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Spécial “ 5es Assises sonore ”
21
Acoustique
&
Techniques n° 51
Modélisation de la propagation acoustique en milieu extérieur complexe : Effets de frontière
Une autre possibilité de globalisation est de faire appel aux
stratégies évolutionnaires. Dans l’approche développée par le
CSTB pour l’étude des protections antibruit de forme complexe
[9], il a été choisi d’appliquer un algorithme génétique sur
une population (Figure 4). Ce couplage entre une recherche
globale grossière et une recherche locale précise montre une
très grande efficacité, notamment quand l’optimisation porte
simultanément sur plus de deux paramètres.
Exemples de résultat
En Figure 5, on donne deux exemples de résultats originaux
obtenus par couplage d’un algorithme d’optimisation
évolutionnaire et d’une BEM 2D : un couronnement à surface
dite «réactive» [10] (c’est-à-dire une série de puits rigides, en
tête d’écran de 3 m, dans un gabarit ici de 1,5 m sur 0,3 m)
et une protection de faible hauteur [10] (dans un gabarit ici de
1 m sur 1 m). La solution optimisée dépend bien évidemment
des caractéristiques (position, spectre) de la (ou des) source(s)
et de l’emplacement du (ou des) récepteur(s).
Application à la réduction du bruit des
transports terrestres
Couronnements d’écran
Les principaux profils de couronnements d’écran sont le T,
le L retourné et le cylindre. D’autres formes ont été mises au
point, mais restent encore peu utilisées en France, comme le
multi-diffracteur. Le résultat présenté en Figure 6 concerne la
famille des multi-diffracteurs à 2 baffles absorbants inclinés
et est issu d’une optimisation globale [11] telle que décrite
dans le précédent paragraphe.
Le couronnement est généralement construit en béton poreux
ou formé d’un assemblage tôle perforée / laine minérale /
tôle pleine. Il peut en outre contenir des résonateurs. De
façon générale, l’utilisation d’un couronnement réfléchissant
(c’est-à-dire en béton ou en tôle non-perforée) est à prohiber,
car il peut conduire à une dégradation de l’efficacité sonore
globale de l’écran droit. En plus du type de matériau utilisé,
le gain apporté par le couronnement dépend fortement de la
position du récepteur derrière l’écran (c’est-à-dire son degré
de pénétration dans la zone d’ombre, partie de l’espace
où l’infrastructure routière n’est plus visible) et de l’angle
de diffraction (sous quel angle est vue la source depuis le
récepteur).
De récentes études ont montré que lors d’incidences obliques
du son (la source ne se trouve pas «face» au récepteur mais
sur le côté), l’efficacité du couronnement généralement
augmente [12,13]. Aussi la longueur totale d’un couronnement
conditionne-t-elle son efficacité globale. En toute généralité,
pour une envergure du dispositif de l’ordre du mètre, le
gain apporté par un couronnement suffisamment long peut
atteindre 4 dB(A) en zone d’ombre profonde (c’est-à-dire pour
un récepteur proche de l’écran ce qui est le cas, par exemple,
d’habitations en contrebas d’une route en remblai), partie de
l’espace où le couronnement manifestera davantage son rôle
protecteur. Pour comparaison, cette situation correspond
à une augmentation en hauteur de 1,20 m d’un écran droit
de 3 m.
Écrans à relief
Un certain nombre de protections antibruit et murs de
soutènement offrent des formes géométriques à fortes
irrégularités. Les ondes acoustiques y sont réfléchies de
façon complexe et l’hypothèse généralement retenue d’une
réflexion spéculaire n’est plus applicable. La BEM est alors la
seule méthode numérique opérationnelle capable de prédire
finement le comportement de tels ouvrages [14].
On donne en Figure 7 un exemple de résultat,
à 500 Hz, de l’indice de perte en réflexion
α
(équivalent à un coefficient d’absorption) fonction
de l’angle incident
θ
s (par rapport à la verticale)
de l’onde sur un écran de type "sapin de Noël» et
de son angle de réflexion
θ
r vers le récepteur.
Aux basses fréquences (bandes d’octave de
63, 125 et 250 Hz), le comportement de telles
protections irrégulières reste très proche de
celle d’un écran plan équivalent dont l’inclinaison
serait identique au fruit moyen des éléments
superposés. Aux moyennes fréquences (bandes
de 500 et 1000 Hz), le comportement des écrans
devient plus complexe. La longueur d’onde est
du même ordre de grandeur que la rugosité de
l’écran. Les écrans ayant des faces verticales
renvoient de plus en plus d’énergie, vers les
récepteurs d’angle r faible, quand la fréquence
augmente. Aux hautes fréquences (bandes de
2000 et 4000 Hz), la réflexion globale de l’écran
irrégulier est dictée par l’orientation des facettes
Fig. 5. : Résultats d’optimisation par algorithme
évolutionnaire couplé à MICADO (BEM 2D) :
cas d’un couronnement à surface réactive (gauche)
et d’une protection de faible hauteur (droite)
Fig. 6. : Efficacité acoustique en dB(A), pour une source routière, d’un
multi-diffracteur à 2 baffles absorbants inclinés, par rapport à
l’écran droit de même hauteur totale. Calcul MICADO (BEM)