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1 - BASES THÉORIQUES SUR LES PHÉNOMÈNES PHYSIQUES

2 - MODÉLISATION NUMÉRIQUE

3 - CARACTÉRISATION EXPÉRIMENTALE

4 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : BR100 v2

Bases théoriques sur les phénomènes physiques
Acoustique environnementale - Effets micrométéorologiques sur la propagation acoustique

Auteur(s) : Benoit GAUVREAU

Date de publication : 10 oct. 2023

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RÉSUMÉ

L'accroissement des nuisances sonores liées aux transports et aux industries n’a cessé de croître ces dernières décennies. L'évolution permanente des techniques a permis d'améliorer considérablement les modèles théoriques de prévision de ces effets propagatifs. La modélisation impose la prise en compte de divers mécanismes, non seulement ceux liés aux caractéristiques du milieu à l’intérieur duquel se propagent les ondes acoustiques, mais aussi ceux liés aux conditions en frontières (effet du sol et des conditions atmosphériques). Cet article aborde les divers modèles analytiques, numériques et enfin géostatiques qui permettent déjà de considérer un nombre important de situations.

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ABSTRACT

Long distance acoustic propagation: ground and meteorological effects

Over the last few decades, there has been a constant increase in noise nuisances linked to transports and industries. The permanent evolution of techniques has allowed for the significant improvement of the theoretical forecasting models of these propagative effects. Modeling requires various mechanisms to be taken into account, those related to the characteristics of the medium inside of which acoustic wave propagate and also those related to the ground effect and atmospheric conditions. This article deals with the various analytical, numerical and geostatic models which already allow for examining a significant number of situations.

Auteur(s)

  • Benoit GAUVREAU : Directeur de recherche (HDR) - Unité mixte de recherche en Acoustique environnementale (UMRAE), université Gustave Eiffel (campus de Nantes), France

INTRODUCTION

Le bruit constitue un problème sociétal majeur, dont l’impact sur la santé est avéré (atteinte aux facultés auditives, développement de problèmes cardiovasculaires, de stress, d’insomnies, etc.), en particulier en zones urbaines et péri-urbaines où les sources de bruit sont nombreuses et variées. Cet impact sanitaire présente un coût non négligeable pour la société, aujourd’hui quantifié et estimé à plus de 1 million de DALY (Disease Adjusted Life Year ou année de vie corrigée du facteur d’invalidité, AVCI) à partir de cinq cibles dont le sommeil, les ischémies cardiaques et les troubles de l’apprentissage (source : OMS, ouvrage « Burden of disease from environmental noise. Quantification of healthy life years lost in Europe », 2011, http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0008/136466/e94888.pdf).

Nota :

le DALY, ou AVCI, est une mesure de déficit ou de lacune de santé qui estime la charge globale d’une maladie en rapprochant les années de vie potentielle perdues par suite d’un décès prématuré dû à la maladie, et les années de vie productive perdues du fait de l’incapacité résultant de la maladie.

En 2000, au travers d’une étude portant sur l’état de santé de la population, l’institut de sondage IPSOS a mis en évidence que le bruit était la nuisance la plus citée par les ménages français (30 % de la population interrogée), à égalité avec la pollution de l’air (29 % des sondés, source : IPSOS 2000, http://www.ipsos.fr/CanalIpsos/articles/539.asp). Une étude suivante de l’INSEE parue en octobre 2002 indique que, dans les agglomérations de plus de 50 000 habitants, les habitants placent le bruit devant l’insécurité quand il s’agit de hiérarchiser les problèmes locaux les plus préoccupants (source : INSEE 2002, http://www.insee.fr/fr/ffc/docs_ffc/IP885.pdf). Les opinions sur les problèmes environnementaux ont certes pu évoluer ces dernières années, mais le bruit n’en reste pas moins une des principales inquiétudes des Français résidant en zones urbaines, comme en témoigne les derniers sondages TNS-SOFRES (source 2010 : http://www.tns-sofres.com/_assets/files/2010.06.29-nuisances-sonores.pdf) et IPSOS (source 2014 : http://www.ifop.com/media/poll/2799-1-study_file.pdf), ainsi que l’édition 2014 du rapport sur l’environnement (source : ministère en charge de l’écologie et du développement durable, 2014, https://www.ecologie.gouv.fr). En milieu urbain, la circulation est très fréquemment citée comme source principale de bruit, que ce soit dans l’habitat individuel ou collectif. Son traitement représentait en 2007 une dépense publique évaluée à 788 millions d’euros (uniquement pour le bruit des transports : remplacement des silencieux des pots d’échappement, murs antibruit, recensement et résorption des points noirs « bruit ») et 833 millions d’euros pour les dépenses liées à l’isolation des bâtiments, soit un total d’environ 1,7 milliard d’euros (+ 6 % par an de 2000 à 2007).

