Calcul prédictif de la directivité et de la propagation du bruit des cheminées industrielles avec le logiciel SILDIS^®

Généralités se rapportant calcul prédictif de la directivité et de la propagation du bruit des cheminées industrielles

Le Module 8A du logiciel SILDIS^®[0] (au format Excel) permet un calcul prédictif de la directivité et de la propagation du bruit des cheminées industrielles, permettant - en des emplacements spécifiés - de quantifier la différence (variable selon la fréquence) entre:

• le niveau de puissance acoustique, caractéristique réputée intrinsèque^[1] pour des conditions de services données de l'installation considérée e.g. composition du fluide, température, débit, charge (ordinairement exprimé en dB réf. 1 pW)
• le niveau de pression acoustique, qui dépend de l'emplacement de mesure (ordinairement exprimé en dB réf. 2E-5 Pa)

La différence entre ces deux grandeurs - outre un facteur correctif dans le cas où l'impédance caractéristique utilisée pour les calculs n'est pas 400 Rayls (400 Nsm-3), valeur fondant l'égalité du niveau de pression acoustique (tel que mentionné ci-dessus), et du niveau d'intensité acoustique (ordinairement exprimé en dB réf. 1 pW/m2) - est principalement liée à:

• l'aire de l'enveloppe équidistante contenant les points de mesure (en abrégé "aire équidistante", qui ne peut être considérée comme étant celle d'un volume simple (sphère ou demi-sphère, ayant son centre dans le plan de sortie de la cheminée) que s'il y a lieu de considérer que la source de bruit est ponctuelle (la distance entre point de mesure et la bouche de la cheminée doit être suffisamment grande par rapport à son diamètre):
  • dans le cas de mesurages de niveaux sonores à faible distance de la bouche de la cheminée (ce qui est fréquent pour s'affranchir du bruit de fond), cette hypothèse est rarement vérifiée s'il s'agit d'une cheminée industrielle de grandes dimensions
• l'indice de directivité, exprimant la variation du niveau sonore dans une direction donnée (e.g. définie par son angle avec la verticale), par rapport à la moyenne (dans toutes les directions)

Cette différence est notamment utilisée dans les contextes suivants:

• détermination du niveau de puissance acoustique en sortie d'une cheminée, à partir de mesurages du niveau de pression acoustique
• évaluation du niveau de pression acoustique dans l'environnement d'une cheminée (e.g. dans le contexte d'une étude d'impact sonore)

Le logiciel SILDIS^® peut être utilisé:

• par la ressource humaine de ITS, en charge - outre de calculs avec le logiciel dans des contextes variés - de la programmation, de la commercialisation du logiciel, de la formation et de l'assistance ("usage interne")
• par des utilisateurs externes, qui ne sont pas nécessairement intéressés par le fait de disposer de fonctionnalités étendues e.g. celles utilisées dans un contexte de Recherche & Développement (R &D) ("usage externe")

Aussi la distinction est-elle faite dans ce qui suit entre les 2 modes d'utilisation: "usage interne" ou "usage externe"; cette distinction n'a cependant rien de ferme et définitif, l'utilisateur externe pouvant opter pour le recours aux fonctionnalités étendues.

Les données d'entrée peuvent être sélectionnées par l'utilisateur:

• soit en entrant des valeurs numériques (le logiciel étant au format Excel: dans des cellules prévues à cet effet, repérées en jaune)
• soit en sélectionnant un modèle dans un menu déroulant, pour différentes étapes des calculs

S'agissant du nom des feuilles Excel du classeur constituant le(s) module(s) du progamme SILDIS^® considéré (selon la version), celles dont le nom commence par:

• "in": permettent l'entrée de données par l'utilisateur
• "out": permettent la visualisation de données de sortie e.g. résultats de calculs
• "in-out" permettent l'entrée de données et la visualisation de données de sortie e.g. résultats de calculs

Pour un "usage interne" comme pour un "usage externe", le calcul prédictif de la directivité et de la propagation du bruit des cheminées industrielles avec le logiciel SILDIS^® fait intervenir deux feuilles Excel (dans un même classeur).

