JOURNAL DE PHYSIQUE IV
Colloque C5, supplément au Journal de Physique III, Volume 4, mai 1994 C5-163
Les aspects acoustiques lors de la conception des bâtiments
G. ACHARD, G. SAUCE et M. KARROUM
Laboratoire Génie Civil et Habitat, ESIGEC, Université de Savoie, Campus Scientifique, Savoie Technolac, 73376 Le Bourget du Lac, France
ABSTRACT : During building design, the acoustical studies are often not be considered because of the absence of pertinent tools allowing consider the effects of acoustical nuisance, particularly in the early design stages. Our goal isn't to carry out sophisticated models, but to put at designer's disposal simple, pertinent and appropriate tools for their problem. Our works consist of analyzing the importance of the acoustical aspects within the design process in relation to other aspects like structural, thermal, etc. We identify the appropriate treatment to perform each design stage in order to valid, from acoustical point of view, the solutions proposed by engineers. For example analysis of building location in the site, plan and eventually the modification can avoid to resort to some coslty solutions. We orient toward expert tools in the early stages where the know-how of the acoustical engineer is important, then when the project is sufficiently described, traditional techniques proposed by technical centers such CSTB, QUALITEL, are used and finally we perform frequential analysis. The validation of this research is carried out in integrating the acoustical aspects into multitechnical CAD system for building design "CONCEPTOR".
1. INTRODUCTION
Les bruits ayant envahi les espaces aménagés par les hommes, ceux-ci cherchent de plus en plus à s'en protéger. Ainsi le confort acoustique, qui est devenu une aspiration légitime dans la vie moderne, est souvent perturbé par la nuisance acoustique. De ce fait, la fonction acoustique dans la conception s'avère un objectif aussi important que la fonction stabilité, la fonction thermique, etc. Tout en considérant les aspects économiques et en respectant les autres aspects techniques, la protection acoustique des bâtiments peut être réalisée de différentes manières. En jouant sur l'implantation et l'orientation, l'acousticien peut assurer l'auto-protection des bâtiments contre les nuisances extérieures. Cette protection peut être renforcée par une organisation spatiale appropriée des différents locaux constituant le bâtiment. Si ces mesures ne suffisent pas, l'acousticien peut avoir recours à des éléments techniques qui comblent le manque de protection.
Toutefois, une conception architecturale initiale évite d'avoir recours à posteriori à des solutions sophistiquées et coûteuses.
Ces remarques mettent en évidence la nécessité de prendre en considération les aspects acoustiques dès le début du processus de conception du bâtiment par des moyens appropriés. Dans cet article nous nous contentons de proposer la méthodologie adoptée pour réaliser le travail. Après avoir précisé le contexte de la conception de bâtiment, nous préciserons les objectifs des études acoustiques pour chacun de niveaux de détail identifiés, et proposerons les moyens d'évaluations associés.
2. LES ETUDES ACOUSTIQUES DES BATIMENTS 2.1. LA CONCEPTION DES BATIMENTS
La conception des bâtiments est un processus complexe faisant intervenir une masse importante de connaissances maîtrisée par divers spécialistes. Ce processus conduit à une définition incrémentale du projet par augmentation et précision des informations aboutissant à un projet détaillé, jusqu'à l'obtention d'une "image" satisfaisante et suffisamment précise pour être réalisée. Il en résulte que la conception des bâtiments, est caractérisée par deux points importants [1]:
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jp4:1994530
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1- la pluridisciplinarité : la conception des bâtiments est le domaine de l'intervention de plusieurs acteurs tels que l'ingénieur de structure, l'ingénieur de fondations, le thennicien, etc. Le but de chacun d'eux est de vérifier le bon fonctionnement du bâtiment vis-à-vis des fonctions qu'ils maîtrisent. Les éléments de réponse qu'ils apportent s'avèrent parfois conflictuels. Ainsi la conception aboutit à un compromis, à une solution globale satisfaisante pour tous les intervenants. Une bonne conception ne consiste donc pas à juxtaposa le travail de chaque spécialiste, mais à l'intégrer.