Afin de faire face à ces enjeux et d’apporter des solutions aux problèmes identifiés, une législation nationale a été mise en place depuis plusieurs années afin de réglementer les nuisances sonores. La loi « bruit » n° 92-1444 du 31 décembre 1992 relative à la lutte contre le bruit incite ainsi à prévenir, à réduire et à limiter l’émission et la propagation de bruits susceptibles de nuire à la santé des riverains (source : http://www.ecologie.gouv.fr/IMG/pdf/Loi_bruit_MAJ.pdf). En matière de bruit des transports terrestres, l’article L.571-9 du code de l’environnement impose par exemple la prise en compte du bruit dans tout projet neuf ou de transformation significative d’infrastructures routières ou ferroviaires.

Au niveau européen, la directive 2002/49/CE sur l’évaluation et la gestion du bruit dans l’environnement insiste, d’une part, sur la nécessité d’informer les riverains sur les risques et les effets du bruit dans l’environnement et, d’autre part, sur l’adoption de plans d’action en matière de prévention et de réduction du bruit (source : UE, http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32002L0049:FR:HTML). Cette directive impose notamment aux grandes agglomérations et aux gestionnaires des grandes infrastructures de transport (route et ferroviaire), de produire des cartes de bruit et tend également à harmoniser les méthodes de calcul et de mesure au sein de la Communauté européenne.

Cet article se focalise sur les effets du milieu (i.e. l’atmosphère en acoustique environnementale) sur la propagation acoustique. L’article [BR 102] présentera ensuite davantage les effets liés aux frontières (sol, obstacles, bâti, etc.), l’ensemble de ces phénomènes étant évidemment interdépendants. La section 1 permet de fournir au lecteur – pas forcément acousticien – les bases théoriques, sans prétendre à l’exhaustivité mais simplement de manière à pouvoir ensuite appréhender les travaux afférents, qu’ils soient numériques (section 2) ou expérimentaux (section 3). Pour plus de détails sur les phénomènes physiques et les lois mathématiques abordés dans les prochaines sections, le lecteur pourra se référer aux ouvrages de référence et aux références bibliographiques dont une liste est proposée en fin de document (Pour en savoir plus).

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-br100


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1. Bases théoriques sur les phénomènes physiques

« Le vent porte-t-il le son ? » « Le son monte-t-il vers le haut ? » « Pourquoi on entend davantage de bruit la nuit ? » « Pourquoi le son est-il assourdi quand il y a du brouillard ? » C’est à ce genre de questions naïves – mais pas toujours triviales – que les prochaines sections tâchent de répondre, de manière à la fois rigoureuse et synthétique. Au-delà de la pure compréhension de la physique des phénomènes, il s’agit également de développer des méthodes de caractérisation expérimentale, d’analyse statistique et de modélisation numérique de ces effets du milieu (i.e. de l’état atmosphérique) sur la propagation acoustique.

