplémentaire par les bords et les autres voies indirectes.

Ces courbes d’isolement mesurées R( f ) ou R ‘( f ) décrivant la qualité d’isolement acoustique d’un élément de construction (16 valeurs mesurées pour des mesures par tiers d’octave) étant peu maniables dans la pratique, on procède leur pondération avec une courbe de référence N₁( f ) pour les réduire à des valeurs caractéristiques uniques: l’indice d’affaiblissement acoustique pondéré R_w et respectivement l’indice d’affaiblissement acoustique apparent pondéré R’_w.

L’isolement au bruit aérien d’un élément de séparation est d’autant meilleur que l’indice R’_w est élevé.

Les différents genres de bruit ont des répartitions spectrales qui diffèrent aussi. C’est la raison pour laquelle des termes d’adaptation du spectre sont fournis avec l’indice d’affaiblissement acoustique apparent.

• Bruit intérieur: C (bruit aérien) et C_i (bruit de choc)
• Bruit extérieur: C_tr

Alors que les anciennes normes définissaient des caractéristiques essentiellement liées aux éléments pour les besoins des contrôles de matériaux, aujourd’hui les nouvelles normes posent des exigences « globales » pour l’isolement au bruit aérien effectivement réalisé en tenant compte des besoins de protection contre le bruit de l’habitant, des affectations et des genres de bruit (voir aussi section 7.4.3).

Constructions à simple paroi

Le tracé de la courbe d’isolement R( f ) d’un mur simple peut en principe être décomposé en quatre domaines caractéristiques:

I) Résonances: très basses fréquences (le plus souvent f < 100 Hz), vibrations de flexion propres du mur (considéré comme une plaque vibrante libre).

II) Loi de masse: les vibrations propres du mur se succèdent très rapidement: système à masses uniques; la masse par unité de surface (appelée masse surfacique) joue un rôle déterminant → un doublement de la masse surfacique m’ améliore l’isolement de 6 dB (loi de masse de Berger); simultanément dans ce domaine, quand la fréquence double, l’indice d’affaiblissement acoustique R(f) augmente de 6 dB (6 dB/octave).

III) Effet de coïncidence: la rigidité à la flexion joue un rôle important, sorte de « résonance spatiale », creux légèrement au-delà de la fréquence limite f_c (fréquence de coïncidence) en raison de la coïncidence entre les ondes de flexion de l’élément et les ondes acoustiques incidentes (voir section 7.2.2).

IV) Loi de masse: l’isolement au-dessus de la fréquence limite (à partir d’environ ) s’approche à nouveau de la loi de masse.

L’isolement d’un mur à une seule couche est d’autant meilleur que sa masse surfacique est élevée. La profondeur du creux dû à l’effet de coïncidence est d’autant plus faible que l’absorption interne par le matériau du mur est grande et d’autant plus élevée que l’incidence du bruit incident est plate (γ grand). On peut limiter l’influence de ce creux par un choix adéquat du matériau pour le mur et/ou par une épaisseur de mur choisie pour que la fréquence limite soit déplacée à la périphérie du domaine des fréquences déterminantes en acoustique du bâtiment (voir Fig. 7.40).

En se basant sur leurs fréquences limites, on peut distinguer les plaques de matériaux comme suit (voir Fig. 7.41):

• parois rigides avec des fréquences limites plus basses que 50 Hz à 100 Hz (par exemple maçonerie épaisse ou béton), l’effet d’isolement est favorisé par la rigidité du mur.
• parois flexibles avec des fréquences limites dépassant 2500 Hz à 3000 Hz (par exemple tôle, panneau de bois, verre), effet d’isolement principalement dû à la loi de masse.

Quand les fréquences déterminantes se situent dans un domaine compris entre 100 Hz et 2000 Hz à 3000 Hz, on doit compter sur une détérioration de l’effet d’isolement par rapport à ce que la loi de masse prédit. Des études de Cremer [7.10] et Gösele [7.23] ont montré que l’indice d’affaiblissement ne dépend pas que de la masse surfacique mais aussi de la fréquence de coïncidence f_c (à cause de l’effet de coïncidence, voir section 7.2.2). La prise en compte de cet effet de résonance implique que le tracé de l’affaiblissement acoustique pondéré en fonction de la masse surfacique présente un plateau dans la région comprise entre 5 et 50 kg/m² – selon le matériau – sur lequel l’isolement acoustique n’augmente plus ou que très légèrement.

