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France. Service d'études sur les transports, les routes et leurs aménagements

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Résumé

Après avoir rappelé quelques définitions spécifiques à l'acoustique (définition des grandeurs physiques, de grandeurs caractéristiques du trafic, présentation des hypothèses de travail ), le guide étudie les deux composantes du bruit émis. L'émission est en effet décomposée en deux composantes : une composante due au bruit dit "de roulement", due au contact pneumatique-chaussée, et une composante "moteur". Le guide innove en prenant compte la catégorie du revêtement et son âge dans le calcul du bruit de "roulement". La première partie du guide décrit la méthode (démarches, formules). La deuxième partie présente les enjeux associés, les fondements des formules ou des valeurs utilisées, leurs limites, ainsi qu'une comparaison entre les deux guides (celui de 1980 et celui de 2008).

Descripteur Urbamet

opération de construction ;bruit ;véhicule ;trafic routier

Descripteur écoplanete

Thème

Ressources - Nuisances

Texte intégral

Sétra Service d'études sur les transports, les routes et leurs aménagements juin 2009 Prévision du bruit routier 1 - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Page laissée blanche intentionnellement Guide méthodologique Prévision du bruit routier 1 - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Éditions Sétra Ce document a été conçu et rédigé par un groupe de rédaction composé de : · Francis BESNARD (Sétra, animateur du groupe) ; · Jean-François HAMET (INRETS) ; · Joël LELONG (INRETS ; · Emmanuel LE DUC (Sétra) ; · Vincent GUIZARD (Sétra) ; · Nathalie FÜRST (Certu) ; · Sonia DOISY (CETE de l'Est, LRPC de Strasbourg). Les auteurs remercient également les personnes qui ont bien voulu, par leurs observations, contribuer à améliorer ce document. 4 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Sommaire 1 ­ Introduction ............................................................................. 7 2 ­ Méthode factuelle ..................................................................... 9 2.1 - Domaine d'emploi ..................................................................................... 9 2.2 - Définitions de por tée générale ................................................................. 10 2.3 - Démarc he générale de calcul de l'émiss ion ............................................... 12 2.4 - Hypoth èses de débit des véhicules .......................................................... 14 2 . 5 - H yp o th è s e s d e vitesse et d'allure ............................................................ 16 2.6 - Rec ommandations relatives à la décompos ition de la source ...................... 17 2 .7 - Pu issa nce d 'é m iss ion par mè tre de lig ne so urce p our un dé bit u ni t ai r e L W / m .......................................................................................... 19 2.8 - Répartition spec tr ale .............................................................................. 29 3 ­ Commentaires et analyses ...................................................... 31 3.1 - Intr oduc tion ........................................................................................... 31 3 . 2 - H yp o th è s e s de débit ............................................................................... 31 3 . 3 - H yp o th è s e s d e vitesse et d'allure ............................................................ 38 3 .4 - Dé marc he g énéra le de p roduc tio n des va le urs L W / m (1 véh/h) ..................... 40 3.5 - Démarc he de produc tion des c omposantes roulement ................................ 43 3.6 - Démarc he de produc tion des c omposantes moteur VL ................................ 48 3.7 - Démarc he de produc tion des c omposantes moteur PL ................................ 59 3.8 - Commentaires sur les nouvelles va leurs d'émiss ion unitaires ...................... 63 3 . 9 - C o mpa r a is on des va le urs d' é miss io n un i ta ir es a vec c el les du G u i d e d u Br u i t (1980) [3] ........................................................................ 70 3.10 - Répartition spec trale ............................................................................ 82 4 ­ Bibliographie ......................................................................... 85 4.1 - Réfé rences bibliographiques ................................................................... 85 4.2 - Doc uments bibliographiques du Sétra ....................................................... 86 Annexes ...................................................................................... 87 Annexe 1 ­ Notati ons et s ymboles .................................................................... 88 Annexe 2 ­ Formulaire .................................................................................... 92 A n ne xe 3 ­ N o t e d' i nfo r ma t io n r e la t i ve au c a lcu l p r é vi s i onn el de bruit routier .............................................................................. 98 Annexe 4 ­ Valeurs d'émission sonore des véhic ules ....................................... 1 08 Domaine d'emploi 5 6 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 1 ­ Introduction La méthode de prévision du bruit routier permet de calculer le niveau sonore équivalent LAeq(T) de long terme causé par un trafic routier en un point récepteur situé au voisinage de l'infrastructure. Le niveau sonore de long terme est le niveau sonore correspondant à des conditions moyennes de circulation et des conditions météorologiques moyennes représentatives d'une longue période1, sur lequel est notamment fondée la réglementation actuelle relative au bruit des infrastructures routières [1], [2]. Le calcul peut porter indifféremment sur une configuration existante ou sur une configuration future (route en projet, route existante à modifier). Le niveau de détail de la méthode la destine principalement aux études d'impact de projets routiers, à la vérification du respect de la réglementation ou d'un objectif acoustique fixé par le maître d'ouvrage, et au dimensionnement des protections acoustiques. L'utilisation de la méthode comprend schématiquement six étapes distinctes et successives (voir Figure 1.1) : 1) la décomposition de la plate-forme routière en tronçons acoustiquement homogènes de ligne source ; 2) la détermination du niveau de puissance acoustique par mètre associé à chaque tronçon homogène, représentatif de l'émission sonore du flot de véhicules ; 3) la discrétisation de chaque tronçon homogène en sources sonores ponctuelles ; 4) la détermination du niveau de puissance acoustique associé à chaque point source, représentatif de l'émission sonore du flot de véhicules ; 5) la détermination de l'atténuation en propagation entre chaque point source et le récepteur étudié, et de la contribution sonore de ce point source au récepteur ; 6) la sommation des contributions sonores des différents points sources afin d'obtenir le niveau sonore global LAeq(T) au récepteur. La méthode "Prévision du bruit routier" est composée de deux documents : · le premier intitulé "Calcul des émissions sonores dues au trafic routier" traite des étapes 1 et 2 présentées cidessus et correspond au présent ouvrage, · le deuxième intitulé "NMPB 2008 ­ Méthode de propagation du bruit incluant les effets météorologiques". Il traite des étapes 3 à 6. D'autres documents relatifs à des sujets périphériques, comme la prise en compte de zones particulières (revêtements pavés, point d'arrêt, virage, giratoire, ralentisseurs...), pourront si nécessaire être publiés ultérieurement. Les auteurs ont souhaité accompagner les éléments de la méthode de nombreux commentaires, tout en évitant d'égarer l'utilisateur par des digressions inopportunes. C'est pourquoi cet ouvrage est organisé en deux parties : · la première partie décrit la méthode (démarche et formules) et ne comporte que les commentaires indispensables à sa bonne compréhension ; · la deuxième partie présente les enjeux associés à chaque élément, les fondements des formules ou des valeurs utilisées, leurs limites, les modifications intervenues par rapport à la pratique antérieure, ainsi que toutes informations jugées utiles au lecteur. Pour ce qui concerne le calcul de l'émission sonore du flot de véhicules, la pratique antérieure était fondée sur le Guide du Bruit des Transports Terrestres [3]. Le présent document fournit des valeurs d'émission unitaires fondées sur le parc de véhicules actuel, et comporte les nouveautés suivantes : 1 Typiquement : un an pour les conditions de circulation, plusieurs années pour les conditions météorologiques. Domaine d'emploi 7 · la décomposition de l'émission en deux composantes : la composante "roulement", supposée émise par le contact pneumatique-chaussée, et la composante "moteur", supposée émise par l'ensemble des sources mécaniques des véhicules : ­ la prise en compte de l'influence du revêtement de chaussée sur le bruit émis, ­ une méthode pour estimer la répartition du trafic moyen journalier sur les périodes 6 h ­ 22 h, 6 h ­ 18 h, 18 h ­ 22 h et 22 h ­ 6h, visées par la réglementation [2] ou par la transposition de la directive européenne relative à l'évaluation et la gestion du bruit dans l'environnement [4], [5], [6] ; · des recommandations relatives aux hypothèses de vitesse et d'allure des véhicules. Décomposition de la plate-forme routière en tronçons acoustiquement homogènes de ligne source Pour chaque tronçon homogène Répéter pour chaque tronçon Etapes traitées dans le tome 1 Détermination du niveau de puissance acoustique par mètre Discrétisation de chaque tronçon homogène en sources sonores ponctuelles Pour chaque source sonore ponctuelle Répéter pour chaque source Détermination du niveau de puissance acoustique Etapes traitées dans le tome 2 Détermination de l'atténuation en propagation entre le point source et le récepteur Détermination de la contribution sonore du point source au récepteur Calcul du niveau sonore global LAeq(T) au récepteur par cumul des contributions des points sources Figure 1.1 - Organigramme simplifié de la méthode 8 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 2 ­ Méthode factuelle 2.1 - Domaine d'emploi La présente partie décrit la démarche de décomposition de la plate-forme routière en tronçons acoustiquement homogènes de ligne source et la détermination du niveau de puissance acoustique par mètre associé à chaque tronçon, représentatif de l'émission sonore du flot de véhicules. La méthode ne considère que deux catégories de véhicules : les véhicules légers (VL) et les poids lourds (PL). Les formules d'émission sonore utilisées sont issues de mesures réalisées entre 1995 et 2005 et décrites en détail en partie 3 de cet ouvrage. Ces formules sont des estimations moyennes représentatives du parc de véhicules français pour chaque catégorie. La méthode est par conséquent applicable aux situations courantes rencontrées sur les infrastructures routières, sous les réserves suivantes : · les calculs peuvent modéliser une situation actuelle ou future (la méthode n'anticipe pas une éventuelle évolution technique des véhicules). Pour l'application à une situation ancienne, les valeurs d'émission sonore du Guide du Bruit pourront s'avérer plus adaptées (voir en partie 3 de cet ouvrage) ; · l'utilisation de la méthode n'est pertinente pour les routes situées dans un autre pays que si le parc de véhicules et les techniques de revêtements de chaussées y sont similaires à la situation française ; · les véhicules autres que les VL et les PL sont assimilés à l'une de ces deux catégories : les deux-roues motorisés aux VL, les autobus aux PL, etc. Ces approximations sont admissibles pour le calcul du LAeq(T) tant que la proportion de ces véhicules spécifiques dans le trafic total de la période reste modérée ; · de même, si l'infrastructure modélisée supporte un trafic très atypique, par exemple une forte proportion de poids lourds d'un type spécifique dont l'émission sonore est nettement différente de la moyenne, les résultats de la modélisation seront moins pertinents. Par ailleurs, les différents paramètres utilisés par la méthode sont soumis aux limitations suivantes : · la vitesse moyenne de chaque catégorie de véhicules n'excède pas 130 km/h pour les VL et 100 km/h pour les PL ; · la déclivité de la route, en montée ou en descente, n'excède pas 6 % ; · la définition des catégories de revêtements de chaussées ne rassemble que les techniques de revêtements les plus courantes (voir pour plus de détails le chapitre "Puissance d'émission par mètre de ligne source pour un débit unitaire LW/m") ; · les formules d'émission correspondent à un revêtement de chaussée "en état d'usage", mais sans défaut de surface. Toute utilisation de la méthode ne respectant pas ces limitations doit être explicitement mentionnée et justifiée dans le rapport d'étude. Domaine d'emploi 9 2.2 - Définitions de portée générale 2.2.1 - Grandeurs acoustiques Deux types de niveaux de pression sonore sont utilisés en bruit des transports : le niveau maximal utilisé par exemple pour caractériser le bruit au passage d'un véhicule, et le niveau équivalent utilisé pour caractériser par exemple le bruit dû au trafic. Tous deux sont exprimés en décibels. Un niveau sonore L en décibel est défini par une relation de la forme : 2 pm L = 10 log 2 p0 (1) où p m est une moyenne de la pression quadratique et p 0 la pression de référence p 0 = 20 Pa. Systématiquement la pression acoustique est prise avec la pondération fréquentielle A. On parle donc de niveau pondéré A. 2.2.1.1 ­ Niveau de pression acoustique équivalent Le niveau de pression acoustique équivalent caractérise un bruit sur une durée T donnée. Il utilise la moyenne de la pression quadratique. Il peut dépendre du moment considéré. Il est écrit LAeq ,T (t ) et est donné par la relation : 2 1 t p A ( ) LAeq ,T (t ) = 10 log d 2 T t -T p 0 (2) L'évolution du trafic peut être par exemple caractérisé par l'évolution du niveau équivalent pris sur une heure LAeq ,1H . 2.2.1.2 ­ Niveau de pression acoustique FAST Pour caractériser le bruit d'un véhicule, on utilise l'évolution de son niveau de pression au passage. La moyenne considérée pour la pression quadratique est une moyenne pondérée dite FAST. Le niveau de pression acoustique est dénommé niveau de pression acoustique FAST : - 2 t - 0t,125 p A ( ) L A, FAST (t ) = 10 log e d 2 p0 - - t - 0 ,125 (3) où t et sont exprimés en secondes. La pondération exponentielle e réduit d'autant plus la contribution 2 de p A ( ) que son occurrence est éloignée de l'instant considéré (que t - est important). 2.2.1.3 ­ Niveau maximum au passage Le bruit d'un véhicule au passage est le plus souvent caractérisé par la valeur maximum de son niveau de pression FAST : L A,max = max{ L A, FAST (t ) } (4) 10 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 2.2.1.4 ­ Indicateurs statistiques, niveaux acoustiques fractiles C'est le niveau de pression acoustique FAST qui est dépassé pendant N% de l'intervalle de temps considéré, de symbole L AN ,T . Par exemple L A95,1h est le L A, FAST (t ) dépassé pendant 95% de 1h. 2.2.1.5 ­ Niveau de puissance acoustique Une puissance acoustique W est caractérisée par son niveau de puissance acoustique LW , donné en décibel par la relation : LW = 10 log W W0 (5) où W0 = 1 pW est la puissance acoustique de référence. 2.2.1.6 ­ Bandes d'octave et de tiers d'octave 1 Intervalle entre deux fréquences dont le rapport est égal à 2 (resp. 2 3 ). Ces fréquences définissent les limites de la bande. La bande est habituellement désignée par sa fréquence médiane, qui est la moyenne géométrique des deux fréquences limites. 2.2.2 - Catégories de véhicules 2.2.2.1 ­ Véhicules légers (VL) Ce terme désigne les véhicules dont le PTAC est inférieur à 3,5 tonnes. 2.2.2.2 ­ Poids lourds (PL) Ce terme désigne les véhicules dont le PTAC est égal ou supérieur à 3,5 tonnes. 2.2.3 - Cinématique des véhicules 2.2.3.1 ­ Vitesse Ce terme désigne la vitesse moyenne d'une catégorie de véhicules (VL ou PL). La vitesse est exprimée en km/h. 2.2.3.2 ­ Allure Ce terme caractérise la variation dans le temps de la vitesse d'un véhicule ou d'une catégorie de véhicules. On distingue dans l'ouvrage trois types d'allure : ­ l'allure stabilisée, où la vitesse du véhicule ou du flot de véhicules est sensiblement constante, ­ l'allure accélérée, ­ l'allure décélérée. 2.2.4 - Grandeurs caractéristiques du trafic 2.2.4.1 ­ Débit Le débit Q représente le nombre de véhicules N passant en un point x du réseau pendant une période d'observation T : Q x ,T = N x ,T T (6) Le débit est généralement exprimé en véh/h. Domaine d'emploi 11 2.2.4.2 ­ Concentration La concentration K (exprimée en véh/m) représente le nombre de véhicules présent entre les positions x et x + x du réseau à l'instant t : K t , x + x = N x , x + x ,t x (7) 2.2.5 - Profil de la voie 2.2.5.1 ­ Profil en long Deux types de profil en long sont distingués dans l'ouvrage : ­ les routes horizontales (pentes inférieures ou égales à 2%) ­ les déclivités (pentes supérieures à 2%). Selon le sens de parcours du véhicule, la déclivité sera appelée montée ou descente. 2.3 - Démarche générale de calcul de l'émission Pour les besoins des calculs acoustiques, la route est modélisée par une succession de tronçons acoustiquement homogènes de lignes sources réparties sur la plate-forme. A chaque tronçon acoustiquement homogène est associée une puissance d'émission sonore par mètre de ligne source. La démarche générale de calcul est représentée en figure 2.1. Elle est décrite sommairement ci-dessous, chaque étape faisant l'objet de renvois aux chapitres correspondants. 2.3.1 - Décomposition de la route en lignes sources Dans le cas général, la route est décomposée en autant de lignes sources que de voies de circulation. Le chapitre 2.6.1 précise les situations dans lesquelles il peut être admis de recourir à un nombre de lignes sources plus réduit. 2.3.2 - Données nécessaires La décomposition de la route en tronçons acoustiquement homogènes nécessite de disposer au préalable des grandeurs ayant une influence sur l'émission sonore du flot de véhicules : · le débit moyen horaire de la période pour chaque catégorie de véhicules (VL et PL) (voir chapitre 2.4) ; · la vitesse et l'allure représentatives de chaque catégorie de véhicules (VL et PL) (voir chapitre 2.5) ; · la catégorie de revêtement de chaussée (voir chapitre 2.7.2) ; · la déclivité de la route. Ces éléments doivent être connus ou estimés de façon continue le long de l'infrastructure à modéliser, et dans le cas général de façon distincte pour chaque voie de circulation. 2.3.3 - Découpage de chaque ligne source en tronçons acoustiquement homogènes Un tronçon acoustiquement homogène de ligne source est une portion de la route sur laquelle l'émission sonore du flot de véhicules varie peu, et sur laquelle on considérera dans la modélisation que cette émission est uniforme. Lorsque l'émission sonore varie substantiellement le long d'une ligne source, celle-ci doit être découpée en plusieurs tronçons homogènes. Le chapitre 2.6.2 expose les règles régissant ce découpage, en fonction des variations longitudinales des paramètres influant sur l'émission sonore (débits, vitesses, allures, catégorie de revêtement, déclivité de la route). 12 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 2.3.4 - Calcul de la puissance acoustique par mètre de ligne source pour un débit unitaire Pour chaque tronçon acoustiquement homogène, le niveau de puissance acoustique par mètre de ligne source pour un débit de 1véh/h (dit "débit unitaire"), noté LW/m/véh, est calculé pour les VL et les PL à partir de la vitesse, de l'allure, de la catégorie de revêtement et de la déclivité de la route. Ce calcul est détaillé au chapitre 2.7. 2.3.5 - Calcul de la puissance acoustique par mètre de ligne source Le niveau de puissance d'émission sonore par mètre de ligne source LW/m est obtenu, par bande de tiers d'octave, par : LW / m ( j ) = [(LW / m / VL + 10 log(QVL ) ) (LW / m / PL + 10 log(QPL ) )] + R( j ) avec : j (8) LW / m / véh Qvéh R(j) indice de la bande de tiers d'octave puissance d'émission par mètre de voie de la catégorie de véhicules pour un débit unitaire (1 véh/h) débit moyen horaire de la catégorie de véhicules L1 L2 10 10 représente l'addition énergétique : L1 L2 = 10. log 10 + 10 répartition spectrale de la puissance d'émission (voir chapitre 2.8). Décomposition de la route en lignes sources Répéter pour chaque ligne source Pour chaque ligne source Détermination des données nécessaires : - débit moyen horaire VL et PL - vitesses et allures VL et PL - catégorie de revêtement - déclivité de la route Décomposition de la ligne source en tronçons acoustiquement homogènes Pour chaque tronçon homogène Répéter pour chaque tronçon Calcul du niveau de puissance acoustique par mètre Figure 2.1 - Organigramme de la démarche de calcul de l'émission Domaine d'emploi 13 2.4 - Hypothèses de débit des véhicules 2.4.1 - Généralités Le calcul d'un niveau sonore équivalent LAeq(T) de long terme nécessite de connaître les débits moyens horaires représentatifs de chaque catégorie de véhicules (VL et PL) sur la période T étudiée. Les périodes généralement visées pour les besoins usuels (étude de projet, cartographie stratégique, etc.) sont les périodes 6h22h (qui peut être scindée en 6h-18h et 18h-22h) et 22h-6h. Les débits moyens horaires de chaque catégorie de véhicules sur chacune de ces périodes sont rarement disponibles dans le cadre d'une étude de bruit. Il est généralement nécessaire d'estimer ces débits à partir des TMJA (trafics moyens journaliers annuels) adoptés comme hypothèses. Cette démarche est décrite en deuxième partie de cet ouvrage, au chapitre 3.2.2. Elle peut consister selon le cas soit à analyser des comptages effectués sur le site étudié ou un site associé, soit à appliquer au TMJA des formules d'estimation dépendant de la fonction de la route et de la catégorie de véhicules. Ces formules, accompagnées de leur domaine d'emploi, sont présentées ci-après en distinguant les axes interurbains (cf. 2.4.2) et les axes urbains (cf. 2.4.3). Dans tous les cas, y compris ceux où des hypothèses de débits horaires sont initialement disponibles, les valeurs utilisées dans l'étude acoustique ne doivent pas être supérieures au débit horaire équivalent de l'émission sonore maximale du flot (cf. 2.4.4). 