Propagation acoustique
Introduction
La propagation acoustique en milieu extérieur possèdent certaines particularités dont il est nécessaire de tenir compte pour bien comprendre les phénomènes physiques mis en jeu et pouvoir ensuite effectuer des prévisions fiables des niveaux sonores. Parmi ces particularités, on peut citer les caractéristiques suivantes :
- Les ondes acoustiques se propagent dans un milieu semi-ouvert. Cette caractéristique se traduit par une perte d’énergie sonore vers le ciel dont il est nécessaire de tenir compte. Hormis dans certains cas particuliers (milieu urbain par exemple), cette caractéristique rend compte également de l’absence de phénomènes de resonance qui peuvent exister par exemple lorsqu’une onde se propage dans un milieu fermé (salle, bâtiment, cavité, …).
- La caractérisation expérimentale en milieu extérieur est très souvent difficile à réaliser car le milieu peut être influencé par de nombreux paramètres qu’il est en pratique très souvent difficile à contrôler (vent, température, turbulences, bruit extérieurs indésirables, …). Ceci se traduit ainsi souvent par des incertitudes de mesures non négligeables.
- Le domaine de propagation est très souvent très complexe à décrire, aussi bien de part la forme de ses frontières (sol, obstacles), que de part l’hétérogénéité du milieu de propagation (vent, température, hygrométrie, etc). Cette complexité est d’autant plus difficile à appréhender qu’elle peut varier au cours du temps et de l’espace.
Phénomènes physiques
Un son qui se propage en milieu extérieur entre une source de bruit et un récepteur va subir diverses modifications au cours de son trajet. Ces modifications peuvent se traduire aussi bien par un changement du niveau sonore (un son est par exemple perçu moins fort au fur et à mesure que l’on s’éloigne d’une source), que par une modification de sa « sonorité » (un son peut ainsi paraitre plus ou moins grave ou aigu lorsqu’il se propage au dessus d’un sol, un peu de la même façon qu’un equaliseur peut modifier la « sonorité » d’un son émis par un appareil audio).
Parmi ces modifications, on peut distinguer celles provenant de l’interaction de l’onde avec les frontières (sol, bâtiment, obstacles, …), et celles provenant du milieu de propagation lui même (distance de propagation, humidité de l’air, vent, …).
Les outils de prévision du bruit (propagation)
L’acousticien de l’environnement a besoin d’effectuer des prévisions acoustiques à l’aide de modèles numériques pour diverses raisons :
- pour prévoir les niveaux sonores d’une source de bruit (infrastructure de transport, industrie, …) avant la réalisation d’un projet et limiter ainsi les nuisances sonores
- pour concevoir et optimiser des protections acoustiques destinées à protéger des riverains
- pour comprendre et mettre en évidence des phénomènes physiques acoustiques (recherche)
- …
Les différents modèles numériques existants se partagent en deux catégories : les modèles de recherche (appelés aussi modèles de référence) et les modèles d’ingénierie (ou modèles simplifiés). Les premiers permettent de prendre en compte de nombreux phénomènes mais sont complexes et couteux en temps de calcul. Ils sont donc essentiellement utilisés dans un cadre de recherche. Les seconds peuvent prendre en compte un nombre restreint de phénomènes mais sont très rapides et permettent ainsi de traiter de grands domaines d’études (cartographie d’une autoroute, d’une ville, …). Les modèles de référence sont plus à même de traduire correctement la réalité tandis que les modèles d’ingénierie permettent de faire des estimations moyennes relativement fiables.
La recherche dans le domaine de la propagation du bruit dans l’environnement
Les travaux de recherche actuels portent aussi bien sur la compréhension des phénomènes physiques, que sur l’amelioration des modèles théoriques/numérique ou des méthodes expérimentales. On citera en particulier les thématiques de l’influence de la micrométéorologie et du sol, la caractérisation expérimentales des atténuations acoustiques à grandes distances (au delà de 500m), la propagation du bruit en environnement complexe tels que les environnements urbains. Parmi les thématiques de recherche actuels, on peut citer (sans être exhaustif) :
- la modélisation de l’influence de la météorologie (y compris les turbulences) et du sol.
- la propagation dans des milieux complexes ou particuliers : milieux urbains, milieux boisés, au-dessus de l’eau, en milieu montagneux, …
- l’estimation de la représentativité spatiale et temporelle des niveaux sonores mesurés ou calculés, ainsi que les incertitudes associées à ces prévisions/mesures
- l’optimisation des protections acoustiques (écrans, butte végétalisées, …) et la caractérisation expérimentale de leur performance
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