Eléments de construction à double paroi

Pour les simples parois, un bon isolement acoustique ne peut être atteint qu’avec une masse surfacique élevée. Les poids élevés correpondants peuvent être évités en construisant des doubles parois à la place de murs simples.

Le tracé de la courbe d’isolement R( f ) d’une double paroi présente quatre domaines caractéristiques (voir Fig. 7.43):

1. Loi de masse: basses fréquences, loi de masse comme pour un mur simple de poids identique; les deux parois oscillent ensemble en phase → pas d’amélioration dans ce domaine par rapport à une simple paroi.
2. Résonance de double paroi: système oscillant masse-ressort-masse avec résonance (voir section 7.2.2), l’isolement est même moins bon qu’une simple paroi, les deux parois oscillent en «opposition de phase».
3. Fréquences moyennes: amélioration marquée par rapport à une simple paroi de même masse surfacique, hausse théorique d’environ 18 dB/octave.
4. Résonances de couplage: creux dus à la formation d’ondes stationnaires dans l’espace intermédiaire (distance de séparation entre les deux parois d = multiples de λ/2).

Ainsi, de meilleurs indices d’affaiblissement peuvent être obtenus avec des éléments à double paroi qu’avec des constructions à simple paroi de poids identiques. En plus de la masse surfacique globale des deux parois, l’isolement au bruit aérien est fortement déterminé par:

• la rigidité à la flexion de la paroi la plus mince
• le matériaux isolant placé entre les deux parois
• la distance de séparation entre les deux parois
• les liaisons entre les deux parois et les fixations sur leurs bords

Pour obtenir un isolement optimal avec des éléments de construction à double paroi, quelques régles constructives fondamentales selon la figure 7.44 doivent être observées.

Estimation numérique de l’isolement au bruit aérien pour un paroi

Pour les éléments à simple paroi (béton, maçonnerie, plaques de plâtre, plaques de verre), l’indice d’affaiblissement acoustique apparent pondéré R‘_w⁽¹⁾ se détermine à partir de la masse surfacique m’ selon la courbe de « Gösele » (voir Fig. 7.42). Pour les tôles minces l’isolement acoustique au bruit aérien obéit à la loi de masse tant que f < f_c (loi de Berger pour panneaux flexibles, cf. Fig. 7.42).

L’indice d’affaiblissement acoustique apparent pondéré R‘_w⁽²⁾ de constructions à double paroi peut être estimé, en première approximation, relativement simplement en utilisant aussi la dépendance à la masse surfacique tant que les directives constructives de la figure 7.44 sont respectées:

Par rapport à une paroi simple de même masse surfacique, la résistance à l’écoulement de l’espace intermédiaire d’une double paroi améliore généralement l’isolement d’environ 1 à 1,5 dB pour chaque cm d’épaisseur; et même jusqu’à 2 dB/cm pour une séparation conséquente et soignée (valable uniquement pour des parois pas trop lourdes).

Transmission indirecte [7.15,7.25]

Dans une construction, le bruit n’est pas transmis qu’à travers l’élément des séparation à proprement parler mais il est aussi transmis – selon le raccord entre éléments – par des éléments adjacents tels que murs, dalles, sols dans une proportion qui ne doit pas être sous-estimée. Dans la pratique on observe très souvent que les bonnes propriétés d’isolement acoustique d’un élément de séparation sont réduites à néant par une construction inadéquate des éléments adjacents ou des raccords aux bords.

Jusqu’à ces dernières années, l’isolement acoustique était mesuré sur des stands d’essais comprenant les transmissions latérales (→ mesure avec « voies latérales standard » R ‘( f ) ou R ‘_w, que l’on dénomme « indice d’affaiblissement acoustique apparent »). Les progrès dans les techniques de mesure ainsi que de meilleures connaissances sur les mécanismes de transmission acoustique par les voies latérales permettent actuellement d’une part des mesures de transmission acoustique quasi exemptes de voies indirectes en laboratoire et, d’autre part, des méthodes de calcul pour l’estimation quantitative des effets des voies indirectes. De façon analogue aux déperditions de chaleur par l’enveloppe du bâtiment qui se composent des pertes sur des sections standards et des pertes supplémentaires dues aux points de raccord (ponts thermiques!), on dispose aujourd’hui de premières approches permettant d’appréhender la transmission acoustique d’une manière comparable («transmission à travers une section standard» et «transmission latérale»).