2.4.2 - Routes et autoroutes interurbaines Pour les routes et autoroutes interurbaines (situées hors des grandes agglomérations), des formules d'estimation de la répartition des trafics VL et PL sur les quatre périodes 6h-22h, 6h-18h, 18h-22h et 22h-6h ont été publiées dans la note d'information du Sétra série EEC n°77 [7]. Ces formules dépendent d'une part du type d'axe (route, autoroute) et d'autre part de sa fonction ("longue distance" ou régionale). La note d'information précise également le domaine d'emploi des formules ainsi que l'intervalle de confiance associé. Le lecteur est renvoyé à cette note d'information à l'annexe 3. 2.4.3 - Axes urbains 2.4.3.1 - Paramètre utilisés Les hypothèses de débit des véhicules nécessaires pour les études acoustiques sont les débits horaires moyen par type de véhicules et pour chaque période visée (cf. 2.4.1). Pour les axes urbains la donnée d'entrée permettant de déterminer ou d'estimer ces débits est soit le TMJA soit le débit tous véhicules à l'heure de pointe du soir HPS. Les débits horaires moyens par type de véhicule sont alors obtenus à partir de ces données d'entrée et pour une période donnée selon les formules suivantes : Q VL, jour = QPL, jour = Q VL,nuit = QPL,nuit = TMJA = TMJA × %TVjour × (1 - %PLjour ) 16 TMJA × %TVjour × %PLjour 16 TMJA × %TVnuit × (1 - %PLnuit ) 8 TMJA × %TVnuit × %PLnuit 8 Qhps %HPS (9) (10) (11) (12) (13) 14 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier où : TMJA est le débit journalier annuel tous véhicules ; QVL, jour, QPL, jour, QVL, nuit, QPL, nuit, sont les débits horaires moyens respectivement pour les VL et PL et sur les périodes jour et nuit ; %PLjour et %PLnuit sont les pourcentages de poids lourds sur les périodes jour et nuit ; %TVjour et %TVnuit sont les pourcentages du débit tous véhicules sur les périodes jour et nuit ; Qhps est le débit tous véhicules à l'heure de pointe du soir ; %HPS est le pourcentage du débit tous véhicules à l'heure de pointe du soir par rapport au TMJA. 2.4.3.2 - Définition des types d'axes urbains Les coefficients de passage du TMJA ou débit heure pointe du soir aux débits horaires moyens diffèrent selon le type de voirie urbaine étudié. On distingue 3 types de voirie urbaine : Voiries structurantes urbaines : Autoroutes urbaines ou voies rapides urbaines avec échangeurs, voies à circulation rapide (90 km/h ou 70 km/h) avec carrefours plans et rares dénivellations, grandes voies ou artères (50 km/h), taux de PL nocturne élevée Voiries urbaines intersecteurs : grandes voies, artères ou rues classiques limitées à 50 km/h avec carrefours plans sans dénivellation, taux de PL faible de jour et très faible de nuit Voiries urbaines de secteurs : voies à circulation lente (30 km/h), taux de PL jour très faible 2.4.3.3 - Hypothèses relatives aux débits horaires Pour les voies rapides urbaines (VRU) et pour la période de jour, on peut adopter, par principe de précaution, les conditions de trafic correspondant à l'émission sonore maximale (cf.2.4.4). Ce sera le cas notamment lorsque les prévisions de trafic prévoient à court ou moyen terme une utilisation de la voirie à capacité. Pour la période de nuit par contre il sera toujours nécessaire d'avoir une estimation spécifique des débits. En effet les débits nocturnes ne peuvent pas être déduits des débits diurnes sous peine de conduire à des erreurs importantes dans l'estimation. Pour les autres voiries urbaines, les données trafic produites dans les études de DVA (Dossier de Voirie d'Agglomération) et de PDU (Plan de Déplacement Urbain) peuvent fournir des hypothèses à l'heure de pointe du soir. Cependant ces informations ne concernent en général que les véhicules légers et des hypothèses devront être faites pour les poids lourds. En l'absence de données locales, les valeurs des paramètres de trafic pourront être adoptées dans les limites indiquées dans le tableau 2.2 suivant : TMJA en véh/j Voiries structurantes urbaines Voiries urbaines intersecteurs Voiries urbaines de secteurs 17 000 à 217 000 %PL 5 à 20 % de jour 5 à 35 % de nuit 2 500 à 25 000 (50 000 en Île-deFrance) 0à5% 6,5 à 9,5 85 % à 95 % 15 % à 5 % %HPS 7,5 à 9,5 %TVjour _ %TVnuit _ Domaine d'emploi 15 Tableau 2.2 ­ Limites des paramètres de trafic 2.4.4 - Débit horaire équivalent de l'émission sonore maximale du flot Le débit horaire (tous véhicules) correspondant à l'émission sonore maximale du flot dépend du type d'axe, du nombre de voies par chaussée ainsi que de la proportion de PL (notée ci-après %PL). Les considérations générales sur cette notion ainsi que l'origine des formules qui suivent sont présentées en deuxième partie de cet ouvrage, au chapitre 3.2. Autoroute interurbaine - pour une chaussée de 2 voies : Q TV _ equiv = 2000 - 10 × %PL - pour une chaussée de 3 voies : QTV _ equiv = 3300 - 22 × % PL Les vitesses associées à ces formules sont précisées au paragraphe 2.5.2. Route interurbaine Aucune formule spécifique n'est disponible. On admettra que les formules relatives aux autoroutes interurbaines s'appliquent également aux routes interurbaines. Voies rapides urbaines de type A Les formules à prendre en compte pour les voies rapides urbaines de type A sont les suivantes : - pour une chaussée de 2 voies : QTV _ equiv = 3050 - 24,8 × PL - pour une chaussée de 3 voies : QTV _ equiv = 4633 - 37,6 × PL - pour une chaussée de 4 voies : QTV _ equiv = 4771 - 37,6 × PL (16) (17) (18) (14) (15) Axes urbains Le débit horaire tous véhicules QTV correspondant à l'émission sonore maximale est pris égal à 1800 véh/h/voie pendant la durée des feux verts. Ce débit est à pondérer par le pourcentage de temps de feu vert lorsque l'axe considéré est régi par des feux tricolores. 2.5 - Hypothèses de vitesse et d'allure 2.5.1 - Généralités Les hypothèses de vitesse à utiliser correspondent à la vitesse moyenne arithmétique de chaque catégorie de véhicules. L'allure caractérise l'ensemble du flot, et non chaque catégorie de véhicules indépendamment. On distingue trois cas : allure stabilisée, accélération ou décélération, sans prendre en compte de façon numérique la valeur de l'accélération. Sauf exception étayée par des observations relatives au site étudié, on adoptera des hypothèses de vitesses et d'allure identiques pour l'ensemble des périodes (jour, soirée, nuit, etc.). 16 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 2.5.2 - Hypothèses en section courante En section courante, hors zones particulières dont la géométrie induirait des contraintes sur la vitesse (fortes rampes, virages de faible rayon, etc.), on adopte comme hypothèse de vitesse pour les VL la vitesse maximale réglementaire. Pour les PL, on adopte les valeurs forfaitaires indiquées dans le tableau 2.3 suivant ou la vitesse réglementaire si elle est inférieure : Type d'infrastructure Autoroute de liaison Voie rapide urbaine Route à chaussées séparées Route à chaussée unique En agglomération Vitesse PL (km/h) 90 90 85 80 vitesse réglementaire Tableau 2.3 ­ Valeurs prises pour la vitesse des PL L'allure du flot est stabilisée. 2.5.3 - Hypothèses pour les zones particulières Des hypothèses spécifiques doivent être adoptées sur les sections dont la géométrie est contraignante, ainsi qu'aux abords d'aménagements particuliers : rampe et descente, virage, approche et sortie d'un point d'arrêt (carrefour, barrière de péage, etc.), giratoire, bretelle d'entrée et de sortie de voie rapide, abords de ralentisseurs, etc. Sur les 20 derniers mètres en amont d'un point d'arrêt et sur les 20 premiers mètres en aval d'un point d'arrêt, la présente méthode définit une procédure particulière, consistant à utiliser une puissance d'émission sonore uniforme (cf. chap. 2.6.2.2). Il n'est donc pas nécessaire, sur ces tronçons, de définir des hypothèses de vitesse et d'allure des véhicules. La vitesse des véhicules (VL et PL) en entrée du tronçon d'arrêt et en sortie du tronçon de démarrage est de 25 km/h. Les hypothèses de vitesse et d'allure associées à d'autres aménagements ne sont pas abordées dans le présent ouvrage. Concernant les vitesses, des éléments utiles pourront être trouvés dans les guides relatifs à la conception géométrique des infrastructures routières, dont une liste est fournie pour information en deuxième partie de cet ouvrage, chap. 3.3. 2.6 - Recommandations relatives à la décomposition de la source 2.6.1 - Décomposition de la route en lignes sources Dans le cas général, la route est décomposée en autant de lignes sources que de voies de circulation. Chaque ligne source est placée au centre de la voie. Le recours à un nombre de lignes sources plus réduit est admis dans les cas suivants : · Pour les routes à deux voies, la route peut être représentée par une ligne source unique placée au milieu de la plate-forme si les conditions suivantes sont réunies : ­ la puissance d'émission sonore (autrement dit tous les facteurs d'influence : débits, vitesses, allures, revêtement de chaussée, déclivité) est similaire dans les deux sens de circulation, ­ le calcul acoustique ne porte que sur des récepteurs situés à plus de 11 m de l'axe de la route. · Pour les routes à plus de deux voies, si le calcul acoustique ne porte que sur des récepteurs en vue directe sur la route : Domaine d'emploi 17 La route peut être représentée par une seule ligne source par sens de circulation, placée au milieu de chaque chaussée, si tous les récepteurs considérés sont situés à une distance de l'axe de la route d'au moins 2,4 fois la largeur de la plate-forme. En outre, si la puissance d'émission sonore (débits, vitesses, allures, revêtement de chaussée, déclivité) est similaire dans les deux sens de circulation, la route peut être représentée par une ligne source unique placée au milieu de la plate-forme. · Pour les routes à plus de deux voies, si le calcul acoustique comporte des récepteurs en vue masquée sur la route : La route peut être représentée par une seule ligne source par sens de circulation, placée au milieu de chaque chaussée, si tous les récepteurs considérés sont situés à une distance de l'axe de la route d'au moins 6 fois la largeur de la plate-forme. Il n'est pas admis de représenter la route par une ligne source unique. 2.6.2 - Découpage de chaque ligne source en tronçons acoustiquement homogènes 2.6.2.1 - Cas général : section courante Un tronçon acoustiquement homogène de ligne source est une portion de la route sur laquelle l'émission sonore du flot de véhicules varie peu, et sur laquelle on considérera dans la modélisation que cette émission est uniforme. En pratique, la variation des facteurs influençant l'émission sonore doit respecter sur un tronçon acoustiquement homogène les valeurs maximales figurant dans le tableau 2.4. Facteur Débit moyen horaire de la période pour chaque catégorie de véhicules (VL et PL) Vitesse représentative de chaque catégorie de véhicules Allure représentative de chaque catégorie de véhicules Catégorie de revêtement de chaussée Déclivité de la route (si elle est supérieure à 2 %) Variation Variation maximale 5 % Variation maximale 10 km/h pas de changement d'allure pas de changement de catégorie de revêtement de chaussée Variation maximale 1 % Tableau 2.4 - Variations maximales sur un tronçon acoustiquement homogène Si l'une de ces exigences n'est pas respectée, le tronçon considéré doit être subdivisé en plusieurs tronçons acoustiquement homogènes. 2.6.2.2 - Cas particulier : tronçon précédant ou suivant un point d'arrêt Aux très faibles vitesses, lorsque les véhicules accélèrent ou décélèrent, la variation maximale de la vitesse admissible sur un tronçon acoustiquement homogène devrait être de l'ordre de 5 km/h pour assurer une faible variation de l'émission. Or en situation de démarrage ou précédant immédiatement un arrêt, une telle variation de vitesse intervient sur des distances très courtes, ce qui conduirait à subdiviser la ligne source en tronçons homogènes de très faible longueur. Un découpage aussi fin est inutile pour conserver une bonne précision de l'évaluation au point récepteur. Il est possible, sans induire une erreur significative, de modéliser ces zones par un tronçon d'émission sonore uniforme. En pratique, si la route comporte un point d'arrêt (carrefour à feux, stop, perte de priorité, etc.), on considérera sur les 20 derniers mètres en amont du point d'arrêt un unique tronçon, dit "tronçon d'arrêt". De même, sur les 20 premiers mètres en aval du point d'arrêt, on considérera un unique tronçon, dit "tronçon de démarrage". Sur chacun de ces deux tronçons, l'émission sonore utilisée pour les calculs est uniforme. La vitesse des véhicules (VL et PL) en entrée du tronçon d'arrêt et en sortie du tronçon de démarrage est de 25 km/h. La justification de ce principe est exposée au chapitre 2.7, sous-chapitre 2.7.4 de cet ouvrage. 18 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 2.7 - Puissance d'émission par mètre de ligne source pour un débit unitaire L W/m 2.7.1 - Principes 2.7.1.1 - Cas général : composantes moteur et roulement Pour chaque catégorie de véhicules, la puissance d'émission sonore par mètre de ligne source pour un débit de 1véh/h (dit "débit unitaire"), notée LW/m/véh, est calculée par : LW/m/véh = Lr_W/m Lm_W/m Où Lr_W/m Lm_W/m est la composante de LW/m/véh supposée émise par le contact pneumatique-chaussée, dite aussi "composante roulement" ; est la composante de LW/m/véh supposée émise par l'ensemble des sources mécaniques des véhicules, dite aussi "composante moteur" ; représente l'addition énergétique : L1 L2 = 10.log[10L1/10 + 10L2/10] (19) Le mode de calcul des deux composantes est décrit ci-après. Remarque : les expressions "composante moteur" et "composante roulement" sont des facilités de langage. Les auteurs ne prétendent pas à la pertinence de chacun de ces deux termes pris isolément sur l'ensemble du domaine de vitesses, mais uniquement à celle de leur somme énergétique LW/m/véh. Pour plus de détails, voir en partie 3 de cet ouvrage le chapitre 3.4. 2.7.1.2 - Cas particulier : tronçons "de démarrage" et "d'arrêt" On a défini au chapitre 2.6 un tronçon acoustiquement homogène dit "de démarrage" sur les 20 premiers mètres en aval d'un point d'arrêt, et un tronçon acoustiquement homogène dit "d'arrêt" sur les 20 derniers mètres en amont d'un point d'arrêt. Ces tronçons correspondent aux zones dans lesquelles la vitesse des véhicules (VL et PL) est inférieure à 25 km/h. Sur chacun de ces deux tronçons, la puissance d'émission utilisée est uniforme. Les valeurs de LW/m/véh à utiliser sont fournies à l'annexe 4. 2.7.2 - Composante "roulement" 2.7.2.1 - Définition des catégories de revêtements L'influence du revêtement de chaussée sur le bruit émis par les véhicules a fait l'objet en France de nombreuses mesures (procédures décrites dans [19], [20]) dont les résultats sont rassemblés dans une base de données. La Figure 2.5 synthétise les résultats obtenus sur quelque 380 planches avec la procédure VI (véhicules isolés), pour le cas des véhicules légers. Les résultats sont rassemblés par technique. Chaque point représente le LAmax à 90 km/h d'une planche ; il est le résultat d'une analyse statistique sur les mesures au passage d'au moins 80 véhicules isolés [34]. La figure donne également à droite de ces points la valeur moyenne de la catégorie du revêtement ainsi qu'en vert son écart type. On constate une forte dispersion des résultats de mesures au sein d'une même technique. On peut néanmoins définir trois catégories de revêtements notées R1 à R3, chaque catégorie regroupant plusieurs techniques de revêtements. Domaine d'emploi 19 Base de données des revêtements : mesures VI/VL (LAmax, température de 20°, vitesse 90 km/h) 87 85 83 81 79 77 75 73 71 69 67 65 R1 R2 80 80 R3 81 81 82 LAmax en dB(A) 78 78 78 74 75 76 75 76 78 BBTM 0/10-type2 BBTM 0/10-type1 BBTM 0/6-type1 BBSG 0/14 BBTM 0/6-type2 BBUM 0/10 BBTM 0/14 BBSG 0/10 BBUM 0/6 BBDr 0/10 Chaque point correspond à une planche. La valeur accompagnant chaque barre est la moyenne de la catégorie, avec son écart type en vert. Figure 2.5 - Définition des catégories de revêtements Les sigles ont la signification suivante : BBTM : Béton Bitumineux Très Mince BBUM : Béton Bitumineux Ultra Mince BBDr : Béton Bitumineux Drainant BBSG : Béton Bitumineux Semi-Grenu ECF : Enrobé Coulé à Froid BC : Béton de Ciment ES : Enduit Superficiel La figure 2.5 ne rassemble que les techniques de revêtements pour lesquelles les données disponibles étaient en nombre suffisant pour autoriser une exploitation statistique (cf. troisième partie, chapitre 3.5). Si un utilisateur souhaite modéliser un site présentant une technique de revêtement ne figurant pas dans cette figure, il déterminera en fonction de la granulométrie, des caractéristiques de surface et de la porosité éventuelle la catégorie susceptible de mieux représenter la technique souhaitée. Les pavés constituent un cas particulier, dans la mesure où l'émission sonore associée est supérieure à celle fixée pour la catégorie R3. Des résultats de mesures pour les pavés sont fournis à titre indicatif en troisième partie de cet ouvrage au chapitre 3.5. Compte tenu des difficultés de mise en oeuvre des revêtements de chaussée, il est utile de préciser que la figure 2.5 n'implique en aucune façon qu'un même type de revêtement utilisé dans deux chantiers différents sera dans les deux cas dans la même catégorie. Ainsi par exemple, le BBUM 0/6 pourra dans certaines situations avoir les caractéristiques d'un revêtement R1, mais aussi dans d'autres situations celles d'un revêtement R2. La classification résulte simplement de l'observation statistique après des mesures acoustiques, qu'illustre la figure ci-dessus, dans laquelle nous pouvons constater qu'il se détache trois catégories de revêtements. En conséquence, la figure 2.5 ne doit donc pas être considérée comme une référence par la maîtrise d'ouvrage dans le choix d'un revêtement. 20 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier ES 10/14 ES 6/10 ECF BC 2.7.2.2 - Puissance d'émission par mètre de ligne source Lr_W/m pour un revêtement âgé Le tableau 2.6 présente par catégorie de revêtement les formules de Lr_W/m pour les VL et les PL ainsi que leur domaine d'emploi en vitesse. VL Domaine de vitesse Catégorie de revêtements R1 R2 R3 20 km/h V 130 km/h 53,4 + 21 log(V/90) 55,4 + 20,1 log(V/90) 57,5 + 21,4 log(V/90) PL 20 km/h V 100 km/h 61,5 + 20 log(V/80) 63,4 + 20 log(V/80) 64,2 + 20 log(V/80) Tableau 2.6 - Formules de la composante "roulement" pour un revêtement âgé Ces formules sont représentatives de l'émission moyenne associée à un revêtement âgé d'au moins dix ans, donc "en état d'usage", mais ne présentant pas de défaut de surface. Elles sont à employer dans le cas général, et notamment lorsque la modélisation est effectuée pour vérifier le respect des niveaux sonores réglementaires à un horizon lointain ou sur une longue période. Dispersion des valeurs réelles - Intervalle de confiance à 95 % Les formules de la composante "roulement" exposées ci-dessus correspondent pour chaque catégorie de revêtements à la moyenne d'un grand nombre de planches. La distribution des valeurs associées à chaque planche présente une forme approximativement gaussienne autour des valeurs moyennes de chaque technique. Le tableau 2.7 suivant présente les valeurs de l'intervalle de confiance à 95 % associé à la composante "roulement". VL Catégorie de revêtements R1 R2 R3 ± 3,4 dB(A) ± 2,5 dB(A) ± 2,9 dB(A) PL ± 3,1 dB(A) ± 3,2 dB(A) ± 2,5 dB(A) Tableau 2.7 - Intervalle de confiance à 95 % associé à la composante "roulement" La dispersion des valeurs réelles des planches au sein de chaque catégorie de revêtements n'est pas négligeable. L'estimation de la composante roulement d'une planche donnée à partir de la valeur de la catégorie de revêtement peut induire une erreur significative sur les niveaux sonores calculés aux récepteurs par rapport à la valeur réelle. Dans l'idéal, l'intervalle de confiance à 95 % associé à la composante "roulement"devrait être utilisé, dans le cadre d'un calcul prévisionnel de bruit, pour apprécier l'incertitude associée aux niveaux sonores calculés aux points récepteurs. Cette appréciation serait plus particulièrement utile lorsque le calcul prévisionnel a pour objet de vérifier le respect d'un objectif réglementaire. Cependant cette appréciation nécessite de combiner les imprécisions associées aux autres éléments du calcul (autres données d'entrée, calculs de propagation, etc.), dont la connaissance n'est à ce jour que très partielle du fait du grand nombre de paramètres en jeu ainsi que de la complexité des phénomènes intervenant dans la propagation. La démarche d'appréciation des incertitudes associées aux résultats des calculs ne sera pas abordée dans le présent ouvrage. Une approche plus simple, explicitée en deuxième partie au chapitre "Démarche de production des composantes roulement", peut consister à majorer la composante "roulement" par un coefficient de sécurité adapté à la probabilité de dépassement que le maître d'ouvrage juge admissible. En tout état de cause, la décision quant à une éventuelle majoration de ce type relève du maître d'ouvrage de l'infrastructure modélisée puisque c'est lui qui devra supporter les conséquences d'éventuelles sous-estimations (induisant un non-respect des exigences réglementaires) comme d'éventuelles surestimations (pouvant conduire à un surdimensionnement des protections acoustiques sur le site). Domaine d'emploi 21 2.7.2.3 - Puissance d'émission par mètre de ligne source Lr_W/m en fonction de l'âge du revêtement Lorsque l'étude vise à modéliser un site comportant un revêtement d'âge inférieur à dix ans, la puissance d'émission par mètre de ligne source Lr_W/m est corrigée par le terme Lr_W/m défini dans le tableau 2.8. VL Age du revêtement Catégorie de revêtements R1 R2 R3 2 ans -4 -2 -1,6 2 à 10 ans 0,5.