Point sur la situation en Mai 2020

En matière d’acoustique, les opérations de conception dans le secteur de la construction sont souvent complexes, qu'ils s'agisse de travaux de recherche et de développement (R&D) ou bien de missions d'ingénierie.

Jusqu’à un passé récent, elles étaient basées (e.g. pour ce qui se rapporte à l'évaluation d'indicateurs de performance en terme de transmission des sons au travers de parois, d’absorption acoustique, de limitation de la propagation du bruit dans les conduits) sur des données techniques possiblement issues de deux modes opératoires (et pas un de plus), chacun étant assorti de moyens parfois difficiles à mobiliser en temps utiles dans le contexte de certains projets, a fortiori si ces derniers sont de surface financière limitée ou s’ils sont assortis d’un calendrier de réalisation trop contraignant :

Essais en laboratoire

Ils sont à même de fournir des indicateurs de performance (dans le champ d’applications mentionné ci-dessus) nombreux et variés, (toutefois : avec certaines limitations vis-à-vis des éprouvettes testées, vis-à-vis du spectre fréquentiel par rapport auquel sont calculés les indices globaux, qui n’est pas nécessairement celui d’intérêt dans le cadre d’un projet donné, des calculs complémentaires de transposition étant alors requis e.g. avec un tableur).

    Les résultats d’essais en laboratoire (pratique de base) peuvent faire l’objet d’un consensus plus ou moins large, pour ceux des essais - pas tous - effectués selon des méthodes de mesures normalisées (à la condition que les documents normatifs de référence soient conjointement considérés par les différentes parties en présence), et issus d’organismes - pas tous - ayant la compétence et l’impartialité nécessaires pour donner confiance dans leurs prestations, et étant régulièrement dûment évalués et accrédités pour cela.

    Toutefois, il se trouve des adeptes de ce mode opératoire pour considérer (en connaissance de cause ?) que, s’agissant d’essais en laboratoire, leur préparation est parfois chronophage, difficile et délicate, qu’ils doivent s’inscrire dans le temps long et sont souvent coûteux, que les configurations objet des tests sont - de ce fait – limitées (c’est parfois un casse-tête), et que les résultats ne sont pas toujours facilement transposables aux réalités du terrain (e.g. la mesure normalisée de la performance acoustique de silencieux est réalisé en laboratoire à température ambiante, ce qui ne renseigne en rien sur la performance d’un dispositif de réduction du bruit dans une cheminée avec des gaz de combustion à haute température).

Simulations par maillage (méthodes par éléments finis FEM, méthode des éléments frontière BEM, dynamique des fluides computationnelle CFD)

Elles sont à même de fournir des indicateurs de performance (dans le champ d’applications mentionné ci-dessus) nombreux et variés, (toutefois : avec certaines imitations dépendant des outils utilisés).

    Les simulations par maillage ont constitué une évolution importante de la Conception Assistée par Ordinateur (CAO), étant alors basées – y compris dans le domaine de l’acoustique - sur des moyens (logiciels, puissance et temps de calcul) très importants et qui requièrent, pour les utiliser, une main d’œuvre hyper-spécialisée (rare ?).

    Toutefois, il se trouve des adeptes de ce mode opératoire pour considérer (en connaissance de cause ?) qu’il n’est pas idéal d’effectuer le dimensionnement d’un silencieux hors standard pour un (simple) réseau de ventilation ou une cheminée avec - pour que les calculs soient réalisés d’une manière académique - une suite de logiciels par ailleurs utilisée pour la conception de moteurs d’avion ou de fusées, de sous-ensembles de propulsion de sous-marins : complexité de manipulation, difficulté de formatage des données d’entrée (e.g. nécessitant l’utilisant de plusieurs sous-programmes et fichiers, avec modélisation géométrique 3D), temps de calculs sont à l’avenant (plusieurs heures à plusieurs jours même pour des modèles de taille réduite, si des évaluations sont nécessaires en haute fréquence, ce qui est souvent le cas pour les applications dans le domaine du bâtiment où la bande d’octave de fréquence centrale 4kHz voire 8kHz est régulièrement considérée), alors même que les modèles utilisés par de tels outils non spécialisés pour la prise en compte de certains paramètres e.g. ceux en relation avec le comportement acoustique des matériaux poreux sont parfois assez rudimentaires (et même: datés) voire insuffisants vis-à-vis de la précision attendue des calculs.

    Heureusement, des évolutions encore plus récentes des logiciels ont été rendues possibles par l’accroissement de la puissance des ordinateurs de bureau qui permettent désormais, dans des délais suffisamment cours (quelques secondes tout au plus) des calculs basés sur des méthodes (analytiques) simplifiées, e.g. utilisant l’évaluation d’intégrales multiples et l’exécution de routines destinées à la résolution, par des méthodes itératives, et avec une précision suffisante, d’équations transcendantes mettant en jeu des fonctions trigonométriques avec argument complexe.

    Ces calculs constituent désormais un troisième mode opératoire possible en terme de conception en acoustique dans le secteur de la construction, s’agissant de Conception Assistée par Ordinateur (CAO) vis-à-vis de la prise en compte de différents phénomènes e.g. transmission des sons au travers de parois, absorption acoustique, limitation de la transmission du bruit dans les conduits.