On distingue quatre types fondamentaux de voies de transmission acoustiques entre deux locaux contigus:

Pour simplifier, on admet que seules les voies ne comportant qu’un seul raccordement sont considérées (c’est-à-dire le mur du fond tant du côté de l’émission que de la réception n’est pas considéré; les voies telles que latérales avec incidence sur un mur de côté et rayonnement par le sol sont exclues).

Ainsi les voies suivantes doivent être considérées (13 voies au total): sol: Ld, Ll, Dl; mur à droite: Ld, Ll, Dl; plafond: Ld, Ll Dl; mur à gauche: Ld, Ll, Dl et passage direct Dd.

Chaque voie est caractérisée par trois grandeurs reliant les deux extrémités du rapport de puissance du côté de la source jusqu’au côté récepteur:

Aux interfaces air – élément, les grandeurs sont du type indice d’affaiblissement acoustique R. Aux passages « internes », où les éléments sont connectés ensemble, il s’agit d’affaiblissement par les raccords décrit par ce que l’on appelle des « différences de niveau dues aux raccords K ». L’affaiblissement sur ce genre de discontinuités dépend d’une part des pertes par réflexion, diffusion et absorption, et, d’autre part, du rapport entre les masses des éléments de construction attenants. Par exemple une paroi légère ne peut pratiquement pas mettre en vibration une paroi plus lourde alors que l’inverse est cependant possible. On distingue les raccords de forme en +, en T et en L. Les liaisons en forme de + et de T, peuvent être franchies en droite ou angulairement ce qui conduit à des pertes différentes (comp. Fig. 7.53).

Concept de base du calcul/de l’estimation

• Indice d’affaiblissement acoustique R_w: comme point de départ, on calcule comme suit l’affaiblissement acoustique de la voie directe par l’élément de séparation considéré comme un mur simple, rigide à la flexion:

• Indice d’affaiblissement acoustique des éléments de construction adjacents R_L ou R_l : pour les éléments de construction adjacents, les valeurs mesurées correspondantes sont si possible à utiliser. Si celles-ci ne sont pas disponibles, alors on applique l’approximation:

• Correction pour couche de parement ΔR: une couche de parement – tant sur l’élément de séparation que sur un élément adjacent – peut améliorer ou détériorer R_w selon la fréquence de résonance f_r du système (voir section 7.4.2, transmission du bruit aérien, éléments de construction à double paroi). L’amélioration de R_w pour un simple mur par l’adjonction d’une couche de parement peut être estimée à l’aide du tableau suivant:

• Différence de niveau due aux raccords K (« affaiblissement par les jonctions »): elle se compose de deux parties:

• Correction du rapport entre surfaces C: le rapport entre les aires des surfaces absorbant le bruit dans le local de réception doit être considéré comme suit:

A l’aide de ces grandeurs, l’indice d’affaiblissement acoustique se calcule selon le type de voie de transmission:

représente la moyenne des indices d’affaiblissement acoustique pondéré des éléments de construction impliqués dans la voie de transmission. Quand des couches de parement sont montées des deux côtés d’un élément de séparation, la couche avec la plus mauvaise correction ΔR n’est comptée qu’avec la moitié de cette valeur. On procède de manière analogue pour chaque voie de transmission latérale. Dans le cas où l’aire de l’élément de séparation diffère entre le côté émetteur et le côté récepteur, le résultat le plus défavorable doit être retenu.

L’indice d’affaiblissement acoustique apparent global R’_w se calcule comme la somme « énergétique » des parts de puissance des 13 voies de transmission:

Isolement au bruit aérien des fenêtres

A cause de l’augmentation du bruit du trafic et du renforcement des exigences de confort acoustique, les fenêtres jouent un rôle central dans l’isolement acoustique au bruit extrérieur des bâtiments. Une grande part de la transmission du bruit extérieur se fait par les fenêtres en raison de leurs faibles masses surfaciques comparées à celles des murs extérieurs. L’isolement acoustique des fenêtres est dans une large mesure déterminé par la structure du vitrage d’une part, et par la construction du cadre d’autre part.