(a-10) 0,25.(a-10) 0,2.(a-10) 2 ans -2,4 -1,2 -1 PL 2 à 10 ans 0,3.(a-10) 0,15.(a-10) 0,12.(a-10) Tableau 2.8 - Correctif Lr_W/m, en dB(A), en fonction de l'âge du revêtement, noté a, en années. Dispersion des valeurs réelles - Intervalle de confiance à 95 % Les valeurs citées au chapitre précédent sont valables quel que soit l'âge du revêtement. 2.7.2.4 - Possibilité d'utiliser d'autres valeurs de la composante "roulement" La méconnaissance des caractéristiques acoustiques réelles de la planche à modéliser peut induire une erreur significative sur les niveaux sonores calculés aux récepteurs. Afin de réduire ce risque, il est admis, sous certaines conditions, d'utiliser une valeur de la composante "roulement" différente des formules définies précédemment. Ces conditions sont les suivantes : · la modélisation doit porter sur une situation existante : la planche existe et aucune projection dans le temps n'est effectuée (ceci correspond typiquement à l'évaluation d'un état initial) ; · des résultats de mesures de bruit des véhicules au passage, réalisées sur la même planche selon les normes en vigueur, sont disponibles pour les VL et les PL ou à défaut, pour les VL seuls. Les "trains routiers" (poids lourds d'au moins 4 essieux) définis par la norme S 31-119 seront considérés ici représentatifs de l'ensemble des poids lourds ; · la modélisation est représentative de la date à laquelle les mesures au passage ont été réalisées. Si ces conditions sont respectées, la composante "roulement" des VL et des PL sur le site étudié peut être évaluée selon la démarche décrite en troisième partie de cet ouvrage au chapitre 3.5. Ces valeurs seront produites sous la seule responsabilité de l'opérateur et devront être justifiées dans le rapport d'étude, notamment par une référence au procès-verbal d'essai des mesures exploitées. 2.7.3 - Composante "moteur" La composante "moteur" Lm_W/m est fonction de l'allure et de la vitesse des véhicules, ainsi que, pour les PL, de la déclivité de la route. · Pour l'allure on distingue trois cas : allure stabilisée, accélération ou décélération. L'accélération n'est prise en compte que par cette approche qualitative, non de façon quantifiée. La condition d'allure stabilisée ne s'applique que pour une vitesse minimale de 20 km/h. On rappelle également qu'en situation d'accélération et de décélération, la décomposition en composantes moteur et roulement n'est pratiquée que pour les vitesses supérieures à 25 km/h. · Pour la déclivité on distingue trois cas : route horizontale (déclivité inférieure à 2 %), montée (déclivité de 2 % à 6 %), descente (déclivité de 2 % à 6 %). En montée et en descente la déclivité intervient de façon quantitative dans le calcul de la composante "moteur" des PL. Les déclivités supérieures à 6 % ne sont pas traitées par la présente méthode. Dans le domaine de la méthode, la déclivité n'a pas d'influence sur la composante "moteur" des VL. Remarque : la déclivité de la route influe de deux façons sur le bruit émis : d'une part en modifiant la vitesse des véhicules, d'autre part à vitesse donnée en modifiant la composante "moteur". Le premier effet est abordé au chapitre 3.6. Seul le second effet est abordé ici. 22 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Pour chaque configuration qui suit sont présentés les formules permettant de calculer la composante "moteur" Lm_W/m en fonction de la vitesse, puis pour information un graphe illustrant la valeur de LW/m qui en résulte par combinaison avec les trois catégories de revêtements pour une planche âgée. 2.7.3.1 - VL en allure stabilisée (toutes déclivités, V 20 km/h) V - km/h 20 à 30 30 à 110 110 à 130 Lm_W/m 36,7 ­ 10 log(V/90) 42,4 + 2,0 log(V/90) 40,7 + 21,3 log(V/90) Tableau 2.9 - Formules de la composante "moteur" pour les VL en allure stabilisée Figure 2.10 - LW/m pour les VL en allure stabilisée, sur un revêtement âgé Domaine d'emploi 23 2.7.3.2 - VL en accélération (toutes déclivités, V 25 km/h) V - km/h 25 à 100 100 à 130 Lm_W/m 46,1 ­ 10 log(V/90) 44,3 + 28,6 log(V/90) Tableau 2.11 - Formules de la composante "moteur" pour les VL en accélération Figure 2.12 - LW/m pour les VL en accélération, sur un revêtement âgé 24 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 2.7.3.3 - VL en décélération (toutes déclivités, V 25 km/h) V - km/h 25 à 80 80 à 110 110 à 130 Lm_W/m 42,1 - 4,5 log(V/90) 42,4 + 2 log(V/90) 40,7 + 21,3 log(V/90) Tableau 2.13 - Formules de la composante "moteur" pour les VL en décélération Figure 2.14 - LW/m pour les VL en décélération, sur un revêtement âgé Domaine d'emploi 25 2.7.3.4 - PL, toutes allures et toutes déclivités Les formules permettant de calculer Lm_W/m pour les PL sont plus simples que pour les VL (tableau 2.15). Pour les différentes conditions d'allure et de déclivité, elles sont obtenues à partir des formules relatives à l'allure stabilisée sur route horizontale par simple ajout d'un correctif Lm_W/m indépendant de la vitesse (tableau 2.16). V - km/h 20 à 70* 70 à 100 Lm_W/m 49,6 - 10 log(V/80) + Lm_W/m 50,4 + 3 log(V/80) + Lm_W/m * Rappel : les allures en accélération et décélération ne s'appliquent que pour une vitesse supérieure ou égale à 25 km/h. Tableau 2.15 - Formules de la composante "moteur" pour les PL. Lm_W/m est détaillé dans le tableau 2.16. déclivité 0% p 2% allure stabilisée accélération décélération 0 dB(A) 5 dB(A) 0 dB(A) montée 2% p 6% 2.(p-2) 5 + max[2.(p-4,5) ; 0] 0 dB(A) p en % (valeur absolue) Tableau 2.16 - Valeurs du correctif Lm_W/m. descente 2% p 6% 1.(p-2) 5 dB(A) 1.(p-2) Les figures 2.17 à 2 ;21 illustrent pour les configurations simples la valeur de LW/m qui en résulte par combinaison avec les trois catégories de revêtements pour une planche âgée. Figure 2.17 - LW/m pour les PL en allure stabilisée sur route horizontale, sur un revêtement âgé 26 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Figure 2.18 - LW/m pour les PL en accélération sur route horizontale, sur un revêtement âgé Figure 2.19 - LW/m pour les PL en décélération sur route horizontale, sur un revêtement âgé Domaine d'emploi 27 Figure 2.20 - LW/m pour les PL à vitesse stabilisée en montée de 6 %, sur un revêtement âgé Figure 2.21 - LW/m pour les PL à vitesse stabilisée en descente de 6 %, sur un revêtement âgé 28 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 2.7.4 - Tronçons "de démarrage" et "d'arrêt" Les puissances d'émission LW/m/véh à utiliser pour les VL et les PL sur les tronçons "de démarrage" et "d'arrêt" sont définies dans le tableau 2.22-A. Elles sont indépendantes de la catégorie du revêtement (son influence est considérée comme négligeable à ces faibles vitesses). Pour les PL, elles dépendent de la déclivité de la route. VL toutes déclivités tronçon de démarrage tronçon d'arrêt 51,1 44,5 route horizontale 0% p 2% 62,4 58,0 PL montée 2% p 6% 62,4 + max[2.(p-4,5) ; 0] 58,0 descente 2% p 6% 62,4 58,0 + (p-2) p en % (valeur absolue) Tableau 2.22-A - Puissances d'émission LW/m/véh, en dB(A), pour les tronçons "de démarrage" et "d'arrêt". Remarque : ces valeurs représentent l'émission sonore moyenne du tronçon. Il n'y a donc pas de continuité avec les valeurs correspondant à la même configuration pour 25 km/h. Les valeurs du tableau 2.22-A ont été établies sans tenir compte de l'effet du vieillissement. En tenant compte de l'effet du vieillissement, les valeurs sont alors les suivantes : VL toutes déclivités tronçon de démarrage tronçon d'arrêt 51,3 45,1 PL route horizontale 0% p 2% 62,5 58,3 montée 2% p 6% 62,5 + max[2.(p-4,5) ; 0] 58,3 descente 2% p 6% 62,5 58,3 + (p-2) Tableau 2.22-B - Puissances d'émission LW/m/véh, en dB(A), pour les tronçons "de démarrage" et "d'arrêt" en tenant compte du vieillissement. 2.8 - Répartition spectrale On considère pour la répartition spectrale R(j) par tiers d'octave de la puissance d'émission sonore d'un point source élémentaire deux séries de valeurs selon la technique de revêtement de chaussée : · les revêtements drainants (BBDr : Bétons Bitumineux Drainants) d'une part, · toutes les autres techniques de revêtements d'autre part. fréquence centrale du tiers d'octave (Hz) revêtements drainants revêtements non drainants fréquence centrale du tiers d'octave (Hz) revêtements drainants revêtements non drainants 100 -22 -27 800 -9 -8 125 -22 -26 1000 -10 -7 160 -20 -24 1250 -11 -8 200 -17 -21 1600 -12 -10 250 -15 -19 2000 -13 -13 315 -12 -16 2500 -16 -16 400 -10 -14 3150 -18 -18 500 -8 -11 4000 -20 -21 630 -9 -11 5000 -23 -23 Tableau 2.23 - Répartition spectrale R(j) par tiers d'octave de la puissance d'émission sonore d'un point source élémentaire, en dB(A) La somme énergétique des valeurs correspondant aux 18 tiers d'octave est égale à 0 dB(A). Domaine d'emploi 29 30 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3 ­ Commentaires et analyses 3.1 - Introduction La deuxième partie de cet ouvrage rassemble tous les éléments et commentaires que les auteurs ont jugé utile de fournir en accompagnement de la méthode de calcul proprement dite. Il s'agit notamment : · de l'origine et de la justification des formules et des valeurs adoptées, et de leurs limites éventuelles ; · des enjeux acoustiques associés aux différents paramètres ; · des modifications intervenues par rapport à la pratique antérieure (Guide du Bruit des Transports Terrestres [3], autres documents) ; · de réflexions plus générales sur l'état des connaissances relatives aux différents facteurs, et sur les travaux nécessaires pour une éventuelle version future de la méthode de prévision du bruit routier. Cette partie est organisée autant que possible selon une structure similaire à la première partie. Seront ainsi successivement abordés : · les hypothèses de débit des véhicules (chap. 3.2), · les hypothèses de vitesses et d'allure (chap. 3.3), · les valeurs d'émission unitaires LW/m/véh (chap. 3.4 à 3.9), · la répartition spectrale (chap. 3.10). Les valeurs d'émission unitaires sont traitées en plusieurs chapitres décrivant tout d'abord la démarche générale de production des valeurs d'émission unitaires (chap. 3.4), puis plus spécifiquement les démarches de production des composantes roulement (chap. 3.5) et des composantes moteur VL (chap. 3.6) puis PL (chap. 3.7). Les chapitres 3.8 et 3.9 apportent enfin des commentaires sur les enjeux associés à ces valeurs, et les comparent à celles publiées dans le Guide du Bruit. 3.2 - Hypothèses de débit 3.2.1 - Enjeux associés Le profil journalier du trafic est très variable selon la catégorie de véhicules et selon la catégorie d'infrastructure. La figure 3.1 représente à titre d'illustration, pour un échantillon de 249 sites sur routes nationales (RN), la part moyenne du trafic de chaque tranche horaire dans le trafic journalier, séparément pour les VL et les PL. Commentaires et analyses 31 9 8 7 % du TMJA 6 5 4 3 2 1 0 10 h11 h 12 h13 h 14 h15 h 16 h17 h 18 h19 h 20 h21 h 22 h23 h VL PL 0h -1 h 2h -3 h 4h -5 h 6h -7 h 8h -9 h Tranche horaire Figure 3.1 - Profils moyens journaliers de trafic VL et PL sur RN par tranche horaire Seuls les VL sont sujets à une pointe en fin d'après-midi, celle-ci s'achevant dès 19 h. Le trafic PL est plus régulier au cours de la journée et décroît dès 18 h. En revanche, les PL circulent proportionnellement plus la nuit que les VL. Ainsi, le sondage de circulation effectué sur le réseau national interurbain en 1996-97 [8] a montré qu'en moyenne : · sur les routes nationales, 7 % des VL et 14 % des PL circulent la nuit (entre 22 h et 6 h). La part des PL dans le trafic total est ainsi deux fois plus élevée la nuit (22 %) qu'entre 6 h et 22 h (11 %) ; · sur les autoroutes, cette tendance est encore plus forte : 9 % des VL et 18 % des PL circulent la nuit. La proportion de PL dans le trafic total, égale à 14 % entre 6 h et 22 h, s'élève à 25 % la nuit. En outre, il existe autour de ces moyennes de grandes disparités entre les axes de même catégorie administrative. Sur le réseau autoroutier, la proportion de PL la nuit varie de 8 % à plus de 40 % selon les sites. Sur route nationale, pour des TMJA du même ordre, deux sites peuvent supporter des débits PL nocturnes variant du simple au triple. La connaissance des seuls trafics journaliers (24 h) de VL et de PL et de la catégorie de route n'est donc pas suffisante pour estimer correctement les niveaux sonores nocturnes. Cette variabilité peut être réduite par une analyse de la fonction de la route. En effet, il apparaît pour les axes interurbains que le trafic nocturne est lié à l'importance du trafic de transit : une route remplissant principalement une fonction de transit de longue distance (trajets inter-régionaux, voire internationaux) supporte un trafic de nuit proportionnellement plus important qu'une route utilisée pour des déplacements de courte distance (trajets domicile-travail, livraisons de proximité, etc.). Ainsi, une étude acoustique qui méconnaîtrait le fonctionnement particulier de l'infrastructure en période nocturne risquerait de sous-estimer fortement les niveaux de bruit et de commettre ainsi une erreur très préjudiciable. 3.2.2 - Démarche générale d'estimation des débits moyens horaires à partir des TMJA Les débits de véhicules par période peuvent être soit déterminés à partir de comptages, soit estimés par l'application de formules. 32 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Le recours à des comptages pour évaluer la répartition journalière des trafics VL et PL n'est matériellement possible que pour l'étude d'une infrastructure existante. Par ailleurs, cette démarche peut dans certaines situations s'avérer très lourde et d'un coût disproportionné au regard des enjeux de l'étude, notamment lorsque le réseau étudié est étendu. Les comptages ne sauraient donc constituer une solution systématique. C'est pourquoi les estimations des trafics sur les différentes périodes ont été établies à partir d'analyses statistiques ; elles sont présentées en partie 2 de cet ouvrage aux chapitres 2.4.2 et 2.4.3. Ces estimations sont fondées sur les valeurs moyennes obtenues pour chacun des sous-échantillons de sites exploités. Le choix de la démarche à appliquer pour évaluer les trafics VL et PL sur les différentes périodes sera donc fonction du contexte de l'étude. Quelle que soit la démarche retenue, il est recommandé de prendre systématiquement, pour sa mise en oeuvre, le conseil d'un spécialiste des études de trafic. De façon générale, la réalisation et l'exploitation de comptages spécifiques par périodes ne sont recommandées que pour les besoins d'une étude détaillée, c'est-à-dire portant sur un axe déterminé et une zone localisée. Il est rappelé que ces comptages doivent obligatoirement distinguer VL et PL. L'attention est également attirée sur le fait que les profils de trafics (notamment de soirée et de nuit) présentent une certaine variabilité selon les jours de la semaine. La définition des modalités de comptage doit donc impérativement associer un spécialiste des études de trafic, afin d'assurer une représentativité suffisante vis-à-vis de la moyenne annuelle. Ces comptages peuvent alors être exploités non seulement pour l'évaluation de la situation actuelle, mais aussi pour l'évaluation d'une situation future, si l'étude concerne un aménagement sur place (élargissement, projet de protections acoustiques, etc.) ou une déviation de faible longueur, sous réserve que l'étude prévisionnelle de trafic n'ait pas mis en évidence de modification de la fonction de la route. Pour l'évaluation d'une situation future, la répartition journalière observée pour chacune des catégories de véhicules est alors appliquée au TMJA de l'horizon de prévision. Lorsque l'étude consiste à prévoir le bruit d'une route nouvelle, ou d'une route existante dont la fonction sera modifiée, l'analyse doit distinguer et traiter séparément : · d'une part le trafic lié à des établissements locaux (grande zone industrielle, centre commercial important, etc.) susceptibles de générer une part substantielle de la circulation (notamment de poids lourds) prévue sur l'itinéraire. L'étude prévisionnelle de trafic doit comprendre une analyse du fonctionnement de ces générateurs selon les différentes périodes ; · d'autre part le trafic dont les origines et les destinations sont "diffuses" ou lointaines, lié au fonctionnement général d'une agglomération ou d'un itinéraire : sa répartition entre les différentes périodes peut être estimée comme exposée aux chapitres 2.4.2 et 2.4.3. L'utilisation des formules est également recommandée pour les études macroscopiques portant sur un réseau étendu, dont l'enjeu ne justifie généralement pas la réalisation de comptages spécifiques, excepté sur quelques axes bien identifiés. 3.2.3 - Origine des formules pour les axes interurbains Les formules définies pour l'estimation de la répartition des trafics VL et PL sur les quatre périodes 6h-22h, 6h18h, 18h-22h et 22h-6h sont celles publiées dans la note d'information du Sétra série EEC n°77 [7] (cf. annexe 3). Cette note précise également le domaine d'emploi des formules, l'intervalle de confiance associé, et décrit l'échantillon de sites qui a été exploité pour aboutir à ces formules. Pour une connaissance de ces éléments, le lecteur est renvoyé à ce document. Commentaires et analyses 33 3.2.4 - Origine des formules pour les axes urbains Pour les axes urbains, les valeurs présentées au chapitre 2.4.3 sont issues de l'exploitation d'une base de données trafic du Certu. Cette base de données a été constituée entre 2000 et 2005 et alimentée par des données issues de comptage en milieu urbain, réalisés pour d'autres objectifs. On dispose ainsi de campagnes de mesures réalisées sur 200 sites réparties sur 34 communes du territoire français, principalement dans les grandes agglomérations. Une première exploitation de ces données réalisée en 2005 a permis d'analyser les données recueillies et de produire les données décrites. Les valeurs proposées montrent une variation importante du pourcentage de poids lourd sur les voies rapides urbaines de jour comme de nuit et une variation relative très importante du pourcentage de trafic nocturne tous véhicules par rapport au trafic total. Or ce sont précisément ces grandeurs pour lesquelles l'enjeu est le plus important. Ces éléments ne permettent donc pas à ce jour de proposer des formules de passage. Un affinage des paramètres affectant ces pourcentages est nécessaire pour permettre d'expliquer ces variations importantes. 3.2.5 - Débit horaire équivalent de l'émission sonore maximale du flot 3.2.5.1 - Notion de débit équivalent de l'émission sonore maximale du flot Le calcul du niveau de puissance acoustique émis par mètre de plate-forme LW / m nécessite la connaissance des débits et des vitesses pour chaque catégorie de véhicules. Ces deux types de données sont interdépendantes : un débit élevé induit des contraintes sur l'écoulement du flot, qui se traduisent par une baisse des vitesses pratiquées. L'augmentation du débit et la diminution des vitesses qui en résulte ont des effets contraires sur l'émission sonore, de sorte que celle-ci atteint une valeur maximale pour un débit inférieur à la capacité de la chaussée. Cette situation est communément appelée "saturation acoustique". Par simplicité, les calculs prévisionnels de bruit sont fondés, pour chaque catégorie de véhicules, sur une hypothèse de vitesse égale à la "vitesse libre" ou "vitesse à vide" (c'est-à-dire la vitesse pratiquée lorsque le débit est très faible et n'induit pas de contrainte sur l'écoulement), et non sur les vitesses réelles qui dépendent du débit. Ce principe induit une surestimation de la puissance d'émission sonore du flot inévitable sauf à introduire directement des lois débits-vitesses dans le modèle de prévision. Afin que la puissance d'émission sonore résultant des calculs prévisionnels ne dépasse pas celle observable en situation de saturation acoustique, on plafonne les hypothèses de débit utilisés Pour une proportion de poids lourds donnée, notée %PL, on appelle débit équivalent de l'émission sonore maximale du flot QTV _ equiv la valeur du débit tous véhicules qui donnerait, pour la même valeur de %PL et pour les vitesses à vide VL et PL, la puissance d'émission sonore maximale correspondant à la situation de saturation acoustique. 3.2.5.2 - Origine des formules pour les autoroutes interurbaines Les formules pour les autoroutes interurbaines sont issues d'une étude conduite par le Sétra [9] et fondée sur des relations entre débits et temps de parcours publiées précédemment [10]. Cette étude a schématiquement procédé comme suit : 1) Pour de nombreuses hypothèses de débit tous véhicules (de 600 à 4500 véh/h pour une chaussée de 3 voies, et de 400 à 3000 véh/h pour une chaussée de 2 voies) et de proportion de PL (de 0 à 35 %) : · calcul des temps de parcours associés, puis des vitesses moyennes correspondantes, par application des relations débits - temps de parcours ; · calcul de la puissance d'émission sonore pour un débit unitaire de chaque catégorie de véhicules, au moyen des formules présentées en deuxième partie du présent ouvrage, pour les trois catégories de revêtements de chaussée ; 34 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier · calcul de la puissance d'émission sonore par mètre de plate-forme pour les hypothèses de trafic fixées, et ce pour les trois catégories de revêtements de chaussée. 