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Spécial “ 5es Assises sonore ”
Acoustique
&
Techniques n° 51
Modélisation de la propagation acoustique en
milieu extérieur complexe : Effets de frontière
Rappel des principaux effets acoustiques relatifs
à la frontière du domaine
Effet de sol
L’atténuation due à l’effet de sol est le résultat de l’interférence
entre la part de l’onde réfléchie par la surface du sol et celle
qui se propage directement de la source vers le récepteur. Elle
est physiquement liée à la nature plus ou moins absorbante
des terrains au-dessus desquels le son se propage. Cette
caractéristique est décrite, dans les modèles numériques
avancés, via une impédance complexe de surface, celle-ci
étant exprimée en fonction d’un certain nombre de paramètres
physiques comme la résistivité au flux d’air et la porosité de la
couche absorbante. Le phénomène d’effet de sol varie selon la
fréquence, la nature du sol ainsi que les positions respectives
de la source et du récepteur. En première approximation, on
peut considérer que pour une propagation au-dessus d’un sol
absorbant et dans le cas d’une atmosphère neutre, l’atténuation
due à l’effet de sol est d’autant plus forte que la distance
source récepteur est élevée et que le rayon direct source
récepteur est proche du sol. Dans le cas d’une atmosphère
inhomogène et à distances de propagation suffisamment
élevées, l’effet de sol peut fortement augmenter (gradient
vertical de vitesse du son négatif) ou, à l’inverse, totalement
disparaître (gradient positif). Ces aspects météorologiques
sont davantage présentés dans le papier de Cotté et Blanc-
Benon [1] du présent magazine.
Effets de diffraction
Les obstacles (comme une protection antibruit ou une butte)
influencent de façon prépondérante la propagation de l’onde
sonore. Lorsqu’une onde incidente rencontre un obstacle, sa
propagation est perturbée. L’obstacle agit alors comme un
ensemble de sources secondaires qui ont pour effet de diffuser
l’énergie sonore autour de lui avec une directivité non-uniforme
dépendant de sa forme et des conditions d’impédance à sa
frontière ; il s’agit du phénomène de diffraction. Généralement,
on observe une diminution des niveaux de pression derrière
l’obstacle, dans la zone d’ombre géométrique. Comme pour
l’effet de sol, la diffraction peut être modifiée en fonction des
inhomogénéités atmosphériques (gradients de vitesse du son
et turbulences).
Effets de réflexion
Lorsqu’une onde acoustique arrive sur une surface,
une partie de son énergie est réfléchie, une partie est
transmise et une partie est absorbée. Si l’absorption et
la transmission sont faibles, ce qui est généralement le
cas pour les surfaces des bâtiments par exemple, la plus
grande partie de l’énergie acoustique est réfléchie, et la
surface est considérée comme acoustiquement rigide. Pour
une surface recouverte d’un matériau absorbant tel qu’un
écran antibruit traité, on utilise, comme dans le cas de
l’effet de sol, l’impédance acoustique complexe de surface.
Jérôme Defrance
Marine Baulac
Philippe Jean
CSTB
Département Acoustique et Eclairage
24, rue Joseph Fourier
38400 Saint Martin d’Hères
E-mail : jerome.defrance@cstb.ftr
Eric Premat
Service technique des remontées mécaniques et des
transports guidés (STRMTG)
Domaine universitaire
1461, rue de la piscine
38400 Saint Martin d’Hères
E-mail : eric.premat@equipement.gouv.fr
Résumé
Après avoir rappelé, pour la modélisation de la propagation acoustique
en milieu extérieur complexe, les principaux effets relatifs à la frontière
du domaine, les grandes familles de méthodes prévisionnelles dédiées
à la prise en compte de géométries complexes sont présentées,
en s’attardant plus particulièrement sur la méthode des éléments
de frontière (BEM) et ses extensions (Météo-BEM, BEM-PE). La
performance de ce modèle est augmentée quand il est couplé à un
algorithme génétique d’optimisation. Dans un dernier paragraphe, des
exemples d’application à la réduction du bruit des transports terrestres
sont donnés.
Abstract
After a short review of the major boundary effects occurring in
complex outdoor sound propagation, the main prediction methods
families dedicated to complex geometries are presented, focusing
on the Boundary Element Method (BEM) and its extensions (Meteo-
BEM, BEM-PE). The performance of such a model is enhanced when
coupled to an optimization genetic algorithm. In a last section, a few
applications to ground transport noise abatement are given.