La possibilité d’améliorer l’isolement acoustique par une augmentation de la masse surfacique des verres est contrebalancée par des effets négatifs dus aux plus larges épaisseurs des verres tels qu’une plus grande rigidité à la flexion et des fréquences limites plus basses. Les double vitrages asymétriques présentent, à cause de leur fréquence de résonance, de meilleurs indices d’affaiblissement acoustique que des vitrages simples de poids identiques seulement à partir d’un espacement de 12 mm entre les verres.

De trop larges espacements entre verres sont également déconseillés car, à partir d’une épaisseur de 20–25 mm, les variations de la température et de la pression correspondante du gaz enfermé peuvent conduire à des contraintes excessives sur le joint périphérique reliant les deux verres. Des doubles vitrages incluant des couches de résine ou de film réduisent la rigidité à la flexion des verres et ainsi diminuent les creux de coïncidence correspondants (par exemple 3 mm Floatglas/1,2 mm alcali-silicate/3 mm Floatglas: R_w (C, C_tr) = 35 (–1; –4) dB; écart maximal 5 dB à 400 Hz [7.26]). Bien que le remplacement de l’air dans l’espace intermédiaire par un gaz lourd améliore l’isolement acoustique, cela peut néanmoins détériorer l’isolation thermique. Pour les cadres de fenêtre, en plus de la masse surfacique et de la rigidité à la flexion, l’étanchéité à l’air joue un rôle déterminant.

Surfaces de mur composées

Si un mur se compose de deux surfaces S₁ en m² et S₂ en m² avec des indices d’affaiblissement R_w,1 (C; C_tr)₁ en dB et respectivement R_w,2 (C; C_tr)₂ en dB où R_w,1 ≥ R_w,2, alors l’indice d’affaiblissement acoustique résultant R_w,res pour l’ensemble du mur se calcule comme suit:

Dans le cas général, l’indice d’affaiblissement acoustique résultant R_w,res ou R’_w,res d’un système formé de plusieurs composants s’obtient comme suit:

Transmission du bruit de choc/du bruit solidien

Le bruit solidien n’est pas lui-même audible mais le devient cependant lorsqu’il est converti en bruit aérien par émission aux surfaces; comme par exemple pour le bruit de choc. On doit éviter autant que possible la transmission du bruit car il se propage dans les corps solides en subissant très peu de pertes (voir tableau 7.4). La voie principale pour la transmission du bruit de choc correspond dans tous les cas à la voie directe à travers la dalle de séparation. Toutefois, selon le type de construction des dalles et des parois, d’autres voies peuvent aussi devenir significatives. Certaines voies de transmission diagonales peuvent présenter des ordres de grandeurs comparables à des voies verticales.

Pour caractériser les propriétés d’isolement au bruit de choc des dalles selon un principe uniforme, on doit premièrement convenir d’une source de bruit de choc clairement définie. Cette excitation de la dalle s’obtient à l’aide d’une machine à frapper normalisée. Dans le local de réception on mesure le niveau de pression acoustique moyen. Pour que des mesures prises dans des locaux de réception ayant des propriétés d’absorption différentes puissent être comparées entre elles, on les convertit de façon standard. Le niveau de pression du bruit de choc normalisé L_n se définit de la manière suivante:

Comme pour l’isolement au bruit aérien, on a besoin de pouvoir décrire la qualité de l’isolement au bruit de choc d’une dalle par une valeur unique. A cet effet, la courbe du bruit de choc normalisé L_n(f) mesurée en fonction de la fréquence est pondérée par une « courbe de référence » (→ niveau de pression pondéré du bruit de choc normalisé L’_n,w).

Contrairement à l’indice d’affaiblissement apparent pondéré R’_w, l’isolement acoustique au bruit de choc est d’autant meilleur que le niveau de pression pondéré du bruit de choc normalisé L’_n,w est bas. Cette valeur n’est pas un indice d’affaiblissement (« différence de niveaux sonores »), mais représente une mesure de la nuisance sonore résultante suite à une excitation par une machine à frapper normalisée.

Avec des revêtements praticables souples et des chapes flottantes, de bons isolements acoustiques au bruit de choc peuvent être obtenus (voir Fig. 7.59).