2) Pour chaque catégorie de revêtements et chaque valeur de %PL : · on relève la valeur maximale de la puissance d'émission sonore rencontrée sur la plage de débits QTV étudiée ; · on calcule ensuite le débit équivalent de l'émission maximale du flot QTV _ equiv qui donnerait, pour la même valeur du %PL et pour les vitesses à vide VL et PL, cette puissance d'émission sonore maximale. 3) Enfin, on recherche une formule générale permettant d'exprimer QTV _ equiv en fonction de %PL. Les figures 3.2 (autoroute à 2 voies) et 3.3 (autoroute à 3 voies) ci-dessous présentent la variation de QTV _ equiv en fonction du %PL pour chaque catégorie de revêtements. La représentation graphique des résultats obtenus montre que les courbes relatives aux catégories de revêtements R1 et R2 sont presque confondues. Pour la catégorie R3, le débit équivalent de l'émission sonore maximale du flot est légèrement plus faible, de l'ordre de 100 véh/h, pour les proportions de PL élevées. Considérant que les revêtements de catégorie R3 sont peu répandus sur les autoroutes à fort trafic, la relation recherchée a été établie à partir des catégories R1 et R2. 2100 QTV_equiv - autoroute 2 voies R1 2000 R2 1900 1800 1700 1600 0 5 10 15 20 %PL 25 30 35 40 y = -9,8223x + 2006,8 R3 Linéaire (R2) Figure 3.2 - Variation de QTV _ equiv en fonction du %PL pour chaque catégorie de revêtements ­ autoroute à 2 voies 3400 QTV_equiv - autoroute 3 voies 3300 3200 3100 3000 2900 2800 2700 2600 2500 2400 0 5 10 15 20 %PL 25 30 35 40 y = -22,454x + 3294,1 R1 R2 R3 Linéaire (R2) Figure 3.3 - Variation de QTV _ equiv en fonction du %PL pour chaque catégorie de revêtements ­ autoroute à 3 voies Commentaires et analyses 35 3.2.5.3 - Origine des formules pour les voies rapides urbaines Les formules pour les voies rapides urbaines sont établies à partir de jeux de données trafic sur 17 sites réels de typologies allant de 2x2 à 2x5 voies et des formules statistiques issus du rapport du Certu à paraître "Niveaux de service de circulation des voies rapides urbaines de type A". La méthodologie adoptée se décline comme suit. Elle est détaillée dans le rapport du Certu à paraître "Approche de l'émission acoustique maximum sur VRU de type A". Choix d'une courbe débit/vitesse Pour chaque axe considéré, on calibre une courbe débit/vitesse à partir des paramètres a, b et alpha donnés dans le rapport cité en référence. De plus, sur ces courbes on travaille uniquement sur la partie en circulation fluide, les allures des véhicules audelà de la capacité n'étant pas connues. Tous les sites sont utilisés, sauf celui de Paris A1 car les mesures ont été réalisées à capacité, c'est à dire dans des conditions de trafic non fluide. Les calculs sont réalisés à partir de formules théoriques, en prenant une équivalence trafic VL/PL Cvp égale à 2 et les %PL fournis par le document cité précédemment. Calcul des vitesses en fonction de la concentration et du taux de poids lourds La vitesse du flot de véhicules est calculée à partir du taux de poids lourds et de la concentration en véhicules selon la formule suivante : V = [1 + (Cvp - 1) × (PL )] (a × e - b× K alpha ) (20) avec un taux de poids lourds %PL variant de 0% à 20%, ce qui prend en compte la majorité des cas rencontrés sur VRU et une concentration K variant de 0 à la concentration critique de l'axe. Le débit total est alors obtenu par QTV = K × V (21) Calcul des contributions acoustiques En l'absence d'information permettant de différencier les vitesses des deux catégories de véhicules, on prend pour hypothèse que la vitesse des VL est égale à la vitesse des PL et égale à la vitesse du flot de véhicules. On détermine alors pour les trois catégories de revêtement de chaussée : · la puissance d'émission sonore pour un débit unitaire de chaque catégorie de véhicules ; · la puissance d'émission sonore par mètre de chaussée. Calcul du débit équivalent On identifie pour chaque catégorie de revêtement et pour chaque valeur de %PL, la valeur maximale de la puissance d'émission sonore par mètre de chaussée. On calcule ensuite le débit équivalent de l'émission maximale du flot QTVequiv qui donnerait, pour la même valeur du %PL, pour chaque catégorie de revêtement et la vitesse libre du flot, cette puissance d'émission sonore maximale. Recherche des formules liant le débit équivalent et le taux de PL Pour chaque site étudié on recherche une fonction qui permet d'estimer le débit équivalent QTVequiv en fonction du %PL. La figure 3.4 ci-dessous représente la variation du débit équivalent en fonction du %PL pour chaque catégorie de revêtement pour un site particulier. On constate alors que les valeurs pour la catégorie de revêtement R3 sont 36 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier significativement plus faibles que pour les catégories R1 et R2. Les revêtements de la catégorie R3 étant en outre peu représentés et en voie de remplacement sur les VRU, on choisit de se baser uniquement sur les valeurs des catégories de revêtements R1 et R2 pour rechercher la fonction liant débit équivalent et %PL. Variation du débit équivalent en fonction de %PL 2900 2850 2800 2750 2700 Qtv en véh/h 2650 2600 2550 2500 2450 2400 2350 2300 5,00% 10,00% 15,00% 0,00% R1 R2 R3 Droite de régression %PL Figure 3.4 - Variation du débit équivalent QTV en fonction du %PL pour le site de Paris N104 La figure 3.5 suivante montre les droites de régression obtenues. Droites de régression pour les différents sites testés VRU de type A 5500 5250 5000 4750 4500 4250 4000 3750 3500 3250 3000 2750 2500 2250 2000 0,00% Lyon 2x2 Paris A86 2x2 Paris N104 2x2 Toulouse 2x2 Lille 2x3 Lyon 1 2x3 Lyon 2 2x3 Paris A3-1 2x3 Paris A3_2 2x3 Paris A6_1 2x3 Paris A6_2 2x3 Toulouse 2x3 Lille 2x4 Paris A4-1 2x4 Paris A4-2 2x4 Paris A4 2x5 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% Figure 3.5 ­ Droites de régression t QTV en fonction du %PL pour les différents sites testés Des écarts importants sur les débits horaires sont observés, entre les classes de sites de même nombre de voies de circulation mais aussi entre les sites avec le même nombre de voies. Par contre les valeurs des puissances Commentaires et analyses 37 d'émission sonore maximale correspondantes sont assez proches au sein d'une même classe et varient, de l'ordre de 1 dB(A) entre les classes. On choisit donc de retenir une formule par typologie de voie et on retient celle donnant les valeurs de débits maximales. La formule pour les chaussées à 5 voies n'est pas donnée car on ne dispose que d'un site de cette typologie. 3.2.5.4 - Origine des formules pour les axes urbains Aujourd'hui sur les axes urbains, les vitesses constatées pour les véhicules légers et les poids lourds sont sensiblement identiques et égales à la vitesse réglementaire. Dans ces conditions l'émission sonore maximum est obtenue pour le débit maximal en véhicules pour l'axe considéré, soit 1800 véh/h/voie pour un axe sans feu tricolore. Pour un axe régi par des feux tricolores, ce débit doit être pondéré par le temps de feu vert. Par exemple pour un axe où le temps de feu vert représente 50% du temps, le débit tous véhicules à prendre en compte sera 900 véh/h/voie. 3.3 - Hypothèses de vitesse et d'allure 3.3.1 - Utilisation de la vitesse moyenne arithmétique Supposons un groupe de véhicules (i = 1, ..., N) circulant chacun à la vitesse Vi. Si, dans le domaine de vitesse couvert par ces véhicules, l'émission sonore est assimilable à une loi du type LW/m/veh = a + b.log(V/Vref), alors on peut montrer que l'émission sonore de ce groupe de véhicules est égale à celle qu'aurait un groupe de N véhicules circulant tous à la même vitesse "équivalente" Veq, telle que : (Veq )b / 10 = 1 N (Vi ) i b / 10 (22) Si l'on prend comme vitesse représentative de la catégorie de véhicules la moyenne arithmétique Vm au lieu de Veq l'erreur commise sur le niveau d'émission est L W / m = L W / m ( Vm ,N) - L W / m ( Veq ,N) = b × log Vm Veq (23) Elle est fonction de la vitesse moyenne du flot, de la distribution des vitesses et de la pente b de la loi d'émission. En section courante, les histogrammes de vitesses observables pour une catégorie de véhicules donnée présentent une forme gaussienne [11]. L'écart type de la distribution des vitesses hors agglomération est de l'ordre de 15 km/h pour les VL et ne dépasse pas 10 km/h pour les PL. Si l'on prend comme vitesse représentative de la catégorie de véhicules la moyenne arithmétique Vm au lieu de Veq, le niveau de bruit est légèrement sous estimé. Les courbes tracées Figure 3.6 sont des résultats de simulation2 : elles représentent L W / m en fonction de la pente b de la loi d'émission et avec comme paramètre la vitesse moyenne du flot. L'erreur commise est négligeable. 2 On considère un tirage aléatoire de 1000 valeurs de vitesses avec une distribution uniforme (qui provoque, à même écart type, une erreur plus importante qu'une distribution normale) sur une plage de vitesses de 20 km/h à 30 km/h selon les vitesses moyennes. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 38 Figure 3.6 : erreur en dB(A) commise sur l'estimation du niveau de bruit en prenant comme vitesse représentative de la catégorie de véhicules la moyenne arithmétique au lieu de Veq Il a été décidé dans la présente méthode d'adopter comme vitesse représentative de la catégorie de véhicules la vitesse moyenne arithmétique. 3.3.2 - Valeurs identiques sur chaque période Selon les données publiées par l'observatoire national interministériel de sécurité routière [11], les vitesses moyennes pratiquées de nuit sont dans une fourchette de ± 5 km/h par rapport aux vitesses moyennes pratiquées de jour. Il n'a donc pas été jugé utile, dans la présente méthode, de définir des valeurs différentes selon la période de la journée. 3.3.3 - Vitesses forfaitaires en section courante Les hypothèses de vitesses définies en section courante sont fondées sur les données publiées par l'observatoire national interministériel de sécurité routière [11]. Ces éléments montrent notamment que les vitesses moyennes pratiquées par les VL sont relativement proches des vitesses maximales réglementaires en situation "courante fluide" (non saturée). 3.3.4 - Hypothèses pour les zones particulières : références utiles Pour les zones particulières sur routes et autoroutes interurbaines (rampes et descentes, virages, approche et sortie de carrefour, giratoires, bretelles, etc.), des hypothèses de vitesses utiles peuvent être trouvées dans les références suivantes, ou leur version actualisée : · Comprendre les principaux paramètres de conception géométrique des routes. Fiche et note d'information, Sétra, janvier 2006, 28 p. · ICTAAL - Instruction sur les conditions techniques d'aménagement des autoroutes de liaison · Circulaire du 12 décembre 2000. Guide technique, Sétra, décembre 2000, 58 p. · Aménagement des carrefours interurbains sur les routes principales. Carrefours plans - Guide technique, Sétra, décembre 1998, 133 p. Commentaires et analyses 39 · Aménagement des Routes Principales (ARP). Guide technique, Sétra, août 1994, 145 p. · Implantation des voies supplémentaires en rampes sur infrastructures à 2 x 2 voies. Note d'Information Série Économie Environnement Conception n° 21, Sétra, octobre 1989, 4 p. Pour les voies rapides urbaines : · Instruction sur les conditions techniques d'aménagement des voies rapides urbaines (ICTAVRU). Guide technique, Cetur, janvier 1990, 365 p. Pour les autres voiries urbaines : · Dimensionnement des structures des chaussées urbaines ­ Méthodologie de conception d'un catalogue adapté au contexte local. Certu, avril 2000, 58 pages · Etude des liens complexes entre formes urbaines et insécurité routière. Certu, décembre 2004, 120 pages · Guide général de la voirie urbaine. Cetur, mai 1988, 197 pages · Sections 70 en milieu agglomération ­ Guide de conception et recommandations. Certu, juin 1996, 47 pages Pour les aménagements urbains : · Carrefours urbains. Guide Certu, janvier 1999, 239 pages. · Conception structurelle d'un giratoire en milieu urbain. Certu, décembre 1999, 41 pages · Guide zone 30. Cetur, mai 1992, 64 pages · Les mini-giratoires ­ textes et recommandations. Guide Certu, décembre 1997, 19 pages · Petits aménagements de sécurité ­ Fiches zone30, traversée d'agglomération, entrée d'agglomération, aménagement de carrefour, traversée piéton, arrêt transport en commun et accès à un établissement scolaire. Certu 1994, 4 pages chaque fiche La plupart de ces documents sont télécharges sur le site Internet de la Documentation Technique Routière Française (http://dtrf.setra.equipement.gouv.fr/). 3.4 - Démarche générale de production des valeurs L W/m (1 véh/h) 3.4.1 - Enjeux Les modèles de prévision du bruit routier en France donnent des estimations du bruit en bord de voie causé par un flot de véhicules. Ils sont basés sur un jeu de valeurs d'émission sonore unitaires, chaque valeur unitaire étant associée à une catégorie de véhicule. Les valeurs d'émissions sonores unitaires des véhicules sont fournies pour l'ensemble des conditions courantes d'utilisation. Ce ne sont pas les émissions sonores de tel ou tel modèle de véhicule dans une situation spécifique mais les émissions représentatives de chaque catégorie et permettant, pour un débit et une composition donnés, d'obtenir une estimation correcte du bruit en bord de route. Les observations expérimentales montrent que le bruit de trafic augmente en général avec la vitesse du flot, mais que l'évolution n'est pas régulière sur toute la plage des vitesses. Ceci est dû au fait que le bruit d'un véhicule est produit par différentes sources dont les lois d'émission n'évoluent pas de même façon en fonction de la vitesse. Sur la version 1980 du Guide du Bruit [3] les émissions sonores E (V ) tracées en coordonnées semilogarithmique (en V) sont des segments de droite et non une droite unique. Comme indiqué sur la figure 3.7, on s'accorde à dire que bruit au passage d'un véhicule routier résulte principalement de deux sources : l'une liée au moteur, l'autre liée au roulement. · la source liée au moteur dépend principalement du régime moteur. Elle est fonction du rapport de boîte utilisé, de l'allure (stabilisée, accélérée,...) et de la charge (route horizontale, déclivité...) ; · la source bruit de roulement dépend de la vitesse et du revêtement de chaussée. Elle prédomine aux vitesses élevées3. 3 Dans les années 70 le bruit lié au roulement était reconnu prédominer à partir de 70 km/h pour les VL, et 90 km/h pour les PL [12]. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 40 Figure 3.7 - Principe d'évolution du niveau de bruit LA max global en fonction de la vitesse, avec une contribution moteur indépendante de la vitesse. Cette distinction bruit moteur/bruit de roulement a guidé ici la définition des situations à considérer et se traduit en termes d'allures, de déclivité et de catégorie de revêtement4. La décomposition a été largement utilisée dans la formulation des LW /m , et s'avère justifiée au vu des comparaisons modèle/mesures. Remarques : La distinction moteur / roulement est explicitement prise en compte dans certains modèles : le modèle Américain par exemple [13] stipule un bruit moteur constant et un bruit de roulement évoluant avec la vitesse en A log(V ) + B . L'émission globale d'un véhicule routier est aujourd'hui systématiquement formulée à l'INRETS en terme de "bruit moteur" et "bruit de roulement" [14,15]. 3.4.2 - Démarche générale L'ensemble de la démarche, sauf très rares exceptions, est fondé sur l'exploitation de résultats de mesures au passage de véhicules. Les mesures fournissent des niveaux sonores LA max à 7.5 m de l'axe de la voie, à une hauteur de 1.2 m au-dessus du sol. Principe adopté L'émission sonore LA max (niveau global en dB(A)) est décomposée en deux termes indépendants assimilés aux contributions sonores des deux sources : LA max = Lroulement Lmoteur (24) indique une addition énergétique : L1 L2 = 10 log(10 L1/10 + 10 L2 /10 ) . Lroulement est appelée "composante roulement", elle est supposée émise par le contact pneumatique-chaussée. Elle est fonction de la vitesse et de la nature du revêtement. Elle prédomine aux hautes vitesses Lmoteur est appelée "composante moteur" ou "composante mécanique", elle est supposée émise par l'ensemble des sources mécaniques du véhicule. Elle est fonction du régime moteur et de la charge. Ceci est traduit ici par une composante mécanique fonction de la vitesse, de la déclivité et de l'accélération. Elle prédomine aux basses vitesses 4 L'influence du revêtement n'est pas pris en compte dans la version 1980 du Guide du Bruit. Commentaires et analyses 41 Catégories de véhicules Les valeurs sont produites pour deux catégories de véhicules : ­ les véhicules légers (VL) : véhicules de moins de 3.5 t, ­ les poids lourds (PL) : véhicules de 3.5 t ou plus5. Les deux-roues ne sont pas pris en compte de façon spécifique, pour de multiples raisons. Tout d'abord, les hypothèses de trafic utilisées dans les calculs prévisionnels de bruit ainsi que les comptages utilisables pour modéliser une situation existante n'identifient pas les deux-roues comme une catégorie particulière de véhicules, mais les comptabilisent parmi les véhicules légers. Par ailleurs, les deux-roues motorisés constituent du point de vue de l'émission sonore une catégorie extrêmement hétérogène et encore mal connue ; la production d'hypothèses d'émission spécifiques en conditions réelles d'utilisation supposerait des études lourdes comprenant probablement une segmentation des véhicules en plusieurs catégories, démarche qui n'a pas été envisagée dans le cadre des travaux décrits dans cet ouvrage. Enfin, leur proportion dans le trafic total étant généralement faible sur les réseaux français, on estime que sauf exception la contribution sonore des deux-roues motorisés au LAeq global provoqué par le flot de circulation est modeste, et que leur assimilation à des véhicules légers n'induit pas d'erreur significative dans le calcul de cet indicateur. En tout état de cause, si la gêne induite spécifiquement par le bruit des deux-roues motorisés est indéniable, sa caractérisation requiert à l'évidence un indicateur acoustique plus pertinent que le niveau sonore équivalent LAeq . Les valeurs d'émission pour la catégorie des véhicules PL sont fondées sur les résultats de mesures relatifs à des poids lourds d'au moins 4 essieux (dits "trains routiers" ou TR). Des tests de sensibilité ont montré que pour le trafic interurbain (autoroute ou route nationale) l'erreur commise sur le bruit de trafic (VL + PL) en assimilant l'ensemble des PL à des TR reste minime (inférieure au dB (16]). Pour le trafic urbain une différenciation du trafic lourd en plusieurs classes aurait pu éventuellement se justifier [17]. Cependant une prise en compte spécifique des petits PL (2 ou 3 essieux) aurait nécessité un recueil de données très important qu'il n'a pas été jugé opportun d'engager. En conséquence il a été décidé d'assimiler l'ensemble des PL à des TR pour les calculs de bruit de trafic. Les mesures Les véhicules mesurés sont, autant que possible, des véhicules du trafic (principe du véhicule isolé de la méthode statistique au passage [18]) et les relevés sont effectués sur différents sites de façon à prendre en compte les différents revêtements, les conditions de circulation et le parc des véhicules. Lorsque ceci ne s'avère pas possible, i.e. lorsqu'on ne dispose pas de site approprié à la fois aux conditions de circulation à observer et aux exigences de mesures acoustiques (site "dégagé", véhicules du trafic suffisamment "isolés"), on utilise des véhicules d'essai et les mesures sont effectuées sur piste en conditions contrôlées. La composante bruit de roulement dépend de la nature du revêtement. Elle a été déterminée à partir de mesures sous trafic, sur un échantillon suffisamment représentatif des revêtements. La contribution bruit moteur est considérée ici ne pas dépendre de la nature du revêtement (l'absorption acoustique d'un revêtement poreux n'est pas suffisamment avérée sur le long terme pour prendre en compte son effet sur le bruit moteur). La contribution bruit moteur de la catégorie PL a été déterminée à partir de mesures sous trafic (montée, descente, accélération, décélération) ou de mesures en conditions contrôlées (route horizontale à vitesse stabilisée). Pour la catégorie VL, la contribution bruit moteur a été déterminée à partir de mesures en conditions contrôlées. 