Synthèse des feuilles Excel en relation avec le calcul prédictif de la directivité et de la propagation du bruit des cheminées avec le logiciel SILDIS^® pour un "usage interne" et pour un "usage externe" (tableau 1)

Feuille Excel	Fonctionnalités
in-out 10logS & teta	Prise en compte de la géométrie (dimensions, distances); évaluation de l'aire équidistante, de l'angle effectif
in-out CODIR	Calcul de l'indice de directivité; calcul du niveau de puissance acoustique à partir du niveau de pression acoustique à un emplacement spécifié et vice versa

Les calculs sont effectués dans la plage fréquentielle 20 Hz - 20 kHz, par bande de fréquence de 1/3 d'octave (fréquences centrales de 25 Hz à 20 kHz) et d'une octave (fréquences centrales de 31,5 Hz à 16 kHz). 

Modalités du calcul prédictif de la directivité et de la propagation du bruit des cheminées industrielles

Modalités de la détermination de l'aire équidistante pour le calcul prédictif de la propagation du bruit des cheminées industrielles

La détermination de l'aire équidistante pour le calcul prédictif de la propagation du bruit des cheminées industrielles fait intervenir la prise en compte de modèles et de réglages pour différentes étapes des calculs. Certains modèles sont programmés dans le logiciel pour permettre des comparaisons avec des données bibliographiques de référence, ayant parfois recours à des formulations équivoques ou approximatives. 

Synthèse des modèles pour la détermination de l'aire équidistante pour le calcul prédictif de la propagation du bruit des cheminées industrielles dans la feuille Excel "in-out 10logS & teta" du logiciel SILDIS^® pour un "usage externe" 

Paramètre	Aire équidistante S
Modèles	EXT1 i.e. surface de l'hémisphère supérieur et de l'hémisphère inférieur diminué EXT2 i.e. surface de l'hémisphère supérieur  PUN1 i.e. surface de la sphère PUN2 i.e. moitié de la surface de la sphère

Pour un "usage externe", le(s) modèles recommandé(s) sont ceux à la fois soulignés et affichés en caractères gras dans le tableau ci-dessus.

Modalités de la détermination de l'angle du rayon sonore 

La détermination de l'angle du rayon sonore pour le calcul prédictif de la propagation du bruit des cheminées industrielles fait intervenir la prise en compte de modèles et de réglages pour différentes étapes des calculs. Certains modèles sont programmés dans le logiciel pour permettre des comparaisons avec des données bibliographiques de référence, ayant parfois recours à des formulations équivoques ou approximatives. 

Synthèse des modèles pour la détermination de l'angle du rayon sonore direct θo pour le calcul prédictif de la propagation du bruit des cheminées industrielles dans la feuille Excel "in-out 10logS & teta" du logiciel SILDIS^® pour un "usage externe" 

Paramètre	Angle du rayon sonore direct θo
Modèles	ISO ISO* S&S S&S* PHR

Pour un "usage externe", le(s) modèles recommandé(s) sont ceux à la fois soulignés et affichés en caractères gras dans le tableau ci-dessus.

Pour l'angle effectif θ (°) (celui basant le calcul de l'indice de directivité), il est possible de tenir compte ou non de différents corrections, le cas échéant appliquées à l'angle du rayon sonore direct θo:

• correction due à la courbure Δθ (°)
• correction due à la température Δθ1 (°)
• correction due à la vitesse du fluide Δθ2 (°)
• correction due à la vitesse du vent Δθ3 (°)
• correction due au rapport des vitesses & au rapport des densités Δθ4 (°)
• correction due au rapport des vitesses & au rapport des températures absolues Δθ5 (°)

Pour chacune de ces corrections, la prise en compte se fait non pas de manière automatisée mais par un choix de l'utilisateur - au moyen d'un indicateur binaire de prise en compte (0/1) qui est une donnée d'entrée -, pas seulement selon leur domaine de validité respectif (affiché par le logiciel), mais aussi selon le souhait de rendre possible des comparaisons avec différentes données bibliographiques plus ou moins précises quant aux données de contextualisation et plus ou moins cohérentes avec une telle approche détaillée. 

Modalités de la détermination de l'indice de directivité par bande de fréquence de 1/3 d'octave 

La détermination de l'indice de directivité par bande de 1/3 d'octave pour le calcul prédictif de la propagation du bruit des cheminées industrielles fait intervenir la prise en compte de modèles et de réglages pour différentes étapes des calculs.  

