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Spécial “ 5es Assises sonore ”
Acoustique
&
Techniques n° 51
Calcul prévisionnel du bruit en milieu urbain : limites des approches actuelles et perspectives
-
La méthode du tracé de rayons
[16], très
démocratisée, a donné naissance à de nombreux logiciels
commerciaux de prévision du champ sonore, aussi bien en
acoustique des salles (Odeon
3
, CATT-Acoustic™
4
…) qu’en
milieu extérieur (Mithra
®
et Mithra-SIG
®5
, SoundPLAN
®6
,
CadnaA
®7
…). Cette approche énergétique, reposant
également sur les hypothèses de l’acoustique géométrique,
suppose que l’énergie sonore est distribuée sur un certain
nombre de rayons rectilignes émis à partir d’une source
sonore et déviés de manière spéculaire lors de leur
rencontre avec les parois du milieu de propagation. Le
calcul de l’énergie sonore au niveau d’un volume récepteur
est réalisé par comptage du nombre de rayons qui le
traversent. Le problème majeur réside dans la définition
de la taille de ce volume, le plus souvent une sphère. En
effet, il doit être représentatif d’un récepteur réel mais
doit également permettre de comptabiliser suffisamment
de rayons sonores pour déterminer le niveau d’énergie de
manière précise, ce qui en pratique nécessite de tirer un
grand nombre de rayons sonores, et ce d’autant plus que le
milieu de propagation est de forme complexe et constitué
de volumes «couplés». Pour résoudre ce problème, le
logiciel Mithra utilise par exemple une méthode de tracé de
rayons «inverse», qui part du récepteur vers la source. La
notion de «rayons sonores» a également été étendue pour
donner naissances à des méthodes de tracé de faisceaux
sonores [17].
Au-delà de ces méthodes «classiques» qui ont donné lieu
à la plupart des outils actuels de prévision des niveaux
sonores en acoustique architecturale et urbaine, on peut
également citer d’autres méthodes plus complexes, comme
les méthodes de radiosité fondées sur une analogie avec
l’éclairage [12] [18] ou les méthodes hybrides résultant
du couplage de plusieurs méthodes entres-eux (tracé de
rayons et sources-images [19], ou tracé de rayons et
radiosité par exemple)… Néanmoins, dans la plupart des
cas, ces méthodes sont trop complexes à mettre en œuvre
et trop coûteuses en temps de calcul.
Ce que les approches «opérationnelles»
prennent en compte…
D’un point de vue plus opérationnel, les logiciels de prévision
acoustique de référence dans les bureaux d’étude utilisent
des méthodes de calcul similaires. En France, le calcul
est basé sur la «Nouvelle méthode de prévision du bruit»
(NMPBRoutes – 96, NF S31-133:2007) [1], qui est par ailleurs
très proche de celle décrite dans la norme internationale ISO
9613-2 [20]. Bien qu’initialement développée pour fournir
une méthode de calcul de la propagation du bruit routier
en milieu extérieur relativement ouvert (faible densité de
bâtiments), ces méthodes sont également utilisées pour la
prévision acoustique en milieu urbain, donc présentant une
forte densité de bâtiments, ce qui est déjà en soi une forme
de détournement de la méthode, dont nous reparlerons plus
loin.
Par construction, ces méthodes reposent sur les notions
de rayons sonores et de sources-images telle qu’elles ont
été décrites plus haut. Il s’agit donc essentiellement de
méthodes énergétiques et géométriques, applicables en trois
dimensions (3D), mais bien souvent limitée à 2 dimensions. Il
est important de préciser que ces méthodes n’intègrent pas
de dépendance temporelle : les niveaux sonores sont calculés
pour des sources sonores en régime établi ou permanent.
Sans rentrer dans les détails
8
, ces méthodes permettent de
prendre en compte le rayonnement direct entre la source
Fig. 1 : Réflexion (a), diffraction (b) et diffusion (c) par une façade urbaine. Pour une façade parfaitement plane, l’onde sonore est réfléchie
de manière spéculaire : l’angle de réflexion est égal à l’angle d’incidence (a). En présence d’une arête verticale ou horizontale, l’onde
sonore est diffractée (b). Lorsque la façade est irrégulière (présence de fenêtres, modénature…), l’onde sonore est diffractée par
chacun des éléments composant la façade (Figure 2) : l’ensemble de ces diffractions crée le phénomène de diffusion (c). Dans cet
exemple, la diffusion est uniforme (l’onde sonore est diffusée dans toutes les directions avec la même amplitude). Néanmoins la
figure de diffusion (ou lois de réflexion diffuses) est fonction de la taille, de la forme et de la distribution des irrégularités de façade.
Reflexion, edge diffraction and diffuse reflection by a building. When building façades are perfectly plane
surfaces, sound rays are reflected in the specular direction (the reflected angle is equal to the incident angle).
In presence of building edges, sound rays are diffracted. When building surfaces are irregular, sound rays are
diffracted by each building element (Figure 2), leading to the diffusion phenomena. In this example, we consider
an uniform reflection, meaning that sound rays are reflected in all directions with the same probability.
3- Odeon est un logiciel distribué par la société Brüel & Kjær
(http://www.bksv.com)
4- CATT Acoustic™ est un logiciel développé par la société CATT
(http://www.catt.se)
5- Mithra® est un logiciel développé par le CSTB. Mithra-SIG® est un logiciel
développé par l’IGN et le CSTB, distribué par la société Geomod (http://www.
geomod.fr/logiciels/mithra/mithra-sig.htm)
6- SoundPLAN® est un logiciel développé par la société Braunstein + Berndt
GmbH (http://www.soundplan.com/)
7- CadnaA® est un logiciel développé par la société DataKustik
(http://www.datakustik.de/frameset.php?lang=en)
8- Le principe de la NMPB est détaillé dans l’article de Guillaume Dutilleux
présent dans ce même numéro