Les outils de prévision

S’il est toujours possible de prévoir le bruit de façon « manuelle » dans quelques cas simples à l’aide de formules théoriques ou empiriques, la prévision du bruit se fait de nos jours essentiellement à l’aide de logiciels informatiques. L’augmentation de la puissance des ordinateurs ainsi que des capacités de mémoire permettent désormais de traiter des domaines de plus en plus importants et de prendre en compte des phénomènes de plus en plus complexes. Suivant le contexte de la prévision du bruit (étude d’ingénierie, recherche appliquée, recherche théorique), différents types de modèles numériques peuvent être utilisés, avec chacun leurs avantages et leurs inconvénients.

Classification des modèles

Modèles de référence / modèles d’ingénierie

• Les modèles de référence sont très souvent basés sur la résolution des équations de l’acoustique et permettent de prendre en compte de nombreux phénomènes physiques (sol absorbant, présence de vent, …). Ils nécessitent cependant souvent des temps de calcul relativement importants et ne peuvent ainsi traiter actuellement que des domaines peu étendus ou à la géométrie simple. Ces modèles sont essentiellement utilisés et développés dans les laboratoires de recherche à des fins d’études et de compréhension des phénomènes physiques mis en jeu. Ils peuvent également servir de référence pour valider des modèles plus simplifiés.
• Les modèles d’ingénierie sont des modèles simplifiés qui font appels à la résolution d’équations très simplifiées de l’acoustique et à de méthodes de calcul très rapides. Ces équations peuvent avoir été établies à partir d’approches empiriques expérimentales ou à l’aide des modèles de référence. Les modèles d’ingénierie prennent en compte un nombre restreint de phénomènes physiques mais leur approche simplifiée leur permet d’être extrêmement rapide et de pouvoir ainsi traiter de grands domaines (cartographie sonore d’une autoroute, d’une ville, …). Si ces modèles ont été validés pour être juste « en moyenne » pour de nombreuses situations courantes, ils ne peuvent en aucun cas effectuer des prévisions d’une grande précision. Ces modèles trouvent naturellement leur utilisation dans le cadre d’études d’ingenierie pour prévoir par exemple l’impact d’une infrastructure de transport ou d’une industrie lors d’études d’impact réglementaires.

Modèles temporels / modèles fréquentiels

• Le principe des modèles fréquentiels est de calculer les grandeurs acoustiques (en général la pression acoustique) dans le domaine fréquentiel. En d’autres termes les calculs sont effectués fréquence par fréquence. Historiquement, ces modèles sont ceux qui ont été développés les premiers. Un de leur avantage est de pouvoir prendre en compte des sols absorbants pour lesquels il existe de nombreuses descriptions dans le domaine fréquentiel.
• Les principe des modèles temporels est de travailler dans le domaine temporel, c’est à dire de prédire l’évolution d’un signal acoustique au cours du temps. Un des avantage de ces modèles est de fournir des représentations des résultats particulièrement parlants puisque l’on peut suivre l’évolution d’un signal au cours de sa propagation. Ils peuvent également tenir compte de frontières à la géométrie complexe.

Modèles énergétiques / modèles ‘à interférences’

Les modèles énergétiques permettent de prévoir l’amplitude des niveaux sonores mais ne permettent pas de rendre compte des phénomènes liés à la phase d’un signal, tels que des phénomènes d’interférences par exemple. Le deuxième type de modèle peut prévoir la formation d’interférences.

Les modèles de références

Modèles fréquentiels

De nombreux modèles fréquentiels de références ont été développés au cours des 30 dernières années. On notera en particuliers : modèles de lancers de rayon (avec de nombreuses variantes), modèles « à équation parabolique », modèles de radiosité, modèles à éléments finis (FEM), modèles à éléments de frontières (BEM), …

Modèles temporels

Avec le développement des moyens de calcul, ces dernières années ont vu le développement de plusieurs modèles temporels parmi lesquels on peut citer le modèle de lancer de particules, le modèle Euler-Linéarisé (appelé également FDTD), le modèle Transmission Line Matrix (TLM) ou encore le modèle Lattice-Boltzmann.

Les modèles d’ingenierie

Tous les modèles d’ingenierie actuels sont des modèles fréquentiels et sont basés sur des méthodes de lancer de rayons. Cette méthode consiste à chercher tous les chemins possibles entre une source et un récepteur en tenant compte des réflexions sur le sol et des obstacles rencontrés, un peu comme on suivait une boule de billard dans son cheminement entre son point de départ et son point d’impact. Des formules simplifiées permettent de calculer le niveau sonore correspondant à la contribution de cette source pour ce trajet, en tenant compte des caractéristiques de ce trajet (longueur, réflexions, diffractions, …). Cette procédure est ensuite réitérée pour toutes les sources en présence et les contributions énergétiques de toutes les sources sont cumulées pour donner le niveau sonore final au niveau du récepteur.

Parmi les différents modèles d’ingenierie actuels, on notera en particulier : la NMPB 2008 (méthode française pour le bruit routier et ferroviaire et pouvant également être utilisé pour le bruit industriel), l’ISO 9613 (utilisé essentiellement pour le bruit industriel), le modèle européen Harmonoise/Imagine (route/fer/avion/industrie) ou encore le modèle européen CNOSSOS (route/fer/avion/industrie), le doc ECAC 29 (avions). De nombreux autres modèles d’ingénierie existent dans d’autres pays pour différents types de sources (par ex. : RMR aux Pays-Bas pour les sources ferroviaires, …)

Ce que l’on sait faire et ce que l’on ne sait pas faire

Tableau comparatif de différents modèles ingenierie / reference : En cours de rédaction