Synthèse des modèles pour la détermination de l'indice de directivité par bande de 1/3 d'octave pour le calcul prédictif de la propagation du bruit des cheminées industrielles dans la feuille Excel "in-out CODIR" du logiciel SILDIS^® pour un "usage externe" 

Paramètre	Indice de directivité DI
Modèle général	INT i.e. une INTerpolation est réalisée dans une base de données regoupant des valeurs de DI (variables selon la fréquence, la vitesse du son, le diamètre de la cheminée) pour des valeurs discrètes de l'angle θ AVG i.e. moyenne (DI=0, indépendamment de l'angle effectif θ et des autres variables prises en compte avec le modèle INT)

Pour un "usage externe", le(s) modèles recommandé(s) sont ceux à la fois soulignés et affichés en caractères gras dans le tableau ci-dessus.

Synthèse des sous-modèles pour la détermination de l'indice de directivité par bande de 1/3 d'octave pour le calcul prédictif de la propagation du bruit des cheminées industrielles dans la feuille Excel "in-out CODIR" du logiciel SILDIS^® pour un "usage externe" 

Paramètre	Indice de directivité DI
Sous-modèle pour le modèle général INT: sélection de la base de données pour interpolations	ENC ISO S&S

Pour un "usage externe", le(s) modèles recommandé(s) sont ceux à la fois soulignés et affichés en caractères gras dans le tableau ci-dessus

Synthèse des sous-modèles de conversation pour la détermination de l'indice de directivité par bande de 1/3 d'octave pour le calcul prédictif de la propagation du bruit des cheminées industrielles dans la feuille Excel "in-out CODIR" du logiciel SILDIS^® pour un "usage externe" 

Paramètre	Indice de directivité DI
Sous-modèle de conversion	NAT i.e. NATurel: la valeur affichée pour la bande de 1/3 doctave est la valeur calculée pour la fréquence centrale de la bande de 1/3 d'octave CEN i.e. CENtral: la valeur affichée pour la bande de 1/3 doctave est la valeur calculée pour la fréquence centrale de la bande d'octave

Pour un "usage externe", le(s) modèles recommandé(s) sont ceux à la fois soulignés et affichés en caractères gras dans le tableau ci-dessus

Modalités de la détermination de l'indice de directivité par bande de fréquence d'octave 

La détermination de l'indice de directivité par bande d'octave pour le calcul prédictif de la propagation du bruit des cheminées industrielles fait intervenir la prise en compte de modèles et de réglages pour différentes étapes des calculs.  

Synthèse des modèles pour la détermination de l'indice de directivité par bande d'octave pour le calcul prédictif de la propagation du bruit des cheminées industrielles dans la feuille Excel "in-out CODIR" du logiciel SILDIS^® pour un "usage externe" 

Paramètre	Indice de directivité DI
Sous-modèle de conversion	NAT i.e. NATurel: la valeur affichée pour la bande d'octave est la valeur calculée à partir des valeurs par bande de 1/3 d'octave, pour un spectre de bruit rose CEN i.e. CENtral: la valeur affichée pour la bande d'octave est la valeur directement calculée pour la fréquence centrale de la bande d'octave

Pour un "usage externe", le(s) modèles recommandé(s) sont ceux à la fois soulignés et affichés en caractères gras dans le tableau ci-dessus. 

Données d'entrée pour le calcul prédictif de la directivité et de la propagation du bruit des cheminées industrielles avec le logiciel SILDIS^®

Les données d'entrée pour le calcul prédictif de la directivité et de la propagation du bruit des cheminées industrielles avec le logiciel SILDIS^® sont à saisir dans 2 feuilles Excel différentes (cf. tableau 1):

• dans la feuille Excel "in-out 10logS & teta": 
  • les dimensions de la cheminée (demi-diamètre, épaisseur des parois, hauteur), dont le centre du plan de sortie (horizontal) constitue le point d'émission (des ondes sonores)
  • la position du point de réception (des ondes sonores) - suivant le contexte: là où des mesurages de niveau de pression acoustique sont effectués en vue de la détermination du niveau de puissance acoustique de la bouche de cheminée, ou bien là où l'on souhaite prévoir le niveau de pression acoustique, dans le cas d'une étude d'impact, si l'on connait le niveau de puissance acoustique de la bouche de cheminée - 
  • les indicateurs binaires (0 ou 1) pour la prise en compte - ou non - des corrections le cas échéant appliquées à l'angle du rayon sonore direct θo pour le calcul de l'angle sonore effectif θ

