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Spécial “ 5es Assises sonore ”
Acoustique
&
Techniques n° 51
Variabilité spatio-temporelle et incertitudes des données d’entrée des modèles de prévision acoustique
Ces prévisions numériques permettent de quantifier –
pour cette fréquence pure de 1 kHz et en tenant compte
des incertitudes expérimentales - les écarts prévisibles sur
les niveaux sonores suivant la méthode employée pour la
caractérisation du paramètre de sol
σ
(EDF/LCPC). Ainsi,
la Figure 3(b) montre que les tendances sont respectées
(positions quasi-identiques des figures interférentielles) et
que les résultats peuvent être considérés comme identiques
(ou presque) si on considère les incertitudes associées :
les fluctuations de +/- 20 cgs engendrent des fluctuations
sonores d’autant plus grandes que
σ
est petit et que la distance
dS-R est grande (ce qui est cohérent avec la physique des
phénomènes) et pouvant être évaluées à une valeur de l’ordre
de +/- 1 dB maximum. Cependant, pour certaines distances
et certaines positions des figures interférentielles (creux), on
peut observer des écarts en amplitude supérieurs à ceux qui
sont engendrés par ces incertitudes expérimentales, pouvant
atteindre environ 5 dB.
Il va de soi que cette sensibilité des niveaux sonores à la
méthode de mesure d’impédance augmente avec la fréquence
et qu’elle dépend de la configuration géométrique étudiée.
Ainsi, en présence de différents phénomènes physiques
comme dans le cas présent (discontinuité d’impédance,
fort gradient de célérité, figures interférentielles marquées),
les tendances peuvent parfois s’inverser et conduire à des
résultats surprenants. Cependant, ces tendances peuvent être
lissées en considérant les niveaux sonores en 1/3 d’octave,
voire en octave ou en global pondéré A.
Influence de la variabilité temporelle de l’impédance
de sol sur les niveaux sonores
La tendance générale commune aux 2 courbes (Figure 3(a))
peut s’expliquer par l’évolution temporelle des conditions
d’humidité du sol : au mois de juin, le sol regorge encore d’eau ;
le 14 juin, la pluie a rendu le sol encore plus réfléchissant,
puis le beau temps continu – quelques orages mis à part –
a asséché progressivement la terre jusqu’à obtenir un sol
relativement poreux à partir de mi-juillet. Par ailleurs, la courbe
des mesures du suivi temporel en continu du paramètre
σ
(Figure 3(a) - Méthode EDF) présente une variabilité de plus
courte échelle que l'on retrouve en juin, en juillet et en août.
Cette variabilité de courte échelle est en fait une périodicité
journalière, qui peut être mise en exergue en utilisant soit le
périodogramme ("smoothed periodogram» : représentation
de l’énergie spectrale contenue dans un signal obtenu par
transformation de Fourier discrète [22]), soit une autre
méthode : la «décomposition en tendances saisonnières» ou
«STL» (Seasonal Trend decomposition based on Loess). Cette
méthode utilisant des régressions locales est capable d’extraire
du signal une composante périodique en le décomposant en
3 parties : une partie périodique ou «seasonal», une partie
tendance ou «trend» et une partie résidu ou «remainder». Cette
méthode de décomposition permet de fixer des ordres de
grandeur pour la périodicité journalière et pour le résidu du
paramètre
σ
[22]. Ces 2 sources de fluctuations sont ainsi de
l’ordre de +/- 10 cgs, c'est-à-dire inférieures aux incertitudes
expérimentales de traitement estimées à +/- 20 cgs (voir
Section précédente). La variabilité du paramètre
σ
relatif à ces
deux sources de fluctuations n’est donc pas prise en compte
dans la présente étude.
La Figure 4(b) illustre l’influence de la variabilité temporelle
du facteur
σ
sur les niveaux sonores, calculés dans les
mêmes conditions que précédemment (Figure 3(b)). Les
considérations sur les possibles inversions de tendances
s’appliquent également dans ce cas (voir Section précédente).
L’influence des incertitudes expérimentales de +/- 20 cgs
sur les niveaux sonores est du même ordre et cohérente
avec la Figure 3(b). Cependant, dans notre cas d’étude, cette
variabilité temporelle présente une influence sur les niveaux
sonores qualitativement différente (les interférences sont
clairement déplacées) et quantitativement plus importante
que la variabilité méthodologique : les écarts en amplitude
sont de l’ordre de 3 à 5 dB lorsque les figures d’interférences
coïncident et peuvent même dépasser 10 dB pour certaines
distances (par exemple à 260 m de la source). Ainsi, sur un sol
apparemment homogène (une prairie de type sol herbeux), qui
aurait été caractérisé par un paramètre de sol constant dans
la plupart des études, nous avons pu montrer que la variabilité
du niveau sonore à 1 kHz pouvait facilement atteindre 3 dB.
Fig. 3 : (a) Résultats de mesure des caractéristiques de sol obtenus suivant les 2 méthodologies et
(b) Influence respective sur les niveaux sonores calculés par le modèle PE
(récepteur à 2 m du sol) en prenant en compte les incertitudes expérimentales (+/- 20 cgs)
(a) Ground characteristics measured data using the 2 methods and (b) respective influence on the calculated SPL
using the PE model (receiver height: 2 m) and taking into account experimental uncertainties (+/- 20 cgs)