L’indice d’amélioration pondéré de l’isolation au bruit de choc ΔL_w est une valeur caractéristique unique qui décrit l’amélioration de la protection contre le bruit de choc due à un revêtement de sol posé sur une dalle massive standard (voir Fig. 7.60).

Il est particulièrement important d’être attentif à éviter tout pont phonique solidien entre la dalle massive et le revêtement en ciment qui détériorerait l’isolement au bruit de choc. De tels ponts qui surviennent principalement aux raccords des murs et aux passages de conduites sanitaires à travers la dalle peuvent complètement anéantir l’effet d’une chape flottante (voir Fig. 7.61).

Estimation numérique de l’isolement au bruit de choc avec des dalles en béton armé

L’isolement au bruit de choc d’une dalle peut être simplement estimé, bien que pas très précisément [7.2]. Pour des dalles monocouches (homogènes), le niveau de pression pondéré du bruit de choc normalisé L_n,w décroît d’environ 10 dB à chaque doublement de l’épaisseur. Pour une dalle en béton armé monocouche on a:

• chape flottante (haut) et

• revêtements de sol praticables (bas)

L’isolement au bruit de choc d’une dalle finie avec une chape flottante et/ou un revêtement praticable on a:

Une chape flottante libre de vibrer selon le principe ressort-masse possède une fréquence de résonance de:

Au-dessus d’une fréquence , l’isolement au bruit de choc augmente (voir à ce propos la section 7.2.2, effet de résonance → résonance à deux masses).Pour une première évaluation sommaire des transmissions indirectes du bruit de choc, l’affaiblissement par propagation peut être pris en compte via les valeurs correctives indiquées à la figure 7.63.

Comme pour le cas de la transmission du bruit aérien par voies latérales, la norme pour le calcul de l’isolememt au bruit de choc entre locaux [7.31] cherche à évaluer l’effet des vois latérales de manière quantitative.

Pour les planchers sur poutraison, l’isolement au bruit de choc n’est que difficilement prédictible [7.28]. L’hypothèse d’une amélioration de l’isolement au bruit aérien et/ou au bruit de choc par une couche additionnelle n’est pas propice en raison de la masse et de la rigidité peu élevées comparativement à une dalle massive. De plus la capacité de charge statique du plancher par une telle couche est limitée. Les mesures d’amélioration de l’isolement au bruit de choc adaptées aux dalles massives ne peuvent donc pas être appliquées aux planchers sur poutraison.

7.4.3 Protection contre le bruit dans l’habitat

Une bonne protection contre le bruit dans le bâtiment est, d’une part, une exigence d’hygiène de l’habitat et, d’autre part, un critère de confort moderne. L’insonorisation de l’habitat protège l’occupant tant du bruit extérieur que des nuisances sonores venant du voisinage intérieur. Ainsi des critères de qualité objectifs et représentatifs sont indispensables pour appréhender l’insonorisation telle que ressentie par les habitants. Par là des objectifs relatifs à l’acoustique du bâtiment peuvent être formulés au stade de la planification et vérifiés sur l’objet fini. Le grand nombre de normes nationales différentes qui existent dans ce domaine est toutefois un indice de l’existence de points de vue qui peuvent partiellement varier.

Évaluation objective de la protection contre le bruit: deux buts différents [7.13]

L’évaluation quantitative de la protection contre le bruit dans le bâtiment peut être considérée selon deux points de vues. L’occupant s’intéresse plus particulièrement au résultat global, qu’il ne peut pas lui-même influencer, décrivant sa qualité de vie acoustique: quel est le niveau de nuisance dans le local B lorsque du bruit est généré dans le local A? L’architecte quant à lui doit connaître les propriétés acoustiques des matériaux qui permettent d’assurer une protection contre le bruit de qualité déterminée tout en optimisant la disposition spatiale. Dans le premier cas, la réponse dépend tant du choix des matériaux que de l’exécution mais aussi de la taille de la surface de séparation entre A et B, de la disposition relative des pièces entre elles ainsi que de l’agencement et du volume du local récepteur. Le résultat est donc valide au cas par cas. Dans le second cas par contre, on vise généralement à caractériser un matériau de construction, une façon de construire ou un élément de construction indépendamment des géométries spécifiques. Evidemment, ces objectifs différents nécessitent des grandeurs d’évaluation différentes.