• dans la feuille Excel "in-out CODIR": 
  • les caractéristiques thermodynamique du fluide transporté (par la cheminée) et celles de l'air ambiant (atmosphère)
  • pour la détermination de l'indice de directivité par bande de fréquence de 1/3 d'octave:
    • un modèle général, et en cas de choix du modèle INT, un sous-modèle
    • un modèle de conversion 
  • pour la détermination de l'indice de directivité par bande de fréquence d'octave:
    • un modèle de conversion
  • pour le calcul du niveau de puissance acoustique à partir du niveau de pression acoustique:
    • ce dernier par bande de 1/3 d'octave ou d'octave
  • pour le calcul du niveau de pression acoustique à partir du niveau de puissance acoustique:
    • ce dernier par bande de 1/3 d'octave ou d'octave

Résultats du calcul prédictif de la directivité et de la propagation du bruit des cheminées industrielles avec le logiciel SILDIS^®

Résultats de la détermination de l'aire équidistante pour le calcul prédictif de la propagation du bruit des cheminées industrielles

Le résultat du calcul prédictif de l'aire équidistante est affiché:

• dans la feuille Excel "in-out 10logS & teta": en valeur absolue (exprimée en m2), et sous la forme de dix fois son logarithme décimal - utilisée pour le calcul de la différence entre niveau de pression acoustique et niveau de puissance acoustique, quelle que soit, parmi ces 2 grandeurs physiques, la donnée d'entrée et l'inconnue  - 

Résultats de la détermination de l'indice de directivité de cheminées industrielles

Le résultat du calcul prédictif de l'indice de directivité de cheminées industrielles est affiché:

• dans la feuille Excel "in-out CODIR":
  • courbes et tableaux: par bande de fréquences de 1/3 d'octave et de 1/1 octave 

Résultats du calcul du niveau de puissance acoustique à partir du niveau de pression acoustique à des emplacements spécifiés

Le résultat de la détermination du niveau de puissance acoustique à partir du niveau de pression acoustique^[2] est affiché:

• dans la feuille Excel "in-out CODIR":
  • tableaux: par bande de fréquences de 1/3 d'octave et de 1/1 octave 

Résultats du calcul du niveau de pression acoustique à des emplacements spécifiés à partir du niveau de puissance acoustique

Le résultat de la détermination du niveau de pression acoustique^[2] à partir du niveau de puissance acoustique est affiché:

• dans la feuille Excel "in-out CODIR":
  • tableaux: par bande de fréquences de 1/3 d'octave et de 1/1 octave    

^[0] acronyme anglais qui peut être traduit par "Limitation de l'impact sonore - conception de solutions industrialisées"

^[1] intrinsèque ne convient pas parfaitement au contexte, ne devant pas être compris au sens de « indépendant de tout facteur externe et de toute convention ». Notamment :

• dans le cas de l’évaluation du niveau de puissance acoustique in-situ à partir de relevés sonométriques, l'utilisation d'un nombre réduit de points de mesures (e.g. un au-dessus du plan de sortie de la cheminée, et un en dessous) et l'utilisation d'une formule de calcul simplifiée comme mentionnée dans certains documents de référence peut conduire à des résultats approximatifs ou d’un usage restreint
• dans le cas où le niveau de puissance acoustique résultant de mesurages en sortie de cheminée est utilisé pour caractériser une source de bruit située en amont (e.g. à la bride d’échappement d’une turbine à combustion), il est prévisible que l’évaluation résultante peut être éloignée de la réalité (même si la cheminée est dépourvue de silencieux); malheureusment, dans une tel cas des mesures de bruit en conduit posent d'autres problèmes vis-à-vis de la précision de l'évaluation du niveau de puissance acoustique

^[2] le point de réception (des ondes sonores) étant à faible distance de la bouche de la cheminée; le calcul ne prend pas en compte des phénomènes devant être considérés à plus grande distance e.g. absorption du son atmosphérique, effets de la météo, présence d'obstacles, réflexions des ondes sonores sur des parois dures (tout cela est considéré dans un autre module du logiciel SILDIS^®)

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