Simulations Numériques par Méthodes Simplifiées (SNMS)

Elles sont à même de fournir des indicateurs de performance (dans le champ d’applications mentionné ci-dessus) nombreux et variés, (sans les limitations connues vis-à-vis de autres modus operandi mentionnés plus haut).

    Les Simulations Numériques par Méthodes Simplifiées (SNMS) ne nécessitent que des moyens de calculs facilement disponibles (les stations de travail récentes avec processeur multi-cœur sont idéales).

    Elles ne requièrent pas de main d’œuvre hyper-spécialisée, e.g. lorsque basées sur Excel.

    L’utilisation d’un seul fichier, la présence de menus déroulants, la mise à disposition de bibliothèque de matériaux rendent, en général, de tels outils particulièrement conviviaux pour divers praticiens du secteur de la construction e.g. maîtres d’œuvres, architectes, consultants, techniciens et ingénieurs des bureaux d’études (acousticiens ou non) et des centres de Recherche et Développement (R&D) de fabricants.

    Les Simulations Numériques par Méthodes Simplifiées (SNMS) peuvent être utilisées pour (mieux) préparer et compléter des essais en laboratoire et comme alternative aux simulations par maillage dans de nombreux contextes où cela est possible (et même : préférable).

      • Transmission des sons au travers de parois (cf. NF EN ISO 140-3 Acoustique - Mesurage de l'isolement acoustique des immeubles et des éléments de construction - Partie 3 : mesurage en laboratoire de l'affaiblissement des bruits aériens par les éléments de construction)

        Les Simulations Numériques par Méthodes Simplifiées (SNMS) permettent le calcul de l’indice d’affaiblissement acoustique de parois, éventuellement multicouches : en considérant des plaques (e.g. béton, plâtre, bois, acier, aluminium, verre), éventuellement accolées, et des fibreux (laines minérales e.g. à base de verre, de roche, de basalt, de silicates, laine de polyester) ou des mousses. Les plaques peuvent être planes, orthotropes (i.e. avec des ondulations), perforées, avec ou sans couche viscoélastique amortissante (e.g. septum, PVB) collée : extensionnelle ou avec contrainte (entre 2 plaques : panneaux sandwich).

        Des applications sont ainsi possibles pour évaluer la performance d’isolation au bruit aérien :

            • d’éléments d’enveloppe de bâtiments : murs, dalles, toitures ou d’éléments de menuiserie intérieure (e.g. métallique ou bois) et de plâtrerie : cloisons, plafonds, doublages, panneaux d’insonorisation, écrans anti-bruit) et aussi des constituants des portes et de vitrages
            • de la carcasse de silencieux insérés dans les réseaux aérauliques ou du fût de cheminées
      • Absorption acoustique (cf. NF EN ISO 354 Acoustique - Mesurage de l'absorption acoustique en salle réverbérante et aussi la norme ISO 10534-1 Acoustique - Détermination du facteur d'absorption acoustique et de l'impédance acoustique à l'aide du tube d'impédance - Partie 1 : méthode du taux d'ondes stationnaires)

        Les Simulations Numériques par Méthodes Simplifiées (SNMS) permettent le calcul du coefficient d’absorption acoustique de revêtements, éventuellement multicouches, pour la limitation de la réverbération de locaux, en considérant des plaques (e.g. plâtre, bois, acier, aluminium) éventuellement perforées, des fibreux (laines minérales e.g. à base de verre, de roche, de basalt, de silicates, laine de polyester) ou des mousses et des surfaçages (voiles, tissus).

      • Limitation de la propagation du bruit dans les conduits (cf. NF EN ISO 7235 Acoustique - Modes opératoires de mesure en laboratoire pour silencieux en conduit et unités terminales - Perte d'insertion, bruit d'écoulement et perte de pression totale)

        Les Simulations Numériques par Méthodes Simplifiées (SNMS) permettent le calcul de la perte d’insertion, du bruit propre et de la perte de pression totale d’éléments de réseaux aérauliques, dont l’impact, en cas de juxtaposition, est évalué :

            • silencieux à résonnateur ou dissipatifs (i.e. avec garnissage absorbant, éventuellement multicouche). Les calculs sont possibles en associant des plaques (e.g. acier, aluminium) éventuellement perforées, des fibreux (laines minérales e.g. à base de verre, de roche, de basalt, de silicates, laine de polyester) ou des mousses et des surfaçages (voiles, tissus).
            • longueurs droites, coudes, ajutages

        En général, les composants du réseau aéraulique peuvent être de section rectangulaire ou circulaire.

    Ainsi, en matière de conception en acoustique dans le secteur de la construction, les pratiques - essais en laboratoire, simulations par maillage, Simulations Numériques par Méthodes Simplifiées (SNMS) - évoluent, en relation avec les développements de la Conception Assistée par Ordinateur (CAO).

    Cette dernière pratique constitue une tendance prometteuse, pour la prise en compte de différents phénomènes e.g. transmission des sons au travers de parois, absorption acoustique, limitation de la propagation du bruit dans les conduits, en tant qu'approche complémentaire et parfois en tant qu'alternative aux autres approches.

    Les acteurs du marché de l’édition de logiciels de Simulations Numériques par Méthodes Simplifiées (SNMS) sont, pour l’heure, en nombre limité dans le domaine de l’acoustique.

    Toutefois, les applications possibles sont nombreuses, en relation avec le confort acoustique des bâtiments. 

    Le logiciel SILDIS®, développé et commercialisé par ITS, est un outil polyvalent en la matière.