Finalement, dans tous les cas l’évaluation mesurée consiste en une mesure d’un niveau de pression acoustique stationnaire L₂ dans le local récepteur, moyennée temporellement et spatialement, et fournie en fonction de la fréquence, aujourd’hui de préférence par bandes de tiers d’octave. Pour une transmission d’énergie spécifique par une paroi de séparation et des voies latérales, le niveau sonore stationnaire dépend encore de l’absorption acoustique du local récepteur caractérisée par une aire équivalente d’absorption A_s,eq. On cherche à éliminer cette influence par une normalisation relative à une aire équivalente d’absorption standard A₀ fixée internationalement. Avec A₀ = 10 m² cette dernière correspond à peu près aux conditions des locaux de logement. Pour des raisons historiques, en acoustique du bâtiment cette référence à une aire d’absorption prédéterminée est mal décrite comme étant une «normalisation» ce qui conduit à des difficultés conceptuelles dès que de nouvelles possibilités de normalisation sont exploitées. L’aire équivalente d’absorption A_s,eq doit en principe être déterminée à l’aide de la formule de Sabine par l’intermédiaire d’une mesure du temps de réverbération T_s. Toutefois, en particulier dans les logements l’hypothèse d’un champ sonore diffus n’est souvent pas réalisée et la formule de Sabine n’est pas strictement valable (voir à ce propos la section 7.4.1). Ainsi il est plus réaliste de procéder à une normalisation par rapport à un temps de réverbération T₀ fixé par expérience à 0,5 s car de très nombreux locaux habités meublés présentent des temps de réverbération de cet ordre de grandeur. Un niveau de pression acoustique normalisée de cette façon est dénoté formellement avec l’indice «nT» et est décrit comme un niveau «réduit au temps de réverbération» dans les normes DIN ou dénommé «standardized level» dans la version anglaise de la norme ISO 140 (1978). L’indice «nT» indique clairement qu’il s’agit d’une «standardisation» opérée simplement par une normalisation particulière par rapport à T₀.

Il est compréhensible que la grandeur cible doive être indépendante de l’intensité du bruit du côté de la source. Pour le bruit aérien, on atteint ce but par une mesure simultanée du niveau sonore dans le local d’émission (L₁) et le calcul de la différence D = L₁ – L₂. Pour le bruit de choc, on emploie une machine à frapper normalisée qui engendre le bruit solidien. L’isolation acoustique normalisée D_nT et le niveau de pression du bruit de choc standardisé L_nT sont ainsi les grandeurs dépendantes de la fréquence utilisées pour la caractérisation de l’isolement acoustique entre deux locaux spécifiques d’un bâtiment déterminé. Ils contiennent délibérément la taille de la surface de séparation et l’effet de la transmission latérale comme caractéristiques de chaque situation particulière, alors que, par la référence à T₀ (→ standardisation), l’agencement ne joue plus aucun rôle.

Pour caractériser les propriétés des matériaux, on veut toutefois également s’affranchir des conditions géométriques particulières à la situation. Pour cela on emploie un banc d’essai au bruit aérien dont la construction garantit une transmission latérale négligeable et on réduit, par une étape supplémentaire de normalisation, les valeurs mesurées de la surface de séparation réelle S à une surface standard (S₀ = 10 m²). Les exigences posées sur le banc d’essai sont conçues pour que le champ acoustique dans le local récepteur soit en bonne approximation diffus: ainsi la normalisation peut être établie à juste titre sur une aire d’absorption constante et pas sur un temps de réverbération. En résumé, les deux étapes de normalisation se laissent représenter par la relation:

où l’on admet comme contrainte que A_0/S₀ = 1. Le niveau ainsi rapporté à la surface s’appelle, selon les règles de nomenclature, «indice d’affaiblissement acoustique» R. Pour le bruit de choc, cette seconde étape de normalisation tombe. On a:

Pour parvenir à une valeur récapitulative unique – tant pour le bruit aérien que pour le bruit de choc – on recourt finalement à une méthode de calcul dénommée « pondération fréquentielle » qui se résume à une somme pondérée de chaque part des 16 bandes de tiers d’octave (voir Fig. 7.38 et 7.58, section 7.4.2). Les valeurs uniques sont spécifiées par la norme ISO 717 [7.16] et sont introduites dans la plupart des normes nationales. Les valeurs uniques résultantes sont appelées grandeurs « pondérées » et indiquées par l’indice supplémentaire w (« weighted » en anglais).