2- l'évolution : la logique du travail des concepteurs est de diviser le processus de la conception en plusieurs étapes ayant pour but de stabiliser le projet en cours de conception, ce qui permet de détecter et de limiter les coûts d'études, les délais et les risques d'erreur. Le point de départ pour l'étape suivante est le consensus obtenu à l'étape précédente, il oriente le projet vers son état final. Pour chaque étape quatre points essentiels sont à considérer :
-
l'identification des objectifs à atteindre,-
la proposition des solutions,- l'évaluation des performances des solutions proposées,
-
la comparaison des perfgrmances obtenues avec les objectifs fixés.2.2. LES OBJECTIFS DE LA CONCEPTION ACOUSTIQUE
Les études acoustiques ont pour but de permettre aux usagers de vivre dans une ambiance confortable [2].
Pour cela les concepteurs sont amenés à faire en sorte que :
-
l'ambiance acoustique à l'intérieur des locaux soit agréable,- le niveau sonore dans un local occupé soit réduit et adapté à l'usage de celui-ci,
-
la protection d'un local contre les nuisances provenant de l'extérieur et des équipements internes de celui-ci soit assurée.Les deux premiers objectifs correspondent à la sous-fonction "correction acoustique", alors que le troisi2me correspond à la sous-fonction "isolation acoustique". Ces deux sous-fonctions restent les mêmes quelque soit l'état du projet mais la manière dont les concepteurs les prennent en considération est différente. Ils s'intéressent, par exemple, à l'orientation et à l'implantation des bâtiments pour les protéger contre les bruits extérieurs, ensuite ils jouent sur la dismbution des pièces intérieures pour leur protection, en particulier les pièces sensibles. Enfin ils se réfèrent à la réglementation ou au label qualitel "confort acoustique" pour déterminer les éléments à utiliser pour la protection des bâtiments vis-à-vis de toute sorte de bruit. ii en résulte que la finalité des études acoustiques change en fonction du processus de conception.
Pour les bâtiments d'habitation nous remarquons que le volume des différentes pièces est de 30 m3 environ, et l'aire d'absorption équivalente est de i'ordre de 10 m2. Cela donne un temps de réverbération de 0.5 s qui est considéré comme suffisant pour caractériser une bonne ambiance. Dans ce cadre nous pouvons donc, restreindre notre étude aux problèmes de l'isolation acoustique. Différents types d'isolation sont à distinguer :
- isolation contre les bruits aériens (extérieur, intérieur),
- isolation vis-à-vis les bruits d'impacts
-
l'isolation par rapport aux bruits d'équipements (collectif, individuel).2.3. INTERACTIONS AVEC LES AUTRES CHAMPS DISCIPLINAIRES
L'acousticien doit tenir compte des interactions pouvant avoir lieu avec les autres composantes du bâtiment.
Ces interactions sont dues au rôle multiple joué par presque tous les éléments. C'est le cas par exemple, de la façade qui doit assurer la fonction "isolation acoustique", la fonction "thermique", etc. Ainsi suivant la nature et l'épaisseur de l'isolant thermique, cet isolant peut, d'un point de vue acoustique, avoir un comportement qui peut négatif ou positif [3]. D'autres interactions peuvent être identifiées 141:
-
relation structure-acoustique : liée aux transmissions des bruits solidiens à travers la structure,-
relation fondations-acoustique : due à l'éventualité de la transmission des vibrations des moyens de transports via les fondations,-
relation équipements-acoustique : les équipements peuvent être des sources de nuisances importantes dans les bâtiments (ascenseur, chaufferie).L'identification de ces interactions est primordiale, car elle nous permet de travailler dans un contexte monotechnique tout en conservant à l'esprit l'aspect multitechnique de la conception des bâtiments. Ces interactions doivent toujours être présentes à l'esprit du concepteur responsable de fonction acoustique.
2.4. LE ROLE DE L'ACOUSTICIEN DANS LE PROCESSUS DE LA CONCEPTION
L'acousticien intervient à tous les stades de la conception, afin de valider la proposition dans l'état actuel du projet vis-à-vis des objectifs acoustiques qui sont défini dans le programme (ou la réglementation). En conséquence, ces actions dépendant de cet état de définition du projet sont caractérisées par l'utilisation d'outils adaptés. Notre intervention vise à identifier les niveaux possibles de son intervention et à mettre en place les évaluations qu'il effectue.
