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Spécial “ 5es Assises sonore ”
13
Acoustique
&
Techniques n° 51
Influence des fluctuations des conditions météorologiques sur la dispersion des niveaux sonores
Conditions météorologiques et propagation
acoustique
A l’extérieur, le milieu de propagation acoustique est
inhomogène, éventuellement en mouvement, et ses
frontières sont souvent complexes. L’inhomogénéité du milieu
est essentiellement due aux conditions météorologiques
locales : la présence de gradients verticaux de température
et/ou de vitesse du vent conduisent à la présence d’un
gradient vertical de célérité acoustique dont l’influence
devient importante à grande distance (typiquement au-delà
de 50 à 100 m). Trois grandes classes de propagation
acoustique sont généralement considérées :
- La première correspond à une situation où la célérité
acoustique augmente avec l’altitude (cas de vent portant par
exemple) : ceci se traduit par un renforcement des niveaux
sonores au niveau du récepteur par rapport à une situation
homogène.
- La deuxième classe correspond à une situation où la célérité
acoustique diminue avec l’altitude (cas de vent contraire par
exemple) : ceci se traduit par une diminution des niveaux
sonores au niveau du récepteur par rapport à une situation
homogène. Dans cette dernière situation, d’autres effets, tels
que ceux de la turbulence liée à la vitesse du vent ou à la
température, deviennent prépondérants sur les seuls effets
des gradients verticaux [1].
- La dernière classe est une situation où le milieu de
propagation est homogène. Cette situation est rare dans la
réalité puisqu’elle est liée à l’absence d’effets météorologiques
(gradients verticaux de vitesse du vent et de température nuls
ou compensation de ces deux effets) : cette classe est plus un
cas limite théorique entre les deux autres classes parce qu’elle
ne se rencontre dans la réalité que rarement et brièvement,
au lever ou au coucher du soleil par exemple.
La Figure 1 illustre le lien qui peut exister entre les fluctuations
d’un niveau sonore relevé à 100 m d’une source ponctuelle
stationnaire et celles du gradient de célérité acoustique
(campagne «Lannemezan 2005» [2]).
Bien entendu, la réalité est plus compliquée que cette
description succincte : les profils de célérité acoustique
peuvent présenter des formes plus complexes qu’une
croissance ou décroissance monotone avec l’altitude. Ils
peuvent également présenter des inhomogénéités spatiales
non plus uniquement suivant l’altitude mais également le
long du trajet de propagation. D’autres phénomènes,
comme les fluctuations des propriétés acoustiques du sol
au cours du temps peuvent également donner lieu à des
dispersions temporelles du niveau sonore [3]. Ils ne sont
pas abordés ici.
Approche statistique du niveau sonore
à grande distance
Les profils verticaux de température et de vitesse de vent
varient largement au cours du temps. Ces fluctuations peuvent
se produire sur quelques fractions de seconde (turbulence)
ou sur des périodes plus importantes en raison de cycles
journaliers, saisonniers, annuels ou même de tendance à
plus long terme. Les fluctuations du niveau sonore à grande
distance sont ainsi constituées par la superposition de ces
différentes fluctuations d’origine météorologique.
Le niveau sonore à grande distance peut alors être considéré
comme une variable aléatoire temporelle et sa caractérisation
est alors très dépendante de sa durée d’observation.
Trois grandes échelles de temps sont à considérer pour les
périodes d’observation :
- l’échelle de court terme correspond à une période pendant
laquelle les caractéristiques météorologiques peuvent être
considérées comme stables. Sa durée est d’une à plusieurs
dizaines de minutes.
- l’échelle de moyen terme correspond généralement à
une période de référence ou une période réglementaire
(bruit routier : 6h-22h et 22h-6h, bruit industriel 7h-22h
et 22h-7h…). Durant cette période, les conditions
météorologiques ne sont plus stationnaires mais restent
cependant accessibles à la mesure.
- l’échelle de long terme fait appel à une connaissance
statistique du phénomène : son ordre de grandeur permet
de couvrir la quasi-totalité des situations météorologiques
présentes sur un site (échelle supérieure ou égale à 1 an et
pouvant aller jusqu’à 30 ans).
Fig. 1 : Niveau sonore LAeq(15 min) à une distance de 100 m (hauteur : 2 m) d’une source ponctuelle stationnaire
(hauteur : 2 m) et gradient de célérité acoustique (hauteur : 3 m, distance : 75 m), en fonction du temps
Sound level LAeq(15 min) at 2 m high and 100 m far from a punctual stationnary source (height :
2m), and acoustic celerity vertical gradient (height : 3 m, distance : 75 m) along with time