Dans la norme SIA 181 [7.29], l’isolement au bruit aérien effectivement réalisé est évalué au moyen de la grandeur D_nT,w. En référence à la norme ISO 717, cette grandeur est appelée isolation acoustique normalisée pondérée. Pour caractériser les propriétés correspondantes des éléments de construction, on se sert de l’indice d’affaiblissement acoustique pondéré R_w. Pour les locaux avec un volume V > 200 m³, les valeurs doivent être ajustées à l’aide d’une correction de volume C_V selon la norme SIA 181 [7.29] (valeurs de C_V voir annexe 9.22).

Dans le cas du bruit de choc, on se sert du niveau de pression pondéré du bruit de choc standardisé L_nT,w pour l’évaluation de sa transmission. La caractéristique correspondante pour les éléments de construction se dénomme niveau de pression pondéré du bruit de choc normalisé L_n,w.

Prise en compte de nuisances sonores caractéristiques: termes d’adaptation du spectre [7.14]

Lors de l’appréciation d’éléments de séparation par des valeurs uniques (R_w ou L_n,w), la comparaison avec des courbes de pondération permet formellement de tenir compte de la variation fréquentielle de la sensibilité de l’ouïe humaine ainsi que de l’effet des propriétés physiques des matériaux/éléments de construction sur l’isolement acoustique. Les effets de nuisances sonores spécifiques telles que le bruit du trafic, le bruit d’avions ou le bruit du piétinement etc. qui présentent des répartitions spectrales différentes, ne sont toutefois pas considérés.

Les normes ISO et CEN prennent en compte ces différences par

• une recommandation d’étendre le domaine de mesure en acoustique du bâtiment à des fréquences allant de 50 à 5’000 Hz (bruit aérien) et de 50 à 3’150 Hz (bruit de choc) ainsi que par
• l’introduction de ce que l’on dénomme des termes d’adaptation du spectre.

Les valeurs uniques décrivant la qualité d’isolement acoustique des éléments de construction doivent ainsi être spécifiées dans une forme étendue comme suit:

• R_w(C, C_tr) en dB ou
• L_n,w(C_i) en dB.

Dans le domaine du bruit aérien, [7.32] le terme d’adaptation du spectre C décrit, sur la base d’un bruit avec un spectre de répartion fréquentielle uniforme (bruit rose pondéré A), l’aptitude d’un élément de séparation en présence de nuisances de spectres comparables comme par exemple le bruit domestique, le bruit des chemins de fer (vitesse moyenne/élevée), le bruit des autoroutes (v > 80 km · h^–1). Sur la base d’un spectre de nuisance contenant une plus grande part de basses fréquences (bruit du trafic routier urbain pondéré A), le terme C_tr s’attache plutôt à décrire des nuisances telles que, entre autres, le bruit des routes avec une proportion élevée de camions, le bruit des chemins de fer à faible vitesse, le bruit d’avions ou le bruit de discothèques. Les valeurs de C et C_tr sont négatives dans une plage allant de 0 à –10 dB.

Dans le domaine du bruit de choc, [7.33] le terme d’adaptation du spectre C_i ajuste le niveau pondéré de bruit de choc spécialement pour prendre en considération les nuisances à basses fréquences qui peuvent se produire, par exemple, avec des planchers sur poutraison ou des dalles de béton brutes. Le terme d’adaptation est défini de façon à prendre une valeur d’environ 0 dB pour des dalles massives disposant d’une isolation au bruit de choc suffisante (revêtement de sol practicable et/ou chape flottante). Les planchers sur poutraison présentent une valeur légèrement positive tandis que les dalles en béton avec une isolation au bruit de choc insuffisante/manquante montrent des valeurs négatives allant jusqu’à  –15 dB.

L’isolement acoustique résultant d’un élément de séparation, respectivement entre deux zones d’utilisation différentes, s’obtient par la somme des valeurs uniques, respectivement des valeurs d’exigence, avec les termes d’adaptation du spectre correspondants. Avec ces caractéristiques «étendues», la perception acoustique effective et subjective est mieux prise en compte sans devoir modifier les méthodes standardisées existantes d’évaluation et de mesure en laboratoire pour la détermination des valeurs uniques.