Quelle que soit la source sonore à l’étude (bruit routier, ferroviaire, éolien, industriel, etc.), ce premier article se focalise sur les phénomènes physiques liés à la propagation acoustique en milieu urbain ou péri-urbain (rase campagne). À ces échelles spatiales, que la propagation du son se fasse en espace « ouvert » (i.e. en présence de sol mais dégagé d’obstacles) ou en milieu plus densément bâti (ville), on s’attache essentiellement aux effets micrométéorologiques sur la propagation acoustique. Par abus de langage, on parle souvent de « propagation à grande distance ». En réalité, ces effets peuvent être perceptibles dès les premières dizaines de mètres de distance à la source, comme l’ont montré différents résultats numériques. Ils sont encore plus difficiles à appréhender en milieu urbain.

Malgré les progrès notables qui ont été réalisés ces dernières années, de nombreux aspects ne sont pas encore maîtrisés, aussi bien au niveau de la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu, qu’au niveau de la caractérisation expérimentale et de la modélisation numérique de ces phénomènes propagatifs. Seule cette logique systémique permet d’appréhender toute la « chaîne sonore », illustrée sur la figure 1.

Les champs micrométéorologiques du milieu de propagation (vent, température et hygrométrie de l’atmosphère, etc.) ont un effet significatif sur la propagation acoustique, en particulier à...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ARMON (R.), HANNINEN (O.) -   Environmental Indicators.  -  Springer (2015).

  • (2) - ARYA (S.P.) -   Introduction to Micrometeorology.  -  Academic Press (2001).

  • (3) - ATTENBOROUGH (K.), LI (K.M.), HOROSHENKOV (K.) -   Predicting Outdoor Sound.  -  Taylor & Francis (2006).

  • (4) - BREBBIA (C.A.) -   Boundary Element Methods in Acoustics.  -  Springer. New York (2001).

  • (5) - BRUNEAU (M.) -   Fundamentals of Acoustics.  -  ISTE. Hermès (2008).

  • (6) - BUCUR (V.) -   Urban Forest Acoustics.  -  1st Edition. Springer (2010).

  • ...

NORMES

  • Acoustique – Caractérisation et mesurage du bruit dû au trafic routier – Spécifications générales de mesurage. - NF S31-085 - 2002

  • Acoustique – Caractérisation et mesurage des bruits de l’environnement – Grandeurs fondamentales et méthodes générales d’évaluation. - NF S31-110 - 2005

  • Acoustique – Cartographie du bruit en milieu extérieur – Élaboration des cartes et représentation graphique. - NF S31-130 - 2008

  • Acoustique – Bruit dans l'environnement – Calcul de niveaux sonores. - NF S31-133 - 2011

  • Acoustique – Caractérisation et mesurage des bruits de l'environnement – Influence du sol et des conditions météorologiques. - NF S31-120 - 2018

  • Method for Calculation of the Absorption of Sound by the Atmosphere. - ANSI/ASA S1.26 - 2014

  • Guide to the Expression of Uncertainty in Measurements (GUM: 1995). - ISO IEC Guide 98-3 - 2008

  • ...

1 Réglementation

Loi n° 92-1444 du 31 décembre 1992 relative à la lutte contre le bruit (JORF n° 1 du 1 janvier 1993, source : http://www.ecologie.gouv.fr/IMG/pdf/Loi_bruit_MAJ.pdf).

Article L.571-9 du code de l’environnement.

Directive 2002/49/CE du Parlement européen et du Conseil du 25 juin 2002 relative à l’évaluation et à la gestion du bruit dans l’environnement – Déclaration de la Commission au sein du comité de conciliation concernant la directive relative à l’évaluation et à la gestion du bruit ambiant (JOUE L 189 du 18 juillet 2002)

HAUT DE PAGE

2 Annuaire

Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

Centre d’information et de documentation sur le bruit (CIDB) : https://bruit.fr

Observatoire BruitParif à Paris : http://www.bruitparif.fr

Observatoire ACOUCITÉ, Grand Lyon : http://www.acoucite.org

Observatoire CENSE à Lorient : https://cense.ifsttar.fr

Institut de recherche en sciences et techniques de la ville (iRSTV), Nantes : https://irstv.ec-nantes.fr

Documentation – Formation – Séminaire (liste non exhaustive)

CIDB : https://bruit.fr

Projet de recherche Harmonised, accurate and reliable prediction methods for the eu directive...

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