Dans le processus de la conception, nous avons identifié quatre niveaux d'intervention, et les moyens mobilisés pour choisir les éléments constituant le bâtiment, pour évaluer la performance acoustique et la comparer avec les objectifs fixés au préalable et pour proposer d'éventuelles modifications.
3. LES NIVEAUX DE CONCEPTiON ACOUSTIQUE ET LES MOYENS MOBILISES 3.1. LE PLAN MASSE
Le site étant choisi, l'acousticien peut intervenir sur la disposition du bâtiment par rapport aux bruits extérieurs tout en utilisant les caractéristiques du site. Il s'agit, en effet, de l'architecture globale qui prend en considération les problèmes d'implantation, les règles d'urbanisme, d'environnement. La performance acoustique dans cette étape de la conception, peut être traduit par la validité du projet, c'est-à-dire la permission de construire le bâtiment sur le site proposé, et ensuite refléter la qualité acoustique du projet, c'est-à-dire de l'auto-protection du bâtiment vis-à-vis de toutes les sources de nuisances extérieures.
Compte tenu de cette performance, l'acousticien prend sa décision qui consiste soit à remettre en cause le projet et proposer les mesures nécessaires, soit à passer à l'étape suivante [2][5].
Pour évaluer la performance acoustique correspondant à ce niveau, nous avons été amenés à définir des règles basées d'une part sur les exigences réglementaires (la construction des bâtiments au voisinage des aéroports) et, d'autre part sur les différentes recommandations proposées par des experts dans le domaine, en particulier Josse et Watel [2][5]. Ces règles, qui sont affectées des notes reflétant leur importance et pouvant être modifiées par les concepteurs en vue de prendre en considération leur préférence, nécessite un minimum d'informations sur l'identité sonore du site : l'existence des aéroports au voisinage, des routes bruyantes, des gares routières, etc.
3.2. L'ESQUISSE ARCHITECIZTRALE
Le rôle de l'acousticien dans cette étape de la conception consiste à évaluer la qualité de l'aménagement des espaces intérieurs. En effet, il peut vérifier que la distribution aussi bien horizontale que verticale est bonne, mais il peut également examiner la disposition de ces pièces sur les différentes façades de bâtiments compte tenu des sources de nuisances extérieures. Dans le cas où l'esquisse s'avère très pénalisante du point de vue acoustique, l'acousticien peut proposer des mesures consistant à réajuster la disposition des tout en ayant recours à des espaces tampons.
De manière identique, la performance acoustique de l'esquisse peut être évaluée grâce à des règles affectées d'une note qui traduit leur importance. Ces règles préconisées par Hamayon & Michel [6][7], tiennent compte des recommandations concernant la mitoyenneté des pièces ainsi que de leur exposition aux bruits provenant de l'extérieur, et permettent d'évaluer la performance d'un bâtiment, d'un logement voire d'une pièce. Pour ce faire, le bâtiment doit donc être décrit de manière précise pour pouvoir activer les règles d'évaluation de la performance de l'esquisse. Ainsi l'acousticien doit connaître la distribution spatiale des différents logements et des pièces aussi que leur articulation.
3.3. AVANT PROJET SOMMAIRE
Après avoir adopté l'esquisse architecturale, l'acousticien peut participer au choix technologique des bâtiments et ensuite évaluer leurs performances qui correspondent aux isolements vis-à-vis de différentes nuisances sonores. Compte tenu de la nature du bruit contre lequel on veut protéger les occupants, plusieurs types d'isolement sont à distinguer :
- isolement contre les bruits aériens (intérieur, extérieur),
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isolement vis-à-vis des bruits d'impacts,- isolement par rapport aux bruits d'équipements (collectif, individuel).
Ces performances visent l'obtention des différents isolements exigés par la réglementation ou par le label confort Qualitel. Ces isolements, exprimés en dB(A), permettent aussi bien de traduire les besoins psychosociologiques que de trouver un compromis socio-économique.
Il existe des méthodes pour évaluer la performance acoustique d'un bâtiment, citons les plus couramment utilisées : la méthode CSTB [8] qui permet d'évaluer la performance des façades vis-à-vis de bruits
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extérieurs et la méthode Qualitel [3] proposée par l'Association Qualitel, qui représente un très bon moyen pour évaluer l'isolement vis-à-vis des bruits produits à l'intérieur des bâtiments. Par ailleurs, pour faire le choix des partis technologiques, l'acousticien opère de deux manières :
-
adopter les solutions qui ont été éprouvées dans la pratique et qui permettent facilement d'obtenir l'isolement à atteindre [9][10],- se baser sur une procédure d' "essai-erreur" pour définir les éléments à mettre en œuvre.