5 Définition administrative en vigueur en France Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 42 Forme des résultats Les résultats sont exprimés en niveau global. L'expression retenue pour la construction des formules est : LA max (V , R, p, a) = Lroulement (V , R) Lmoteur (V , p, a) (25) LA max niveau maximum6 au passage du véhicule7, R catégorie du revêtement de chaussée, p déclivité de la route, a allure du véhicule (vitesse stabilisée, accélération, décélération). Le véhicule est assimilé à une source compacte (ponctuelle) omnidirectionnelle. La forme Lroulement Lmoteur résulte donc ici d'une construction : les contributions n'ont de validité que dans la mesure où leur combinaison restitue correctement les valeurs globales d'émission. Transcription des LA max en LW /m Le LW /m est obtenu à partir du LA max en utilisant la relation : LW /m = LA max - 10 log V - 30 + 10 log 2 × (7.52 + 1.22 ) Soit à 0.01 dB près : (26) LW / m L A max - 10 log V - 4,4 où V est exprimé en km/h. dB (27) 3.5 - Démarche de production des composantes roulement Les composantes roulement sont issues de valeurs contenues dans la base de données "bruit de roulement" gérée par le Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Strasbourg pour le compte du réseau des LPC, du SETRA et du CERTU. Celle ci répertorie les données des mesures réalisées d'après la norme de mesure de bruit au passage S 31-119, proche de la norme ISO 11 819, selon les procédures Véhicules Isolés (véhicules du trafic) et Véhicules Maîtrisés (véhicules d'essais) [18], [19], [20]. Cette base est alimentée par tous les Laboratoires Régionaux des Ponts et Chaussées effectuant des mesures de bruit de roulement. Elle contient notamment des informations sur les niveaux sonores mesurés par catégorie de véhicule (VL et PL) et sur les revêtements. Elle fournit pour chaque technique de revêtement des niveaux LAmax mesurés sur différentes planches. Ces valeurs sont exprimées en dB(A) et correspondent à une température de 20°C. 3.5.1 - Origine des catégories de revêtements R1 R2 et R3 Au sein des techniques dont l'échantillonnage est significatif, on a constaté une forte dispersion des résultats de mesure. Produire des hypothèses d'émission sonore distinctes pour chacune des techniques routières usuelles aurait conduit à des écarts entre deux techniques voisines de l'ordre du décibel, écart 6 7 Niveau global en dB(A). Sauf indication contraire, on entendra désormais par " véhicule" le véhicule représentatif de la catégorie considérée. On utilisera aussi VL ou PL pour désigner le VL représentatif ou le PL représentatif. Commentaires et analyses 43 bien plus faible que la dispersion interne à chaque technique. Les techniques de revêtements routiers usuelles ont donc été regroupées en trois catégories notées R1 à R3 (voir 0 pour les pavés, exclus de cette classification). La classification des techniques n'a pas été définie a priori mais a résulté d'une analyse statistique de la base de données. La base utilisée pour classer les revêtements est issue des mesures VL réalisées selon la procédure VI (Véhicules Isolés). Une centaine de planches, dont la vitesse de référence est 90km/h, a été utilisée. Remarque : une étude similaire sur la partie VM (Véhicules maîtrisés) de la base a conduit à la même classification. De même, la cohérence avec les mesures VI/VL à 120km/h et les mesures VI/PL a été vérifiée. 3.5.2 - Émission globale selon la catégorie de revêtement 3.5.2.1 - Démarche Une formule d'émission représentative a été produite pour chaque catégorie de véhicules et chaque catégorie de revêtement. Afin d'accorder un poids identique à chaque technique routière quel que soit le nombre de sites mesurés, la démarche a été scindée en deux étapes : la première étape consiste en une étude par technique (chaque planche étant échantillonnée par pas de 10km/h, une moyenne arithmétique est calculée par tranche de vitesse de 10km/h), puis la deuxième consiste à agréger les résultats de l'ensemble des techniques d'une même catégorie (en utilisant les valeurs par tranches de 10 km/h de chaque technique). Les valeurs d'émission ont été calculées à partir de la base VI enrichie des valeurs VM (une étude a déjà montré leur équivalence), ce qui représente environ 450 planches VL et une centaine de planches PL (4 essieux ou plus). Dans le cas des PL, les techniques insuffisamment renseignées n'ont pas été intégrées dans les calculs, mais la cohérence des résultats a été vérifiée. Les campagnes de mesure spécifiques réalisées en montée et en descente ont permis de vérifier que ces valeurs convenaient à ces situations (mesures de VL sur palier, descente et rampe, pour des vitesses comprises entre 70 et 130km/h). 3.5.2.2 - Validité en vitesse Les formules ainsi obtenues (donnant le LAmax en fonction du logarithme de la vitesse) couvrent les vitesses comprises entre 70 et 130 km/h pour les VL, et entre 70 et 90 km/h pour les PL. 3.5.2.3 - Dispersion des sites autour des valeurs moyennes La dispersion des LAmax de chaque site autour de ces valeurs moyennes a également été étudiée. Au sein de chaque catégorie de revêtements, l'étendue entre les sites est de 5 à 6 dB(A). Leur dispersion par rapport à la valeur moyenne de la catégorie présente une allure gaussienne, avec un écart type de l'ordre de 1 à 1,5 dB(A) selon le type de véhicules, la vitesse et la catégorie de revêtement considéré. 3.5.3 - Détermination de Lroulement pour les catégories de revêtements R1 à R3 3.5.3.1 - Démarche Connaissant : · d'une part l'émission globale LAmax déterminée précédemment pour les trois catégories de revêtements R1 à R3 sur les domaines de vitesse 70-130 km/h pour les VL et 70-90 km/h pour les PL, · d'autre part la valeur de Lmoteur pour les VL et les PL en stabilisé, sur route horizontale (voir plus loin), la valeur de Lroulement (en fonction de la vitesse) pour les trois catégories de revêtements R1 à R3 a été déduite par "soustraction énergétique" de ces deux niveaux, puis ajustement par une formule linéaire en log(Vitesse). Pour les PL, la pente a été fixée forfaitairement à 20 quel que soit la catégorie de revêtement, afin d'éviter des problèmes de cohérence apparus par la suite. Après avoir vérifié que l'enjeu sur le bruit global était faible, la 44 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier valeur de 20 a été retenue, d'une part parce qu'elle est en cohérence avec la pente relative aux VL, et d'autre part parce que c'est à peu près la valeur trouvée pour la contribution de la zone remorque par mesure avec antenne sur des PL du trafic. 3.5.3.2 - Validité en vitesse des résultats Les formules ainsi obtenues ont été extrapolées sur l'ensemble du domaine de vitesse visé par la méthode : 5 130 km/h pour les VL et 5 - 100 km/h pour les PL. Aux faibles vitesses, leur représentativité vis à vis du bruit de roulement n'est pas avérée, mais les valeurs correspondantes étant faibles vis à vis de la composante moteur, ceci ne remet pas en cause la représentativité du bruit global obtenu par sommation. 3.5.4 - Effet du vieillissement La base de données d'où sont issues les mesures repose en majorité sur des planches de moins de trois ans. Les valeurs d'émission sonore calculées à partir de cette base sont donc caractéristiques de revêtements plutôt jeunes, elles ont été considérées comme représentatives de l'age moyen des planches, soit 2 ans. Pour évaluer l'effet du vieillissement de 2 à 10 ans pour les VL, les LAmax(VL, 90 km/h) de chaque planches de la base de données ont été représentés en fonction de leur âge pour chacune des catégories de revêtement, avec : · la régression sur ce nuage de points, · une première hypothèse considérant le LAmax stable avec l `age et égal à la composante roulement de la catégorie, · une deuxième hypothèse considérant que le LAmax augmente de 1dB(A) tous les deux ans, la composante roulement de la catégorie correspondant à l'age de 2 ans. L'écart type entre le nuage de point et chacune de ces droites a été calculé. L'écart-type associé à la régression est la valeur la plus faible que l'on puisse obtenir si le nuage de points est approximé par une droite. La comparaison entre celui-ci et l'écart-type associé à chaque hypothèse permet d'apprécier la pertinence de l'hypothèse. Cette démarche a été appliquée à la fois pour l'ensemble des planches, et pour les seules planches âgées d'au moins 3 ans, ceci afin de vérifier que les conclusions ne sont pas trop influencées par les planches jeunes, qui constituent la majorité de l'échantillon. Pour les TR, l'augmentation a été fixée à 0,6 fois l'augmentation associée aux VL, par cohérence avec les relations entre LAmax VL et TR obtenues par ailleurs (voir 3.5.7.3). 3.5.5 - Exemple de revêtements pavé La classification des revêtements effectuée ne comprend pas les pavés. Etant donné la diversité des caractéristiques possibles pour ce type de revêtement et le faible nombre de mesures disponibles, il n'est pas envisageable de fournir des valeurs d'émission moyennes. Cependant, sont données ici, a titre d'information, des valeurs de Lroulement VL obtenues sur la base de deux sites comportant un même type de pavés (carrés de 140/160mm jointoyés au mortier de ciment et d'épaisseur supérieure à 6cm). Environ 80 à 100 véhicules ont été mesurés par site, avec des vitesses s'étendant de 35 à 60 km/h (zone urbaine). Les résultats de mesure obtenus sur les deux sites considérés étant proches, une régression linéaire sur l'ensemble des mesures des deux sites réunis a été calculée. La composante roulement est ensuite obtenue en soustrayant la composante moteur VL définie pour une allure stabilisée sur route horizontale (voir le chapitre 3.6 « Démarche de production des composantes moteur VL »), puis en effectuant une régression linéaire. Le résultat obtenu pour ce type de pavé est : Lr_W/m pavés VL = 61,2 + 23,7 log (V/90) (28) Cette formule est valide jusqu'à 60km/h. En revanche, aucune mesure n'est disponible pour les PL. Etant donné que l'on observe une augmentation de 4dB de la composante roulement pour les VL avec ce type de pavé par rapport au revêtement R3, et considérant Commentaires et analyses 45 que le pneu de PL est a priori moins sensible à l'état de la surface, on peut majorer l'abaque R3 des PL de 4 dB(A), sachant que cette valeur est probablement surestimée. Il faut toutefois noter qu'en plus du bruit de roulement, il peut y avoir d'autres sources de bruit pour les PL, tels que des bruits de caisse... 3.5.6 - Coefficient de sécurité Pour ce qui concerne spécifiquement la variabilité des caractéristiques acoustiques des revêtements de chaussée, la composante roulement peut être majorée d'un coefficient de sécurité adapté à la probabilité de dépassement que le maître d'ouvrage juge admissible. Le tableau 3.8 présente, dans le cas d'une distribution gaussienne, la majoration à appliquer aux valeurs moyennes données dans le chapitre 2.7.2.2 en fonction de la probabilité de dépassement admise. Probabilité de dépassement admise 40 % 30 % 20 % 10 % 5% Majoration 0,13 dIC95% 0,27 dIC95% 0,43 dIC95% 0,65 dIC95% 0,84 dIC95% Exemple pour dIC95% = 3 dB(A) 0,4 dB(A) 0,8 dB(A) 1,3 dB(A) 2,0 dB(A) 2,5 dB(A) Tableau 3.8 - Majoration à appliquer à la valeur moyenne en fonction de la probabilité de dépassement admise (dIC95% est la demilargeur de l'intervalle de confiance à 95 %) 3.5.7 - Possibilité d'utiliser d'autres valeurs de la composante roulement 3.5.7.1 - Conditions Les formules de la composante "roulement" exposées précédemment correspondent pour chaque catégorie de revêtements à la moyenne d'un grand nombre de planches. La dispersion des valeurs réelles de chaque planche au sein de chaque catégorie de revêtements n'est pas négligeable (voir sous-chapitre 3.5.1). L'écart entre la planche du site à modéliser et l'hypothèse correspondant à la catégorie du revêtement peut de ce fait induire une erreur significative sur les niveaux sonores calculés aux récepteurs. C'est pourquoi il est admis, sous certaines conditions, d'utiliser pour la composante "roulement" une valeur autre que celles données dans les formules précédentes. Ces conditions sont les suivantes : - la modélisation doit porter sur une situation existante : la planche existe et aucune projection dans le temps n'est effectuée (ceci correspond typiquement à l'évaluation d'un état initial) ; - des résultats de mesures de bruit des véhicules au passage, réalisées sur la même planche selon les normes en vigueur, sont disponibles pour les VL et les PL (ou à défaut, pour les VL seuls). Les "trains routiers" (poids lourds d'au moins 4 essieux) définis par la norme S 31-119 seront considérés ici représentatifs de l'ensemble des poids lourds ; - la modélisation est représentative de la date à laquelle les mesures au passage ont été réalisées. Ces valeurs seront produites sous la seule responsabilité de l'opérateur et devront être justifiées dans le rapport d'étude, notamment par une référence au procès-verbal d'essai des mesures exploitées. 3.5.7.2 - Démarche Pour chaque catégorie de véhicules, le procès-verbal d'essai des mesures au passage fournit la relation entre le LAmax à 7,50 m (pour la température de référence de 20 °C) et la vitesse, sur une plage de vitesse centrée sur la vitesse moyenne Vmoy des passages de véhicules exploités. La démarche consiste à calculer la composante roulement correspondante à la vitesse Vmoy. La formule générale de la composante roulement est ensuite produite en appliquant à cette valeur une variation forfaitaire en log(V). Le détail de ces étapes est le suivant : 1) La valeur LAmax pour cette vitesse moyenne Vmoy est extraite du PV de mesures ou recalculée à partir de la relation fournie dans le PV. 46 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 2) Le niveau de puissance d'émission sonore par mètre de ligne source pour un débit unitaire LW/m(Vmoy) est calculé par : LW/m(Vmoy) = LAmax(Vmoy) - 10.log(Vmoy) - 4,4 (29) où Vmoy est en km/h. Ce niveau doit être supérieur d'au moins 5 dB(A) à la composante moteur Lm_W/m(Vmoy) de la catégorie de véhicules à la vitesse Vmoy, définie au chapitre 2.7. Cette condition permet de limiter l'erreur commise à l'étape suivante sur l'estimation de la composante roulement par soustraction. Si cette condition n'est pas vérifiée, la démarche ne peut être poursuivie et la modélisation doit se fonder sur les formules publiées dans le présent ouvrage. 3) La composante roulement à Vmoy est déduite par : Lr_W/m(Vmoy) = 10.log[10LW/m(Vmoy)/10 - 10Lm_W/m(Vmoy)/10] (30) où Lm_W/m(Vmoy) est la composante moteur de la catégorie de véhicules à la vitesse Vmoy en conditions d'allure stabilisée sur route horizontale. 4) La formule générale de la composante roulement pour le site étudié est alors obtenue par : Lr_W/m(V) = a + b.log(V/Vref) Avec a = Lr_W/m(Vmoy) ­20log(Vmoy/Vref) et b = 20 (31) (32) 3.5.7.3 - Démarche alternative si les mesures sont indisponibles pour les PL Si les mesures au passage ne sont disponibles que pour les VL (ou si le nombre de PL mesurés est inférieur au minimum requis par la norme), la composante roulement pour les PL peut être estimée à partir de la composante roulement des VL selon la démarche suivante. 1) La composante roulement des VL est déterminée conformément à la démarche décrite plus haut. 2) Le niveau de puissance LW/m pour les PL à la vitesse de référence de 80 km/h est estimé à partir du niveau LW/m pour les VL à 90 km/h par : LW/m(PL, 80 km/h) = 0,6 LW/m(VL, 90 km/h) + 29,1 (33) Cette formule résulte d'une analyse statistique sur plus de 200 planches8 [réf. : Exploitation de la base de données « Bruit de roulement » : Relation niveau LAmax TR / niveau LAmax VL, S. Doisy (LRPC Strasbourg), mai 2005]. Ce niveau doit être supérieur d'au moins 5 dB(A) à la composante moteur Lm_W/m(80km/h) des PL à la vitesse de 80km/h, définie au chapitre 2.7. Cette condition permet de limiter l'erreur commise à l'étape suivante sur l'estimation de la composante roulement par soustraction. 3) La composante roulement des PL à 80 km/h est déduite par : Lr_W/m(PL, 80 km/h) = 10.log[10LW/m(PL, 80 km/h)/10 - 10Lm_W/m(PL, 80 km/h)/10] (34) où Lm_W/m(PL, 80 km/h) est la composante moteur des PL à 80 km/h en conditions d'allure stabilisée sur route horizontale. 4) La formule générale de la composante roulement pour le site étudié est alors obtenue par : Lr_W/m(PL, V) = a + b.log(V/80) Où a = Lr_W/m(PL, 80 km/h) et b = 20 (35) (36) 3.5.7.4 - Vérification de la pertinence de l'utilisation d'autres valeurs de la composante roulement Une étude a été réalisée, sur un échantillon d'environ 200 sites, afin de comparer le bruit de trafic obtenu : a) en sommant les composantes moteur et roulement définies dans les abaques d'émission 8 L'analyse a été faite en LAmax et est transcrite ici en LW/m. Commentaires et analyses 47 b) à partir des LAmax(VL, 90 km/h) et LAmax(PL, 80 km/h) réels du site mesurés au passage, c) à partir du LAmax(VL, 90 km/h) réel du site, et du LAmax(PL, 80 km/h) estimé à partir de la valeur VL selon la démarche utilisée au chapitre précédent. Sur chaque site, la puissance d'émission sonore par mètre de ligne source pour un débit unitaire (c'est à dire 1 véhicule par heure) LW/m, a été calculée, pour différentes hypothèses de pourcentage PL (de 0 à 50%), selon chacune des trois approches. Les résultats confirment que, quelque soit la catégorie de revêtement, les abaques peuvent s'écarter assez fortement des mesures (écart type de 1 à 2,5dB(A)), et qu'il est donc préférable d'utiliser des valeurs mesurées au passage si les conditions énoncées plus haut sont réunies. Concernant l'évaluation des niveaux PL à partir des niveaux VL, on remarque que les écarts de puissance d'émission sonore par rapport à la valeur réelle sont faibles (la plupart sont inférieurs à 1dB), surtout pour des pourcentages de PL peu élevés (rappelons qu'une telle approximation se ferait, dans la plupart des cas, lorsque peu de PL circulent sur la voie puisqu'il est alors difficile de les mesurer). Lorsqu'elle est possible, l'utilisation d'une telle estimation parait donc judicieuse, et préférable aux abaques. 3.6 - Démarche de production des composantes moteur VL La composante moteur VL proposée, notée Lmoteur , est supposée émise par l'ensemble des sources mécaniques d'un véhicule "moyen" représentatif des VL du trafic. Elle est fonction du régime et du couple moteur. Ceci est traduit ici par un Lmoteur fonction de la vitesse, de la déclivité et de l'accélération. Les évaluations ont été d'abord effectuées en LA max au passage. Elles ont été ensuite traduites en LW /m/VL . Les formules sont exprimées ici en LA max . Elles sont données sous forme de segments de droites du type a + b log(V ) . Elles ont été "ajustées" à la marge pour assurer leur cohérence. 3.6.1 - Route horizontale L'évaluation de la composante moteur des véhicules légers est basée sur des mesures effectuées sur piste en conditions contrôlées. L'utilisation de relevés "sous trafic" est pratiquement impossible : ils doivent être effectués à des vitesses très basses pour que le bruit moteur contribue significativement au bruit total et cette condition est trouvée plutôt en milieu urbain où les sites sont le plus souvent insuffisamment "dégagés" pour permettre d'effectuer des mesures acoustiques. Les mesures n'étant pas effectuées sous trafic, l'évaluation de la composante moteur nécessite que soit déterminé un comportement de conduite représentatif (l'utilisation du rapport de boîte en fonction de la vitesse). Toutes les mesures de bruit VL sur piste ont été effectuées sur un même site [21, 22, 23]. Elles seront désignées par la suite sous le terme "BdD piste". 3.6.1.1 - Route horizontale, vitesse stabilisée L'évaluation est basée sur deux ensembles de données expérimentales9 : - les niveaux de bruit au passage de la BdD piste, - les informations d'une étude expérimentale sur les utilisations réelles des véhicules (BdD EUREV [24]). 9 Elle est détaillée §4 à titre d'exemple. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 48 Niveaux de bruit au passage Les mesures de bruit au passage concernent 14 véhicules couvrant les différentes motorisations (diesel, essence) et une large gamme de cylindrée [21, 22]. Pour chaque rapport de boîte de l'ordre de 10 passages ont été effectués, répartis sur la gamme de vitesses couverte par le rapport engagé10. Toutes les mesures ont été effectuées sur une même piste d'essai. Pour chaque véhicule, les lois bruit moteur (fonction du régime) et bruit de roulement (fonction de la vitesse) ont été évaluées. Plusieurs méthodes ont été éprouvées pour évaluer le bruit moteur : mesure directe avec le véhicule à l'arrêt [14], mesure "directe" en condition réelle en utilisant des passages à des conditions vitesse/régime pour lesquelles le bruit moteur prédomine [14], méthode d'identification utilisant des conditions de passage où bruit moteur et bruit de roulement co-existent [25]. Comportement de conduite La base de données Eurev [24] contient des enregistrements (vitesse, régime, rapport de boîte...) effectués sur véhicules conduits par leurs propriétaires sur une période de quelques semaines (usage réel). Les parcours, le type d'axe parcouru, ne sont pas repérés. Les enregistrements permettent de déterminer le pourcentage d'utilisation du rapport de boîte en fonction de la vitesse lors d'une circulation à allure stabilisée11. Evaluation de la composante moteur VL à vitesse stabilisée Le niveau sonore de la composante moteur est déterminé en fonction de la vitesse en prenant en compte le pourcentage d'utilisation du rapport de boîte : - pour chaque véhicule et à chaque vitesse on évalue le bruit moteur représentatif de la conduite sous trafic, en combinant (moyenne énergétique) les niveaux sonores aux différents rapports de boîte au prorata de leur utilisation à la vitesse considérée12 ; - pour chaque vitesse on calcule ensuite la composante moteur du VL représentatif13 en effectuant la moyenne énergétique (moyenne sur les véhicules) des bruits moteur de chaque véhicule. Formulation retenue La formulation retenue après harmonisation avec les autres formules est donnée dans le Tableau 3.9 V [km/h] 20 à 30 60.6 30 à 110 110 à 130 Lmoteur [dB(A)] 66.3 + 12.0 log(V / 90) 64.6 + 31.3log(V / 90) Tableau 3.9- Composante moteur VL, vitesse stabilisée, route horizontale. Les valeurs correspondent aux expressions en LA max . 3.6.1.2 - Route horizontale, accélération L'évaluation est basée - sur des niveaux de bruit au passage de la base de données BdD piste, - sur une hypothèse de comportement de conduite. Niveaux de bruit au passage Les mesures de bruit au passage concernent 10 véhicules. Pour chaque rapport de boîte 10 passages ont été effectués, répartis sur toute la gamme de vitesse couverte par le rapport (i.e. jusqu'aux très hauts régimes). La consigne au conducteur était d'accélérer de façon à adopter un comportement de conduite "réel" ; pour deux passages la consigne était "pied au plancher" en évitant toutefois le patinage. L'accélération était mesurée à 10 11 Sans dépasser 110 km/h. On retient comme plages d'allure stabilisée celles durant lesquelles la vitesse reste constante pendant au moins 4 secondes 12 Les niveaux sont ceux donnés par la loi composante moteur en fonction du régime. 13 VL moyen du trafic Commentaires et analyses 49 chaque passage. Seuls les trois premiers rapports de boîte ont été utilisés14. Le bruit moteur est évalué en fonction de la vitesse pour des classes d'accélération de 0.5 m/s 2 d'étendue15 Comportement de conduite L'hypothèse retenue pour le comportement de conduite est qu'à la vitesse V considérée le conducteur sélectionne le rapport de boîte optimal16 et l'accélération maximale mesurée sur piste sous ce rapport de boîte. Evaluation de la composante moteur VL sous accélération Pour chaque véhicule on obtient ainsi une composante moteur sous accélération (si le véhicule n'a pas été mesuré dans ces conditions, sa composante moteur est évaluée par extrapolation). La composante moteur d'un VL du trafic est la moyenne énergétique des composantes moteur des dix véhicules. Formulation retenue La formulation retenue après harmonisation avec les autres formules est donnée dans le Tableau 3.10 V [km/h] 10 à 20 20 à 100 100 à 130 Lmoteur [dB(A)] 85, 7 + 24,1log(V / 90) 70 68, 2 + 38, 6 log(V / 90) LA max . Tableau 3.10 Composante moteur VL, accélération, route horizontale. Les valeurs correspondent aux expressions en 3.6.1.3 - Route horizontale, décélération L'évaluation est basée · sur des niveaux de bruit au passage de la BdD piste, · sur deux hypothèses de comportement de conduite. Niveaux de bruit au passage Les mesures effectuées sur 3 véhicules en condition de décélération ont montré que dans une configuration vitesse/rapport de boîte donnée le bruit émis est identique au bruit émis à vitesse stabilisée [23]. Il a donc été décidé d'utiliser comme base expérimentale du bruit en décélération celle du bruit en vitesse stabilisée17. Comportement de conduite Deux comportements de conduite sont pris en compte : celui d'une décélération au frein moteur, celui d'une décélération au frein à pied. · En décélération au frein moteur le rapport de boîte utilisé à la vitesse considérée est le rapport optimal du véhicule. L'utilisation du premier rapport de boîte est cependant exclue : on reste sur le rapport 2 aux vitesses faibles sauf si la vitesse devient inférieure à la vitesse de passage la plus faible mesurés en rapport de boîte 2 avec ce véhicule, auquel cas on passe au point mort et le bruit moteur est alors celui du ralenti. · En décélération au frein à pied on considère une démarche similaire à celle de l'allure stabilisée 1.1.0.3 en excluant cependant ici aussi l'utilisation du rapport 1 : si à la vitesse considérée l'histogramme du comportement de conduite conduit à adopter le rapport 1, on reste sur le rapport 2, sauf si la vitesse devient inférieure à la vitesse de passage la plus faible mesurés en rapport de boîte 2 avec ce véhicule, auquel cas on passe au point mort et le bruit moteur est alors celui du ralenti. 14 Pour les derniers rapports de boîte le bruit de roulement devient prédominant par rapport au bruit moteur (vitesses élevées) et l'accélération disponible est faible. 15 [ 16 Le rapport de boîte optimal est défini ici comme étant le rapport de boîte qui, à la vitesse considérée, procure le régime moteur le plus proche de celui correspondant au couple maximum. Le régime moteur correspondant n'est pas le régime moteur maximum. 17 Rappel : si le bruit moteur en décélération est, à même configuration vitesse/rapport de boîte, égal au bruit moteur à vitesse stabilisée, il n'en résulte pas nécessairement qu'à même vitesse de trafic le bruit en décélération soit le même qu'à vitesse stabilisée : le comportement de conduite peut en effet être différent. < 0.5 m/s 2 ] , [ 0.5 m/s 2 < < 1.0 m/s 2 ] ... 50 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Pour chacun des comportements on évalue les composantes moteur individuelles (composante moteur, en décélération, de chacun des 14 véhicules) et on adopte pour le véhicule moyen représentatif du flot, la moyenne énergétique des composantes moteur individuelles. L'utilisation du rapport de boîte optimal pour le comportement frein moteur tend à considérer des régimes plutôt élevés et donc à donner un niveau de composante moteur plus important que le comportement frein à pied. La différence s'avère in fine négligeable pour les vitesses inférieures à 10 km/h, importante vers 15 km/h et faible à partir de 40 km/h. Evaluation de la composante moteur VL sous décélération Vu l'absence de connaissance des comportements réels il a été décidé de retenir pour la composante moteur. · En deçà de 80 km/h, la moyenne énergétique des composantes obtenues avec les deux hypothèses · Au delà de 80 km/h, la composante obtenue' avec l'hypothèse "frein à pied" (i.e. la même composante qu'en vitesse stabilisée). Formulation retenue La formulation retenue après harmonisation avec les autres formules est donnée dans le Tableau 3.11 V [km/h] [dB(A)] 10 à 25 25 à 80 80 à 110 110 à 130 Lmoteur 73.3 + 18.7 × Lv 66 + 5.5 × Lv 66.3 + 12 × Lv 64.6 + 31.3 × Lv Tableau 3.11 Composante moteur VL, décélération, route horizontale. Les valeurs correspondent aux expressions en LA max . Convention : Lv log(V / 90) . 3.6.1.4 - Route horizontale. Comparaison des Lmoteur ,VL aux différentes allures Les composantes moteurs correspondant aux différentes allures sont tracées Figure 3.12. La condition de vitesse stabilisée est considérée ne se produire qu'à partir de 20 km/h. En deçà les véhicules sont en accélération ou en décélération. · Accélération. C'est la condition la plus bruyante à toutes les vitesses. L'augmentation du niveau entre 10 km/h et 20 km/h correspond à une circulation en rapport de boîte 1. La plage de niveau constant correspond aux changements de rapports de boîte. L'augmentation à partir de 100 km/h correspond à une circulation sous le cinquième (dernier) rapport de boîte. · Décélération. Compte-tenu des 2 comportements de conduite (frein moteur, frein à pied) retenus en deçà de 80 km/h, la composante moteur sous décélération est, supérieure à celle obtenue en vitesse stabilisée. · Vitesse stabilisée. C'est la condition la moins bruyante. On retrouve, aux hautes vitesses, l'augmentation du bruit correspondant à une circulation sous le cinquième (dernier) rapport de boîte. 3.6.2 - Montée Il a été décidé d'adopter pour les VL en rampe une contribution moteur identique à celle sur route horizontale à même allure. Commentaires et analyses 51 Figure 3.12 VL - Route horizontale - Composante bruit moteur. 3.6.2.1 - Montée, vitesse stabilisée L'effet d'une rampe en montée sur un véhicule circulant à vitesse stabilisée est d'augmenter la résistance à l'avancement du véhicule, donc le couple moteur nécessaire pour maintenir la vitesse et, par voie de conséquence, d'augmenter le bruit rayonné par le moteur [26]. Aux hautes vitesses où le bruit moteur est masqué par le bruit de roulement, l'effet attendu sur le bruit global est faible. Des campagnes expérimentales ont été effectuées sur pistes d'essai, en conditions contrôlées [27], [28], [29] et sous trafic réel [30]. La difficulté de la démarche expérimentale est de pouvoir comparer des niveaux au passage observés en montée à ceux observés sur route horizontale, toutes choses étant égales par ailleurs, et en particulier le bruit de roulement. Les composantes roulement et moteur sont, de plus, déterminées avec une certaine marge d'incertitude. L'analyse des résultats n'a pas permis de conclure sur un effet ou une absence d'effet de la montée sur le bruit moteur. En toute hypothèse, l'effet résultant sur le bruit global est très faible. 3.6.2.2 - Montée, accélération L'accélération et la montée ont chacune pour effet d'augmenter la charge moteur. Ne connaissant pas l'effet cumulé, il a été convenu d'adopter une contribution moteur identique à celle sur route horizontale à même allure. 3.6.2.3 - Montée, décélération La montée favorise la décélération et devrait donc, par rapport à la route horizontale, diminuer la charge du moteur à décélération identique. Ne sachant pas dans quelle mesure la charge moteur serait diminuée, il a été convenu de retenir la même formule qu'en décélération sur route horizontale. 3.6.3 - Descente Il a été décidé d'adopter pour les VL en descente une contribution moteur identique à celle sur route horizontale à même allure. 3.6.3.1 - Descente, vitesse stabilisée Pour les VL en descente, les observations expérimentales et les réflexions théoriques concluent également à l'absence d'effet visible à même rapport de boite. Un comportement de descente au frein moteur pourrait 52 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier induire, indirectement, un effet de la descente sur la contribution moteur, essentiellement à vitesse faible. Toutefois, en absence d'éléments plus précis et étant donnés les résultats en montée, il est décidé de ne pas retenir d'effet de la pente en descente : on adopte pour les VL en descente en allure stabilisée une contribution moteur identique à celle sur route horizontale en allure stabilisée. 3.6.3.2 - Descente, accélération La descente favorise l'accélération et devrait donc, à accélération identique, diminuer la charge du moteur. Mais pour les déclivités usuelles on suppose, comme sur route horizontale, que le conducteur accélère autant que le permet son véhicule, et que la charge du moteur est de ce fait identique à l'accélération sur route horizontale. On utilise donc la même formule. 3.6.3.3 - Descente, décélération Descente et décélération diminuent (potentiellement) le bruit moteur. Comme pour le cas de la vitesse stabilisée, une décélération au frein moteur pourrait induire un effet sur la contribution moteur. Il est cependant décidé de ne pas retenir d'effet de la pente en descente. La formule en décélération descente est identique à celle sur route horizontale à même allure. 3.6.4 - Exemple : élaboration de l'abaque composante moteur VL pour l'allure stabilisée 3.6.4.1 - Protocole de mesure Le protocole de mesure a pour objectif d'évaluer le bruit émis par les véhicules légers circulant sous différentes configurations [vitesse/rapport de boîte]. Les paramètres mesurés sont : Les données cinématiques La vitesse est mesurée à l'aide de 5 cellules infrarouges disposées à 10 m d'intervalle sur le bord de la piste. Des plaques réfléchissantes sont disposées sur les faces latérales du véhicule testé. Lorsque le véhicule passe devant les cellules, un signal de topage est enregistré par la centrale d'acquisition. Ce signal de topage permet, lors du dépouillement des mesures, d'évaluer la vitesse et accessoirement de situer le véhicule lors de son passage devant les microphones. Les paramètres mécaniques Les caractéristiques des pneumatiques (marque et dimensions) ont été consignées sur le rapport de mesure. Le rapport de boîte est noté pour chaque passage du véhicule. On dispose par ailleurs de la fiche technique de chaque véhicule étudié. Cette fiche technique indique, entre autres, les caractéristiques mécaniques de la boîte de vitesse (rapports de réduction) et le rapport de pont. Les données acoustiques Les niveaux de pression acoustique (niveaux globaux pondérés A) sont mesurés à l'aide d'un microphone situé en bordure de piste, à 7.5 m de l'axe de passage du véhicule et à 1.2 m de hauteur. Cette géométrie répond aux préconisations des normes NF EN ISO 11819-1 [18] et S31-119 [20]. Le niveau retenu pour chaque passage de véhicule est le Lmax . 3.6.4.2 - Détermination du régime moteur à partir de la mesure de vitesse Le régime moteur peut être estimé à partir de la mesure de la vitesse de passage du véhicule et du rapport de boîte utilisé en utilisant comme informations : ­ les caractéristiques mécaniques de la boîte de vitesse, ­ les caractéristiques du pneumatique Vitesse du véhicule et vitesse de rotation du moteur Une boîte de vitesse est caractérisée par ses rapports de boîte Rb (k ) et son rapport de pont R p . Le régime moteur n (en t/mn) est lié à la vitesse de rotation des roues nroues par la relation : n = nroue Rp Rb (k ) = nroue i (k ) (37) Commentaires et analyses 53 soit, en utilisant la relation nroue = (60 / 2 ) × v/r où v est la vitesse de déplacement (en m/s) et r le rayon du pneumatique (en m) : n= Rayon du pneumatique 60 v i(k ) 2 r (38) Un pneumatique est caractérisé par 3 valeurs L, S et D : · L : largeur du pneumatique (mm) · S : 100 x hauteur/largeur du pneumatique · D : diamètre de la jante (pouces) La valeur en mètres de son rayon est donc18 : D S L -3 10 r = 25.4 + 2 100 (39) 3.6.4.3 - Les véhicules mesurés L'objectif étant de constituer un échantillon représentatif du parc automobile français, les véhicules ont été choisis de sorte à couvrir au mieux l'éventail des cylindrées disponibles sur le marché actuel, en motorisation "essence" et en motorisation "diesel". Les principales caractéristiques de ces véhicules sont reportées dans le tableau 3.13. Marque et Type Citroën ZX Opel Corsa Renault Mégane Citroën XM Opel Vectra Ford Focus Opel Astra Citroën Saxo Citroën Xantia Ford Fiesta Renault Clio 1 Renault Clio 2 Ford Galaxy Ford Mondeo Motorisation Diesel Essence Diesel Diesel Essence Essence Essence Essence Diesel Essence Essence Essence Diesel Diesel Kilométrage 47 700 6 700 44 700 100 5 900 1 400 23 200 32 400 16 800 41 000 81 300 38 000 21 400 1 400 Cylindrée 1.9 1.7 1.9 2.1 2.0 2.0 2.0 1.2 2.1 1.4 1.6 1.2 1.9 1.8 Pneumatiques Michelin MXT 175/65/14 Michelin Energy 165/70/13 Michelin Classic 175/70/13 Michelin Energy 195/65/15 Michelin Energy 185/70/14 Continental Contact 165/65/13 Bridgestone 195/55/15 Michelin MXT 155/70/13 Michelin Energy 185/65/15 Continental Contact 165/65/13 Michelin MXT 155/70/13 Dunlop SP 9 155/70/13 Continental Contact 205/60/15 Michelin Pilot HX 205/55/15 Tableau 3.13 - Principales caractéristiques des véhicules étudiés 3.6.4.4 - Passages effectuées pour chaque véhicule · Pour chaque rapport de boîte, dix passages sur toute la gamme de vitesse couverte par le rapport engagé. · Dix passages au point mort, moteur fonctionnant au ralenti (détermination du bruit de roulement). Les vitesses de passage, supérieures à 50 km/h, sont suffisantes pour "masquer" le bruit du moteur. Les lois d'évolution du niveau de bruit en fonction de la vitesse, construites pour chaque véhicule et pour chaque rapport de boîte, peuvent s'avérer linéaires (eq. 40, C = 0 ) ou quadratiques (eq. 40, C 0 ). Les lois 18 On suppose pour simplifier que valeur "à vide" et valeur dynamique sont identiques Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 54 quadratiques concernent essentiellement les niveaux de bruit mesurés sur les véhicules diesels pour les faibles rapports de boîte (bruit moteur prédominant). LAmax (v) = A + B log v/vref + C log 2 v/vref 3.6.4.5 - Décomposition bruit mécanique / bruit de roulement (40) Le niveau maximum au passage LAmax (niveau global exprimé en dB(A)) de chaque véhicule est exprimé comme étant la somme énergétique de deux niveaux : l'un, Lm , correspondant à la contribution des sources moteur et organes mécaniques associés, l'autre, Lr , correspondant à la contribution de la source contact pneumatique-chaussée [14], [15] : LAmax = Lm (n) Lr (v) (41) où indique une addition énergétique des niveaux de bruit : énergétique; is6; L1 L2 = 10 log 10 L1/10 + 10 L2 /10 Lm est stipulé fonction du régime moteur et est formulé : Lm = Am + Bm log n/nref + Cm log 2 n/nref (42) nref = 1000 t/mn (43) Lr est stipulé fonction de la vitesse et du revêtement de la piste d'essai. Il est formulé : Lr = Ar + Br log v/vref vref = 90 km/h (44) Les coefficients Am , Bm , Cm , Ar , Br sont déterminés par procédure minimisation (Eq 45) de l'écart quadratique moyen entre les niveaux mesurés et les niveaux calculés (Eqs 41, 43, 44). Am, Bm, Cm, Ar, Br minimise [L i =1 N A max ( i ) - Lm (ni , Am , Bm , C m ) Lr ( i , Ar , Br )]² / N (45) Commentaires et analyses 55 Pour chaque véhicule la procédure est appliquée sur l'ensemble des LAmax i.e. tous rapports de boîte confondus. Une illustration de résultat est donnée Figure 3.14. Figure 3.14 - Exemple de détermination des composantes moteur et roulement" pour un véhicule Diesel. Les points représentent les niveaux de bruit mesurés. Les niveaux totaux reconstitués (eq. 40) apparaissent en lignes continues. Le tableau placé sous la figure indique, pour quelques vitesses caractéristiques, le rapport de boîte utilisé, le régime moteur, les composantes moteur et roulement et le niveau total déterminé à partir de ces composantes. 3.6.4.6 - Prise en compte du comportement de conduite Les observations expérimentales exposées ci-dessus ont été établies pour des véhicules circulant sur piste d'essai. Les conditions d'utilisation de ces véhicules sont différentes de celles habituellement rencontrées dans un trafic courant (absence de trafic, d'aménagements de voirie, etc.). La prise en compte de l'utilisation réelle d'un véhicule intégré dans un flot de trafic impliquerait le recours à une expérimentation complémentaire lourde basée sur une instrumentation embarquée permettant de recueillir les informations utiles (paramètres cinématiques et mécaniques tels que la vitesse, l'allure, le régime moteur, le rapport de boîte utilisé,...). Ne pouvant envisager ce type d'expérimentation pour la réactualisation des abaques, nous nous sommes appuyés sur une étude expérimentale réalisée dans le cadre de l'établissement des cycles de conduite pour la mesure des polluants émis par les véhicules [24]. Cette étude a conduit à l'élaboration d'une base de données contenant des enregistrements des paramètres cinématiques et mécaniques effectués sur des véhicules conduits par leur propriétaires sur une période de quelques semaines. Ces paramètres sont par conséquent représentatifs de l'usage réel des véhicules. Il faut cependant noter que les informations relatives à l'environnement dans lequel évoluent les véhicules (parcours, type d'axe parcouru,...) ne sont pas renseignées. Trois campagnes de mesures ont été effectuées à l'échelle européenne (1985, 1991, 1995) ; sur un total de 52 véhicules (du parc français) seuls ont été retenus pour l'évaluation ceux équipés d'une boîte de vitesse à 5 rapports, soit 37 véhicules. Les enregistrements permettent de déterminer l'utilisation du rapport de boîte en fonction de la vitesse lors d'une 56 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier circulation à vitesse stabilisée. Le critère de stabilité de la vitesse correspond aux plages "stabilisées" durant lesquelles la variation de l'allure n'excède pas ±0.5ms -2 pendant au moins 4 secondes19. Ce traitement a permis d'établir un histogramme d'utilisation des rapports de boîte en fonction de la vitesse (cf. Fig. 3.15). Figure 3.15 - Histogramme d'utilisation des rapports de boîte en fonction de la vitesse Evaluation de la composante moteur prenant en compte le comportement de conduite L'évaluation de la composante moteur a été effectuée de la façon suivante : 1. On considère les lois d'évolution du bruit moteur en fonction du régime moteur établies pour chaque véhicule étudié : Lm j ( Ri , v) = Am j + Bm j log 2. n( Ri , v) n( Ri , v) + Cm j log 2 nref nref (46) On calcule pour chaque véhicule et à chaque vitesse le niveau de "bruit moteur" pondéré (usage réel du véhicule : utilisation possible de rapports différents) à l'aide de l'histogramme " EUREV " (cf. Fig. 3.12). L'évaluation est effectuée entre 20 km/h et 130 km/h par pas de 2 km/h : Lm j (v) = 10 log i 10 Ri Lm ( Ri ,v ) j 10 (47) 19 L'effet de l'accélération sur le bruit émis par un véhicule est significatif lorsque celle-ci est supérieure à ±0.5ms -2 [31] Commentaires et analyses 57 où i est le pourcentage d'utilisation du rapport i à la vitesse v . 3. Le bruit moteur "moyen" Lm (v) émis à une vitesse v donnée est déterminée par la moyenne énergétique Lm j (v) sur les N (N=14) véhicules individuels : Lm (v) = 10. log 1 N 10 j =1 N Lm ( v ) j 10 (48) Les valeurs obtenues sont tracées Fig.3.13 Abaque composante moteur La loi approchée est formulée de façon approchée sous forme de segments de type a + b log(v) dans trois plages de vitesse (Tableau 3.17). Elle est tracée Figure 3.16. Figure 3.16 - Composante moteur déterminée à partir des 14 véhicules mesurés sur piste d'essai et de l'histogramme de pondération "EUREV" (figure 3.13) et linéarisation. En pointillés : évaluation par pas de 2km/h. En trait continu : loi approchée. V [km/h] Lm [dB( A)] 20 à 30 60.6 30 à 110 66.3 + 12 log(V/90) 110 à 130 64.6 + 31.3 log(V/90) Tableau 3.17 - Réactualisation de l'abaque VL circulant à vitesse stabilisée : formulation retenue pour la composante moteur. Les valeurs correspondent aux expressions en LA max . 58 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.7 - Démarche de production des composantes moteur PL Cette démarche considère deux domaines : · les basses et moyennes vitesses, où compte tenu des changements de rapport de boîte, la composante moteur peut être considéré comme étant indépendant de la vitesse, · les hautes vitesses où, le dernier rapport de boîte étant atteint, la composante moteur augmente avec la vitesse. 