Dans tous les cas, des critères tenant compte aussi bien de l'environnement sonore intérieur du bâtiment que de l'environnement extérieur, de la destination du local en question, des transmissions parasites et indirectes, doivent être identifiés.
3.4. AVANT PROJET DETAILLE
La performance exprimée en dB(A) regroupe deux éléments essentiels du confort : la gêne causée par l'excès du niveau de pression acoustique et la variation de la sensibilité de l'oreille aux différentes fréquences. Cette manière de prendre en compte la gêne n'est pas toujours efficace, car le niveau global en dB(A) ne tient pas compte de la composition spectrale des bruits : deux bruits de differente consposition spectrale peuvent avoir le même niveau global. Les courbes ISO constitue une meilleure solution pour prendre en consideration la gêne acoustique. En effet, ces courbes peuvent être utilisées pour indiquer les niveaux de pression acoustique à ne pas dépasser dans chacune des bandes d'octave. Par ailleurs, il est à noter que les courbes de référence peuvent être déterminées grâce aux niveaux sonores globaux imposés par la réglementation et exprimés en &(A) minorés d'une valeur dépendant de la nature du bruit en question.
Par exemple, cette valeur est de l'ordre de 5 pour les bruits de ventilation [3], et de ce fait si le niveau sonore reçu dans une pièce est limité à 40 dB(A), ceci correspond à une courbe ISO 35.
4. CONCLUSION
Dans cet article, l'importance de la prise en compte des aspects acoustiques dès les phases les plus précoces de la conception a été mise en relief. En effet, une bonne architecture permet d'obtenir des solutions satisfaisantes du point de vue acoustique et cela sans avoir recours à des solutions sophistiquées. Les différents moyens appropriés à cette fin ont été identifiés, ils tiennent compte aussi bien de la réglementation en vigueur que des recommandations de différents spécialistes dans ce domaine. Ces moyens nous ont d'ailleurs servi pour l'intégration de la composante acoustique à un système de C.A.O. multitechnique de conception des bâtiments résidentiels nommé "CONCEPTOR" [4].
Cela ne sert à rien d'avoir des outils sophistiqués d'évaluation si l'acousticien n'a pas pu intervenir au stade précoce d'élaboration du projet pour corriger les choix des partis qui pénaliseront "économiquement"
trop la solution fiale.
5. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
[ l ] :G. Sauce, J. Dufau, P. Perrotin. - Analyse et modélisation du processus de conception de bâtiments.- 01 DesignP3. - Tunis (1993).
[2] Josse. R. - Notion d'acoustique à l'usage des architectes, ingénieurs et urbanistes.
-
Paris : Eyrolles, 3ème édition, (1978). [292 p.][3] Association Qualitel - Guide Qualitel - Paris, 136 boulevard Saint-Germain, (1989)
-
[p. 57-1521 [4] G. Achard, Karroum, G . Sauce.-
Acoustical building in a multitechnical C.A.D.. system.-
ARECDAOP3, Barcelone, 1993 - Ministerio de Obras Piblicas y Urbanismo, (1993).
-
[p. 307-3181.[5] Tatusesco D.
-
Protection acoustique des bâtiments contre les bruits de circulation.-
Paris : Eyrolles, (1981).-
[p. 851.[6] Harnayon L.& Michel C.
-
Guide d'acoustique pour la conception des bâtiments d'habitation. Paris : Moniteur, 1982. [180 p.][7] Office fédéral des questions conjoncturelles.
-
Berne lke édition, (1989).-
[263 p.][8]
-
Comment concevoir une protection satisfaisante contre les bruits extérieurs. - Cahier du Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, No 1855 : juin (1983).[9]
-
Exemples de solutions pouvant satisfaire au règlement de la construction et (ou) aux définitions du label confort acoustique.-
Cahier du centre scientifique et technique du bâtiment, No 168, partie III.-
[p.1-311.
[IO] Delvoye G.
-
Comment optimiser votre label qualitel-
Association Qualitel, Agence Rhône Alpes.-
2ème édition,l991.