3.7.1 - Plage de vitesse 20-70 km/h 3.7.1.1 - PL à allure stabilisée sur route horizontale Des mesures sur piste d'essai ont été réalisées sur 7 tracteurs de différentes marques et de différentes générations, attelés chacun à deux remorques différentes (une vide et une chargée), pour des vitesses allant de 20 km/h à plus de 80 km/h par pas de 10 km/h. Pour chaque vitesse de passage, le chauffeur a choisi le rapport de boîte lui paraissant le plus adapté. La recherche d'un comportement de conduite représentatif d'un usage réel a donc été intégrée directement aux conditions des essais. On a d'abord calculé une régression d'ordre 2 sur les mesures où la vitesse est inférieure à 60 km/h. Cette courbe a ensuite été décomposée comme une somme d'une composante roulement fonction linéaire du logarithme de la vitesse et d'une composante moteur constante. C'est cette dernière qui a été retenue comme composante moteur. L'hypothèse d'une composante moteur en LAmax indépendante de la vitesse entre 20 et 70 km/h est justifiée par l'allure des résultats de mesures obtenus et par le fait que les conducteurs de poids lourds, disposant d'un grand nombre de rapports de boîte, utilisent leur moteur sur une faible plage de variation du régime moteur. La validité de ces résultats a ensuite été vérifiée par comparaison avec des résultats de mesures effectuées ultérieurement sur 7 véhicules supplémentaires. 3.7.1.2 - PL en accélération sur route horizontale Des mesures au passage sur PL du trafic ont été réalisées aux abords de deux carrefours giratoires. Environ 800 poids lourds ont été mesurés, en des points situés en sortie de giratoire et à 100 m, 200 m et 400 m de la sortie des giratoires. Les vitesses relevées vont de 25 à 80 km/h. La composante roulement est dans un premier temps prise égale à la valeur de la régression polynomiale des mesures à une vitesse de 80km/h, à laquelle on ajoute une variation en 31 log(V) (variation du Lroulement pour un revêtement de catégorie 2, catégorie à laquelle appartiennent les revêtements mesurés). On ajoute à cette composante roulement une composante moteur indépendante de la vitesse, que l'on ajuste de manière à minimiser la somme des carrés des écarts de cette construction avec la régression des mesures, pour les vitesses faibles, c'est à dire comprises entre 20 et 40 km/h. La composante roulement est ensuite réajustée en lui retranchant la composante moteur trouvée. On vérifie pour les vitesses intermédiaires (de 40 à 80 km/h) que la construction est en accord avec les mesures. Cette méthodologie est appliquée séparément sur les deux sites. Un troisième site, fournissant des données incomplètes, n'a pu être exploité, mais la cohérence des mesures avec les autres sites a été vérifiée. Pour chaque site, les écarts des mesures par rapport à la construction obtenue sont faibles (dans chaque tranche de 10 km/h, la moyenne des écarts entre la mesure au passage de chaque véhicule et la construction est largement inférieure au dB). Les constructions obtenues en bruit global pour les deux sites sont proches puisque leurs valeurs diffèrent d'environ 1 dB(A) aux basses et hautes vitesses. La différence en composante moteur est d'environ 1,5 dB(A). La valeur de la composante moteur retenue est la moyenne des composantes moteurs des deux sites. Elle a été arrondie au dB supérieur pour se rapprocher des résultats des mesures du troisième site. On peut noter qu'elle est supérieure de 5dB à celle obtenue pour une allure stabilisée. Commentaires et analyses 59 Exemple sur un site La Figure 3.18 présente les poids lourds mesurés sur le premier site. La régression polynomiale (en noir) sur toutes les mesures donne un niveau de bruit à 80km/h de 87,1dB(A). 95 90 LAm ax en dB(A) 85 80 75 70 20 30 40 50 V en km /h mesures construction Polynomial (mesures) 60 70 80 90 Figure 3.18 - Détail de la méthode sur un site (PL en accélération sur route horizontale) La construction (en rouge) est obtenue par somme d'une composante roulement égale à 87,1+31log(V/80) et d'une composante moteur constante que l'on détermine de manière à minimiser la somme des carrés des écarts de cette construction avec la régression des mesures, pour les vitesses faibles, c'est à dire comprises entre 20 et 40 km/h. La composante moteur trouvée ici est de 76,5dB(A). La composante roulement est donc égale à la différence entre le niveau de bruit de la régression à 80km/h (87,1dB(A)) et cette composante moteur de 76,5dB(A), soit 86,7dB(A). On cherche alors à ajuster la composante moteur en reprenant la démarche avec cette valeur de composante roulement. Dans ce cas, aucun ajustement n'est nécessaire. 3.7.1.3 - PL en décélération sur route horizontale Des mesures aux abords d'un carrefour giratoire (à 25 m, 50 m et à 100 m de l'entrée du giratoire) ont été réalisées, totalisant environ 300 PL du trafic. Les vitesses relevées vont de 20 à 80 km/h. La régression effectuée sur les mesures réalisées à 100 m de l'entrée du giratoire étant inférieures de 3dB(A) à celles des points de mesure plus proches, elles n'ont été prises en compte que dans le calcul de la composante roulement (on considère qu'elles ne correspondent pas à de la décélération). La valeur de la composante roulement a été obtenue en prenant en compte la vingtaine de véhicules dont la vitesse se trouvait comprise entre 65 et 80 km/h. Il s'agit de la moyenne de ces mesures ramenées à 80 km/h en appliquant une pente forfaitaire de 31 (pente du Lroulement pour un revêtement de catégorie 2, catégorie à laquelle appartient le revêtement mesuré). Comme dans le cas de l'accélération, on ajoute à cette composante roulement une composante moteur, que l'on ajuste de manière à minimiser la somme des carrés des écarts de cette construction avec la régression des mesures, pour les vitesses faibles, c'est à dire comprises entre 20 et 40 km/h. La composante roulement est ensuite réajustée en retranchant la valeur de la composante moteur trouvée. Les écarts des mesures par rapport à la construction obtenue sont faibles (dans chaque tranche de 10 km/h, la moyenne des écarts entre la mesure au passage de chaque véhicule et la construction est largement inférieure au dB). 60 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier On peut noter que la valeur de la composante moteur trouvée est la même que celle obtenue pour une allure stabilisée. 3.7.1.4 - PL à allure stabilisée en montée Des mesures de PL du trafic ont été réalisées sur 5 sites présentant des déclivités variant de 3 % à 6 %. Chaque site comportait en règle générale au moins trois points de mesure dans le sens de la montée (jusqu'à huit points sur l'un des sites) et un point de mesure en section horizontale. En chaque point ont été mesurés au minimum 80 PL. Le domaine de vitesse observé était suffisamment étendu (30 à 90 km/h) pour permettre d'évaluer la composante moteur. La démarche a été appliquée en deux temps : · connaissant la composante moteur sur route horizontale à allure stabilisée (voir plus haut), la composante Lroulement associée au revêtement de chaussée du site a été évaluée sur le point de mesure en section horizontale, en faisant l'hypothèse que la composante roulement est la même sur la section horizontale et dans la montée ; · la composante moteur associée à chaque point de mesure en montée a été recherchée de manière à ajuster au mieux les mesures (selon la même méthode que dans le cas de l'accélération) ; · les valeurs de Lmoteur évaluées pour les différentes déclivités ont été jugées suffisamment différenciées pour justifier de prendre en compte dans cette composante le paramètre "déclivité" de façon quantitative et continue plutôt que qualitative. Les écarts des mesures par rapport à la construction obtenue sont faibles (dans chaque tranche de 10 km/h, la moyenne des écarts entre la mesure au passage de chaque véhicule et la construction est largement inférieure au dB). 3.7.1.5 - PL à allure stabilisée en descente Des mesures de PL du trafic ont été réalisées sur un site en descente de 6 %. Elles concernent environ 250 véhicules de 30 à 70 km/h. Des mesures en section horizontale sur le même revêtement n'ayant pas été possible, la composante roulement a du être forfaitisée à la valeur moyenne de la technique (issu de la base de données). La composante moteur a ensuite été recherchée de manière à ajuster au mieux les mesures (même démarche que pour l'accélération). On notera cependant que la valeur de la composante moteur obtenue est très sensible à la valeur de la composante roulement retenue comme hypothèse (une variation de 2,5 dB de la composante roulement entraîne une variation de la composante moteur de 5 dB). Les écarts des mesures par rapport à la construction obtenue sont faibles (dans chaque tranche de 10 km/h, la moyenne des écarts entre la mesure au passage de chaque véhicule et la construction est largement inférieure au dB). Faute d'information pour les valeurs intermédiaires de la déclivité, la même règle de variation que pour la montée a été adoptée, c'est à dire que l'on considère une variation linéaire entre 2 et 6%. 3.7.2 - Vitesses élevées : plage de vitesse 70-100 km/h Lors des mesures relatives aux sept poids lourds sur piste d'essai (voir le chapitre « PL à allure stabilisée sur route horizontale »), les régimes moteur ont été relevés lors de chaque passage par lecture directe du compteur. Une étude ultérieure [25] a appliqué la démarche de décomposition en deux composantes moteur (fonction du régime moteur) et roulement (fonction de la vitesse) appliquée précédemment pour les VL (voir « Démarche de production des composantes moteur VL »). La composante moteur a ensuite été exprimée en fonction de la vitesse, compte tenu des caractéristiques mécaniques des véhicules et des rapports de boîte adoptés par les conducteurs. Pour la tranche de vitesses 20-70 km/h, la moyenne des composantes moteur des sept PL s'avère très proche de la valeur obtenue par la démarche initiale. Pour la tranche de vitesses 70-100 km/h, la composante moteur de chaque PL a été extrapolée en supposant le même comportement de conduite (sélection du rapport de boîte permettant autant que possible le même régime Commentaires et analyses 61 moteur). La moyenne des composantes moteur des sept PL ainsi obtenues a été retenue pour les nouvelles valeurs d'émission sonore. Cette composante moteur n'est plus indépendante de la vitesse : au-delà de 70 km/h, la plupart des PL utilisent leur rapport de boîte le plus élevé, et le régime moteur augmente avec la vitesse. Au-delà de 70km/h, la composante moteur exprimée en LAmax augmente donc en 13log(V) sur route horizontale à allure stabilisée. Cette variation en 13log(V) est également appliquée aux autres cas en faisant l'hypothèse que dans chaque configuration le conducteur ne change pas de rapport de boîte sur cette plage de vitesse. Il s'ensuit que les composantes moteur des différents cas ne diffèrent que d'une constante indépendante de la vitesse. 3.7.3 - Vitesses basses : plage de vitesse 5-20 km/h La démarche utilisée fournit une composante moteur pour des vitesses supérieures à 20 km/h, il a été décidé de considérer que cette valeur est également constante entre 5 et 20 km/h. En effet, à 20 km/h les poids lourds sont déjà à un rapport de boîte élevé, et on considère qu'ils disposent donc d'un nombre suffisant de rapports de boîte à partir de 5 km/h pour conduire à régime moteur constant. 3.7.4 - Combinaisons allure * déclivité Les composantes moteur correspondant à l'accélération et à la décélération en montée et descente, sont déduites selon le même principe que pour les VL (voir le chapitre 3.6). Ce principe est rappelé dans les tableaux 3.19, 3.20 et 3.21 ci-dessous : montée 2% p 6% accélération décélération max(accélération*route horizontale ; allure stabilisée*montée) = décélération*route horizontale descente 2% p 6% = accélération*route horizontale max(décélération*route horizontale ; allure stabilisée*descente) Tableau 3.19 ­ Principe de combinaison allure / déclivité Ce qui, appliqué aux PL, donne : V - km/h Lmoteur 5 à 70 73 + L (expressions en 70 à 100 73,8 + 13 log(V/80) + L Tableau 3.20 - Formulation retenue pour la composante moteur des PL pour toutes les allures et toutes les déclivités LA max ) L est un correctif indépendant de la vitesse, fonction de l'allure et de la déclivité. L montée 2% p 6% accélération décélération max[2.(p ­ 2) ; 5] 0 dB(A) p en % (valeur absolue) Tableau 3.21 ­ Valeurs du correctif L déclivité descente 2% p 6% 5 dB(A) 1.(p ­ 2) 62 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.8 - Commentaires sur les nouvelles valeurs d'émission unitaires 3.8.1 - Les composantes moteur et roulement Les composantes moteur et roulement résultent d'une construction. Elles n'ont de validité que dans la mesure où leur combinaison restitue correctement les valeurs globales d'émission. Les nouvelles valeurs d'émission ont été élaborées en considérant que : · la composante roulement dépend du type de véhicule (VL ou PL), de la catégorie de revêtement (R1, R2 ou R3) et de la vitesse. Elle ne dépend ni de l'allure (stabilisée, accélérée, décélérée) ni de la déclivité, · la composante moteur dépend du type de véhicule, de la vitesse, de l'allure et, pour les PL, de la déclivité. Elle ne dépend pas de la catégorie de revêtement. Les composantes sont données sous forme de figures pour 5 cas : les 3 allures sur route horizontale, la montée (6%) et la descente (6%) pour l'allure stabilisée. A chaque cas correspondent 2 figures : une pour les VL, l'autre pour les PL. Sur chaque figure sont tracés, en fonction de la vitesse du flot (échelle semi-logarithmique) : · la composante moteur, · la composante roulement pour chacune des 3 catégories de revêtement, · les niveaux d'émission résultant (repérés R1, R2, R3). A chaque graphique est associé un tableau dans lequel sont indiquées les vitesses de trafic20 à partir desquelles la réduction attendue sur le bruit de trafic, résultant de l'utilisation d'un revêtement de catégorie R1 plutôt qu'un revêtement de catégorie R3 (Cf. infra § Effet revêtement), atteint 2 dB(A)21. 20 21 Valeurs approchées à 5 km/h valeur du critère acoustique utilisée pour la définition de la "modification significative" d'une infrastructure. Commentaires et analyses 63 Allure stabilisée Figure 3.22 - Nouvelles valeurs d'émission. Allure stabilisée. Figures du haut : route horizontale. Figures du milieu : montée (6%). Figures du bas : descente (6%). Gauche : trafic VL. Droite : trafic PL. 64 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Allure stabilisée Route horizontale Montée (6%) Descente (6%) VL 25 km/h 25 km/h 25 km/h PL 40 km/h 80 km/h 55 km/h Tableau 3.23 - Vitesses à partir desquelles Lt ( R3) - Lt ( R1) 2 dB(A) Allure accélérée - Route horizontale Figure 3.24 - Nouvelles valeurs d'émission. Allure accélérée route horizontale. Gauche : trafic VL. Droite : trafic PL. Allure accélérée Route horizontale VL 45 km/h PL 60 km/h Tableau 3.25 - Vitesses à partir desquelles Lt ( R3) - Lt ( R1) 2 dB(A) Commentaires et analyses 65 Allure décélérée - Route horizontale Figure 3.26 - Nouvelles valeurs d'émission. Allure décélérée route horizontale. Gauche : trafic VL. Droite : trafic PL. Allure décélérée Route horizontale VL 30 km/h PL 40 km/h Tableau 3.27 - Vitesses à partir desquelles Lt ( R3) - Lt ( R1) 2 dB(A) 66 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.8.2 - Effet revêtement L'effet revêtement est la différence attendue sur le bruit de trafic résultant de l'utilisation d'un revêtement de catégorie R1 plutôt qu'un revêtement de catégorie R3. Allure stabilisée Figure 3.28 - Effet revêtement sur route horizontale pour l'allure stabilisée L'effet en allure stabilisée sur route horizontale est tracé Figure 3.28. Il est quasiment supérieur à 2 B(A) dès 25 km/h pour un trafic VL et 40 km/h pour un trafic PL. Figure 3.29 - Effet revêtement sur une rampe de 6% en montée (gauche) et descente (droite). Allure stabilisée Une déclivité n'affecte pas le niveau d'émission VL22. L'effet revêtement pour cette catégorie est donc le même que sur route horizontale. Pour le trafic PL, l'effet revêtement est négligeable en montée de 6% : il n'est 22 Les nouvelles valeurs sont établies pour des déclivités inférieures à 6 %. Commentaires et analyses 67 supérieur à 2 dB(A) qu'à partir de 80 km/h (Figure 3.29 graphique de gauche). En descente de 6 % par contre, l'effet revêtement dépasse 2 dB(A) à partir de 55 km/h (Figue 3.29 graphique de droite). Allures accélérée et décélérée Figure 3.30 - Effet revêtement sur route horizontale pour les allures accélérée (gauche), décélérée (droite) En allure accélérée sur route horizontale, l'effet revêtement dépasse 2 dB(A) à partir de 45 km/h pour un trafic VL et 60 km/h pour un trafic PL. En allure décélérée, la vitesse critique descend à 25 km/h pour le trafic VL et 45 km/h pour le trafic PL. 3.8.3 - Effet allure Allure accélérée / allure stabilisée Figure 3.31 - Trafic VL. Différence d'émission entre allure accélérée et allure stabilisée. Gauche : VL. Droite : PL Sur route horizontale, les valeurs d'émission sont plus importantes en allure accélérée qu'en allure stabilisée (Figure 3.31). Elles dépendent du revêtement. Pour les VL (graphique de gauche) la différence dépasse 2 dB(A) jusqu'à 45 km/h pour la catégorie R2 et jusqu'à 55 km/h pour la catégorie R1. Pour les PL (graphique de droite) la différence reste supérieure à 2 dB(A) en deçà de 35 km/h pour la catégorie R2 et en deçà de 45 km/h pour la catégorie R1. 68 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Allure décélérée / allure stabilisée Sur route horizontale, les valeurs d'émission des VL en allure décélérée diffèrent peu de celles en allure stabilisée (Figure 3.32). Les valeurs d'émission des PL en allure décélérée sont les mêmes qu'en allure stabilisée. Figure 3.32 - Trafic PL. Différence d'émission entre allure accélérée et allure stabilisée. Commentaires et analyses 69 3.9 - Comparaison des valeurs d'émission unitaires avec celles du Guide du Bruit (1980) [3] Par commodité, nous utiliserons le terme "GdB80" pour faire référence au Guide du bruit des transports terrestres [3] qui date de 1980. 3.9.1 - Les données du Guide du Bruit (GdB80) Les valeurs d'émission unitaires du Guide du Bruit (GdB80 ) sont les émissions sonores E de la méthode détaillée [3], fournies sous forme d'abaques dans le volume "Prévision des niveaux sonores" et reproduites Figure 3.33. Figure 3.33 - Emissions unitaires des véhicules [d'après [3]] L'émission sonore E d'un véhicule est définie, par convention, par la relation : E = LW - 10 log V - 50 dB( A) (49) 70 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Elle est égale numériquement au Leq ,1H provoqué par un véhicule de puissance acoustique LW , circulant à la vitesse V km/h sur une voie rectiligne distante de 50 m du point de mesure23. L'émission sonore E est donnée, en fonction de la vitesse, pour 2 catégories de véhicules (VL : moins de 3.5 t, PL : 3.5 t ou plus) et 12 configurations caractérisées par le type d'écoulement et le type de profil en long. Certaines configurations sont considérées comme équivalentes i.e. comme produisant le même bruit. Les équivalences ne sont pas les mêmes pour les VL et pour les PL. Elles sont résumées Tableau 3.34. Toutes les configurations repérées par le même symbole ont même niveau d'émission. Le bruit des VL est ainsi défini par 7 abaques d'émission sonore, celui des PL par 4. GdB80 E VL fluide continu pulsé non différencié pulsé accéléré pulsé décéléré profil montée descente horizontal 0 + a c GdB80 E PL fluide continu pulsé non différencié pulsé accéléré pulsé décéléré profil montée descente horizontal A A A C B B B D A A A A × × b + 0 + + d Tableau 3.34 - GdB80, grille d'équivalence des émissions unitaires : les configurations qui ont un même symbole ont même niveau d'émission sonore E . 3.9.2 - Les nouvelles valeurs unitaires L'option retenue pour les nouvelles valeurs est de caractériser l'émission sonore par la puissance acoustique d'une "ligne source", quantité mieux appropriée pour les logiciels de prévision de bruit de trafic. Elle est donnée par unité de longueur. Son niveau, pour un débit de 1 véhicule/heure est : LW / m / veh = LW - 10 log V - 30 (50) L'émission sonore est, ici aussi, donnée en fonction de la vitesse pour les 2 mêmes catégories de véhicules, mais en considérant seulement 9 configurations allure/profil en long (Tableau 3.35). LW /m VL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil montée descente horizontal s s s LW /m PL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil montée descente horizontal S B C a a a A E A d d d S S C Tableau 3.35 - Nouveau guide, grille d'équivalence des émissions unitaires : les configurations qui ont un même symbole ont même niveau d'émission sonore LW /m . Les valeurs d'émission obtenues pour les VL s'avèrent ne dépendre que de l'allure, pas de la déclivité. Celles obtenues pour les PL dépendent en général de l'allure et de la déclivité24. 23 24 Sur site dégagé (pas d'écran ni de bâtiment à proximité), et avec sol réfléchissant. Les nouvelles valeurs ne sont établies que pour des déclivités ne dépassant pas 6% Commentaires et analyses 71 3.9.3 - Comparaison La correspondance de LW /m avec E est : LW / m / veh = E + 20 Allures (51) Le GdB80 considère des écoulements fluide continu, pulsé accéléré, pulsé décéléré. Le nouveau guide considère les allures stabilisée, accélérée, décélérée. Les comparaisons se feront entre fluide continu/ allure stabilisée, pulsé accéléré/ allure accélérée, pulsé décéléré/ allure décélérée. L'écoulement pulsé non différencié considéré dans le GdB80 s'oppose à l'écoulement fluide. Il n'est stable ni dans le temps (variation brusque de débits sur de courtes périodes de temps), ni dans l'espace (concentration irrégulière des véhicules sur la section étudiée, à un instant donné). La nouvelle procédure subdivise une ligne source en tronçons acoustiquement homogènes (débit, vitesse, allure) et ne fournit donc pas de valeur d'émission pour ce type d'écoulement. Déclivité Pour le GdB80 comme pour le nouveau guide, les déclivités inférieures à 2% sont considérées ne pas avoir d'influence sur l'émission acoustique d'un véhicule. Le GdB80 considère qu'en montée ou en descente les niveaux d'émission sont indépendants de la déclivité25. Le nouveau guide arrive à la même conclusion pour les VL26 ; par contre, pour certaines configurations, les valeurs d'émission des PL dépendent de la déclivité. Les évaluations du nouveau guide ne sont données que pour des déclivités ne dépassant pas 6%, les comparaisons avec le GdB80 seront effectuées pour une déclivité de 6%. Revêtements L'influence du revêtement (catégorie, âge) n'a pas été prise en compte dans le GdB80. Les comparaisons sont ici effectuées avec les nouvelles valeurs d'émission correspondant à des revêtements jeunes (2 ans ou moins) et non celles des revêtements de 10 ans d'âge. Organisation Les comparaisons sont organisées par allure (stabilisée, accélérée, décélérée) et, pour chaque allure, par type de profil en long (route horizontale, montée à 6%, descente à 6%). Présentation graphique Les comparaisons sont données dans chaque catégorie/ configuration sous la forme de 2 graphes, avec la vitesse comme variable : l'un (graphe supérieur) où sont tracées les valeurs d'émission du GdB80 et du nouveau guide (pour les catégories R1, R2 et R3) ; l'autre (graphe inférieur) où est tracée la différence L entre la valeur d'émission donnée par le nouveau guide (catégorie R3) et celle donnée par le GdB80. Un L négatif signifie que le bruit de trafic (sur un revêtement de catégorie R3) est aujourd'hui plus faible que dans les années 70. Pour rappeler que l'effet vieillissement n'est pas inclus ici, les catégories sont repérées R1 J, R2 J, R3 J. 25 26 supérieure à 2% Il est même conclu qu'à allure donnée les valeurs d'émission VL, sur route horizontale, en montée ou en descente, sont les mêmes. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 72 3.9.4 - Allure stabilisée (Figure 3.36) Allure stabilisée - route horizontale (Figure 3.36 graphiques du haut) Dès 40 km/h environ, les nouvelles valeurs d'émission des VL pour la catégorie R3 J sont les mêmes que celles du GdB80 : aux moyennes et hautes vitesses, le bruit de trafic VL sur des revêtements de la catégorie R3 est le même aujourd'hui qu'il y an 25 ans27. En deçà de 40 km/h les nouvelles valeurs d'émission sont plus faibles. Ceci peut s'interpréter comme résultant d'une réduction de la composante bruit moteur du parc entre les années 80 et aujourd'hui. La réduction sur le bruit de trafic est d'environ 3 dB(A) à 25 km/h. Les nouvelles valeurs d'émission des PL sur R3 J ne sont identiques à celles du GdB80 qu'au delà de 70 km/h. A 25 km/h, le bruit de trafic PL donné par le nouveau guide (R3 J) est inférieur de 9 dB(A) à celui donné par le GdB80. Allure stabilisée - montée (Figure 3.36 graphiques du milieu) Anciennes et nouvelles valeurs (R3 J) d'émission en montée se confondent à partir de 80 km/h pour les VL et 60 km/h pour les PL (déclivité 6%). Les écarts à 25 km/h entre nouvelles valeurs et GdB80 sont, pour les VL, plus importants ( L = -10 dB(A)) et, pour les PL, moins importants ( L = -4 dB(A)) que ce qui est observé sur route horizontale. Allure stabilisée ­ descente (Figure 3.36 graphiques du bas) Pour les VL, mêmes résultats et mêmes commentaires que allure stabilisée/ route horizontale. Selon le GdB80 les PL roulant à allure stabilisée font le même bruit en descente que sur route horizontale. Selon les nouvelles estimations une déclivité au delà de -2% augmente l'émission acoustique des PL. L'émission des PL donnée par le nouveau guide sur R3 J est inférieure à l'émission donnée par le GdB80 en deçà de 70 km/h environ. L'écart atteint -6 dB(A) à 25 km/h. Au delà de 70 km/h les niveaux sont pratiquement les mêmes. 27 Cf. supra §3 Commentaires et analyses 73 Figure 3.36 - Allure stabilisée. Emissions GdB80 et nouvelles valeurs (sans effet vieillissement). Gauche : VL. Droite : PL. Haut : route horizontale. Milieu : Montée (6% pour le nouveau guide). Bas : descente (6% pour le nouveau guide) 74 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.9.5 - Allure accélérée (Figure 3.37) Allure accélérée - route horizontale (Figure 3.37 graphiques du haut) En allure accélérée les émissions VL sur la catégorie R3 J sont pratiquement égales à celles du GdB80 au delà de 55 km/h. L'écart aux très basses vitesses est du même ordre que celui observé à allure stabilisée. Pour les PL, les différences aux basses vitesses sont plus faibles que celles observées à allure stabilisée (à 25 km/h, L = -6 dB(A) à allure accélérée contre L = -9 dB(A) à allure stabilisée). Nouvelles valeurs sur R3 J et valeurs GdB80 se confondent à partir de 70 km/h. Allure accélérée ­ montée (Figure 3.37 graphiques du milieu) Les valeurs d'émission des VL en montée/ allure accélérée ne sont données dans le GdB80 que pour des vitesses inférieures à 60 km/h. Elles sont supérieures de 3 dB(A) à 4 dB(A) aux nouvelles valeurs (R3 J). L'émission des PL en montée est, pour le GdB80 comme pour les nouvelles valeurs (rampe 6%), la même à allure accélérée qu'à allure stabilisée. Anciennes et nouvelles valeurs se confondent à partir de 60 km/h. L'écart entre valeurs à 25 km/h est L = -4 dB(A). Allure accélérée ­ descente (Figure 3.37 graphiques du bas) La configuration allure accélérée/ descente est la seule pour laquelle les nouvelles valeurs d'émission VL s'avèrent très proches de celles du GdB80 sur toute la plage de vitesse28. Selon le GdB80 et le nouveau guide, un PL roulant à allure accélérée en descente fait le même bruit qu'à allure accélérée sur route horizontale29. Pour les observations cf. donc supra allure accélérée/ route horizontale. En deçà de 70 km/h environ, l'émission PL donnée par le nouveau guide sur R3 est inférieure à celle donnée par le GdB80. L'écart est environ -5 dB(A) à 25 km/h. Au delà de 70 km/h les niveaux sont pratiquement les mêmes. Les valeurs d'émission VL sont considérées être indépendantes de la déclivité, pour le GdB80 comme pour le nouveau guide . Les valeurs du nouveau guide ne sont établies que pour des déclivités ne dépassant pas 6%. 29 Les valeurs d'émission PL à allure accélérée/ descente sont indépendantes de la déclivité, pour le nouveau guide comme pour le GdB80. Les valeurs du nouveau guide ne sont établies que pour des déclivités ne dépassant pas 6%. Commentaires et analyses 75 28 Figure 3.37 - Allure accélérée. Emissions GdB80 et nouvelles valeurs (sans effet vieillissement). Gauche : VL. Droite : PL. Haut : route horizontale. Milieu : Montée (6% pour le nouveau guide). Bas : descente (6% pour le nouveau guide) 76 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.9.6 - Allure décélérée (Figure 3.38) Allure décélérée - route horizontale (Figure 3.38 graphiques du haut) Contrairement à ce qui est observé dans la plupart des autres cas, les nouvelles valeurs d'émission sur R3 J s'avèrent dans certaines plages de vitesse supérieures à celles données par le GdB80 (entre 40 km/h et 100 km/h pour les VL, en deçà de 95 km/h pour les PL). La démarche utilisée pour construire les nouvelles valeurs considère que la décélération est obtenue, par certains en utilisant le frein à pied, par d'autres en utilisant le frein moteur. En conséquence, la composante moteur et l'émission globale sont plus importantes à allure décélérée qu'à allure stabilisée. Les valeurs d'émission GdB80 à allure stabilisée et à allure décélérée sont tracées sur un même graphique Figure 3.39. Selon le GdB80 un VL en décélération émet plutôt moins de bruit qu'à allure stabilisée (graphe de gauche), un PL en décélération émet beaucoup moins de bruit qu'à allure stabilisée (graphe de droite). Figure 3.39 - GdB80 Route horizontale. Allures stabilisée et décélérée. Gauche : VL. Droite : PL Allure décélérée ­ montée (Figure 3.38 graphiques du milieu) GdB80 et nouveau guide donnent, à partir de 50 km/h, mêmes valeurs d'émission pour les VL en montée/ allure décélérée. A 25 km/h l'écart entre valeurs atteint -6 dB(A). Selon le GdB80 le PL à allure décélérée fait plus de bruit en montée que sur route horizontale. Selon les nouvelles estimations, le PL à allure décélérée fait le même bruit en montée que sur route horizontale. Les nouvelles valeurs (R3 J) s'avèrent pratiquement égales à celles du GdB80 au delà de 60 km/h. L'écart à 25 km/h est de l'ordre de -4 dB(A). Allure décélérée ­ descente (Figure 3.38 graphiques du bas) Les valeurs d'émission VL données par le GdB80 pour la configuration descente/ allure décélérée sont les plus basses de toutes. Sauf aux très faibles vitesses elles s'avèrent inférieures aux nouvelles valeurs (R3 J). Pour le GdB80 comme pour le nouveau guide, les valeurs d'émission PL en descente de 6% à allure décélérée sont les mêmes qu'à allure stabilisée. L'émission des PL donnée par le nouveau guide sur R3 J est inférieure à l'émission donnée par le GdB80 en deçà de 70 km/h environ. L'écart atteint -6 dB(A) à 25 km/h. Au delà de 70 km/h les niveaux sont pratiquement les mêmes. Commentaires et analyses 77 Figure 3.38 - Allure stabilisée. Emissions GdB80 et nouvelles valeurs (sans effet vieillissement). Gauche : VL. Droite : PL. Haut : route horizontale. Milieu : Montée (6% pour le nouveau guide). Bas : descente (6% pour le nouveau guide) 78 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.9.7 - Conclusion Mis à part le cas de 3 allures/configurations, les valeurs d'émission du nouveau guide sur la catégorie R3 (sans effet de vieillissement) se confondent pratiquement avec celles du GdB80 aux hautes vitesses, domaine où le bruit de roulement prédomine. Il apparaît donc que le bruit de roulement sur les revêtements de la catégorie R3 correspond au bruit de roulement sur les revêtements des années 70, pour les VL comme pour les PL. Ce n'est pas trop surprenant dans la mesure où les techniques de revêtement utilisées dans les années 70 sont, pour leur grande majorité, classées dans la catégorie R3. Ceci implique cependant que les caractéristiques acoustiques des pneumatiques ont peu changé depuis les années 70 (cette stabilité acoustique des pneumatiques a été constatée par Sandberg pour la période 1920-1980 [32]). Aux basses vitesses les nouvelles valeurs d'émission sont en général inférieures à celles du GdB80. Ceci peut s'interpréter comme résultant d'une réduction de la composante moteur du parc entre les années 80 et aujourd'hui. Les réductions de bruit observées à 25 km/h sont de l'ordre de 3 B(A) pour les VL et de l'ordre de 5 dB(A) pour les PL. 3.9.8 - Quelques valeurs caractéristiques Vitesses critiques La vitesse à partir de laquelle les valeurs d'émission du nouveau guide sur R3 restent pratiquement égales à celles du GdB80 dépend de la catégorie du véhicule et de la configuration (Tableau 3.40). VL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil horizontal 40 80 x montée 80 x 50 descente 40 80 x PL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil horizontal 70 70 x montée 60 60 60 descente 70 70 70 Tableau 3.40 - Vitesses (en km/h) à partir desquelles les valeurs d'émission du GdB80 et du nouveau guide (R3 )restent pratiquement égales. Différences à 25 km/h Aux basses vitesses les nouvelles valeurs d'émission sont en général inférieures à celles du GdB80. Les différences à la vitesse de 25 km/h sont données Tableau 3.41. VL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil horizontal -3 -3 x montée -10 -4 -6 descente -3 -3 x PL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil horizontal -9 -6 x montée -4 -4 -4 descente -6 -5 -6 Tableau 3.41 - Différences en dB(A) entre les valeurs nouveau guide (R3) et les valeurs GdB80 à 25 km/h. 3.9.9 - L'équivalent Poids Lourd L'équivalent poids lourd est une notion introduite dans la méthode simplifiée du GdB80 pour simplifier les calculs. Il permet d'évaluer le bruit de trafic à partir une seule équation où figure une seule vitesse, celle des VL. L'expression est de la forme30 : Leq = 10 log(QVL + E qPL × QPL ) + 20 log V + ... (52) 30 le facteur d'équivalence acoustique et le niveau d'émission sonore sont désignés par le même symbole E dans le GdB80 . Nous proposons d'utiliser E qPL ici pour éviter toute confusion. Commentaires et analyses 79 QVL : débit représentatifs des VL, QPL : débit représentatif des PL, E qPL : facteur d'équivalence acoustique entre PL et VL V vitesse du trafic. L'équivalence est aussi exprimée par la relation 1PL = E qPL × VL (53) E qPL prend en compte le fait que la vitesse de circulation des PL peut être différente de celle des VL. Les valeurs proposées dans le GdB80 sont reportées dans le Tableau 3.42 : 2% Autoroute VRU Voie urbaine 4 7 10 3% 5 9 13 4% 5 10 16 5% 6 11 18 .6% 6 12 20 Tableau 3.42 - Facteur d'équivalence E qPL acoustique entre PL et VL : 1PL = E qPL × VL (GdB80 méthode simplifiée) Nouvelles valeurs Sauf à retrouver les correspondances de vitesse entre PL et VL utilisées dans le GdB80 pour les différents types de voies, il est impossible de donner, pour les nouvelles valeurs, une équivalence PL qui puisse être comparée à celle de la méthode simplifiée. Il est proposé de considérer un facteur d'équivalence E qPL avec comme hypothèse sur les vitesses V 100 km/h : VL et PL roulent à la même vitesse, V > 100 km/h : les PL roulent à 100 km/h. Les niveaux d'émission pris ici pour le nouveau guide sont ceux correspondant à un revêtement âgé. Les valeurs E qPL correspondant aux nouvelles valeurs d'émission sont tracées Figures 3.43 (vitesse stabilisée route horizontale), 3.44 (vitesse stabilisée, montée de 6% et descente de 6%) et 3.45 (accélération et décélération sur route horizontale) pour les 3 catégories de revêtements. Les valeurs du GdB80 sont ré-évaluées à partir des abaques de la Figure 1 du GdB80. D'une façon générale le facteur d'équivalence est fonction de la vitesse. Pour les nouvelles valeurs et aux vitesses supérieures à 100 km/h, il diminue lorsque la vitesse augmente : le bruit des VL augmente avec la vitesse alors que les PL continuent à rouler à la vitesse de 100 km/h. Les facteurs d'équivalence sur R1 et R2 sont proches, et supérieurs au facteur d'équivalence sur R3. 80 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Vitesse stabilisée, route horizontale Figure 3.43 - Facteur d'équivalence E qPL . Vitesse stabilisée - route horizontale. Les facteurs d'équivalence sur R1 et R2 sont de l'ordre de 8 entre 60 km/h et 100 km/h. Celui de R3 est de l'ordre de 6 sur la même plage de vitesse. Pour les trois catégories, le facteur d'équivalence croit significativement aux faibles vitesses. Au delà de 65 km/h le facteur d'équivalence du GdB80 est plutôt proche de celui sur R1 et R2. Montée ou descente à vitesse stabilisée Figure 3.44 - Facteur d'équivalence E qPL . Vitesse stabilisée - GAUCHE : montée. DROITE : descente. Entre 60 km/h et 100 km/h à vitesse stabilisée, le facteur d'équivalence sur R1 et R2 est de l'ordre de 10 à 15 en montée, de l'ordre de 9 en descente. Sur R3 où le bruit de roulement est plus important, le facteur d'équivalence est plus faible (6 à 8 environ). Les équivalences données par le GdB80 ont des ordres de grandeur comparables. Commentaires et analyses 81 Accélération ou décélération sur route horizontale Figure 3.45 - Facteur d'équivalence E qPL . Vitesse stabilisée. GAUCHE : en accélération. DROITE : en décélération. En accélération ou décélération sur route horizontale, les PL sont considérés faire environ 7 fois plus de bruit que les VL, sauf aux très hautes vitesses pour les deux cas et aux très basses vitesses pour la décélération. Le GdB80 donne des équivalences comparables, sauf aux faibles vitesses. 3.9.10 ­ Eléments particuliers Les données relatives aux tranchées, tunnels et couvertures n'ont pas été traitées et réactualisées dans ce guide. Les formules données dans le Guide du Bruit (GdB80 ) restent donc inchangées. Pour information, elles sont reproduites en annexe 5. 3.10 - Répartition spectrale 3.10.1 - Origine des valeurs Les valeurs des spectres fournies sont issues des mesures répertoriées dans la base de données « bruit de roulement » et obtenues selon la méthode au passage. A chaque planche de la base est associé un spectre, obtenu à partir des véhicules mesurés31 (au minimum 80). Des spectres moyens VL et PL en bande de tiers d'octave ont été calculés de la manière suivante : · tous les spectres de la base de données ont été ramenés à une valeur globale de 0 dB(A) ; · par technique de revêtement et par type de véhicule (VL et PL), la moyenne arithmétique par tiers d'octave de tous les spectres a été calculée. Cette moyenne a ensuite été ramenée à une valeur globale de 0 dB(A) ; · ces spectres moyens par technique ont été classés en 4 familles distinguant les VL et PL d'une part, revêtements drainants et non drainants d'autre part. En examinant ces spectres moyens obtenus par technique de revêtement, on observe que dans la famille des revêtements non drainants, l'écart type des spectres est de 1 à 2 dB selon les fréquences pour les VL et de 0,5 à 1,5 dB selon les fréquences pour les PL. Pour les revêtements drainants, les données utilisées concernent essentiellement le revêtement BBDr 0/10, la notion d'écart type n'est donc pas appropriée. Ce spectre est obtenu en calculant, sur chaque bande de tiers d'octave, la régression linéaire des niveaux LAmax des véhicules en fonction du logarithme de la vitesse. Il est donné pour une certaine valeur de la vitesse, appelée vitesse de référence [voir norme 31 119]. 82 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 31 L'examen des représentations graphiques a montré que, à l'intérieur de chacune des quatre familles, les spectres sont de forme similaire. Ils ont donc tous étés intégrés dans le calcul des spectres représentatifs de chaque famille, soit : · 150 spectres VL et 80 spectres PL pour les revêtements non drainants, · 30 spectres VL et 20 spectres PL pour les revêtements drainants. Les spectres représentatifs de chaque famille ont été calculés en effectuant la moyenne arithmétique par tiers d'octave des spectres de chaque technique. Cette moyenne a ensuite été ramenée à une valeur globale de 0 dB(A). Remarque : Les revêtements BBTM de type 2 ne peuvent pas être classés dans la même famille de revêtements que les drainants car les formes diffèrent : leurs spectres présentent un pic vers 1000 Hz, qui est absent dans les spectres des drainants. 3.10.2 - Influence de la vitesse Cette approche de détermination de spectres d'émission sonore des véhicules ne tient pas compte de l'influence éventuelle de la vitesse sur la forme du spectre (l'hypothèse retenue est que la vitesse modifie le niveau et non la forme du spectre). Note : les spectres définis ici sont issus de valeurs mesurées au passage à vitesses élevées. On a considéré qu'ils étaient également utilisables dans le domaine de vitesse où le bruit moteur prédomine. En effet, des observations ont montré que les plages de fréquences mises en jeu pour les deux composantes moteur et roulement sont similaires. 3.10.3 - Représentativité des spectres et intérêt de la séparation VL/PL Les spectres « trafic » composés d'un pourcentage forfaitaire de 85% de VL et 15 % de PL ont été comparé à 15 spectres (dont 4 drainants) mesurés par ailleurs en LAeq (à 7,5 m de la voie et 1,2 m de hauteur pendant une période de 45 minutes). Cette comparaison montre que les spectres forfaitaires (revêtements drainants /non drainants) sont bien dans les fuseaux des valeurs mesurées en moyennes et hautes fréquences, mais qu'ils sont systématiquement en dessous dans les fréquences inférieures à 500Hz. Cependant ces écarts ont peu d'influence sur le niveau global. Afin d'évaluer l'intérêt de présenter deux spectres différenciés VL et PL, l'influence du pourcentage PL a été étudiée en comparant les spectres de bruit construits avec des proportions de PL extrêmes (0% et 40%). On observe que les spectres "trafic" recomposés avec une proportion variable de PL sont très similaires, exceptés dans la plage 400-630 Hz (soit la bande d'octave 500 Hz) pour laquelle la largeur de l'enveloppe atteint 5 à 6 dB pour les revêtements non drainants et 2 à 3 dB pour les revêtements drainants. Au vu de ces résultats, la représentation par un spectre d'émission unique combinant les deux types de véhicules a été adoptée pour la prévision du bruit à faible distance de la route, les deux inconvénients mentionnés (faiblesses dans les graves et variabilité selon le pourcentage de PL autour de 500 Hz) ne paraissant pas rédhibitoires du fait du poids relativement faible des fréquences concernées. 3.10.4 - Propagation à grande distance Pour s'assurer que la contribution de ces fréquences au bruit global reste limitée même à grande distance de la route, des spectres de différentes compositions PL ont été propagés à une distance de 100 m et de 200 m à l'aide d'un modèle théorique, avec une configuration de site simple (route au niveau du terrain naturel, sol plan), pour les deux types de conditions météorologiques favorables et homogènes. Les résultats montrent une faible dispersion des atténuations par rapport à 7,50 m, quels que soient les cas envisagés. Cependant, les résultats obtenus avec 15 % de PL se trouvent plus proches des résultats obtenus pour un trafic comprenant 40 % de PL que de ceux avec 0 %. Un trafic comprenant 10 % de PL a donc été retenu comme valeur intermédiaire (les spectres correspondant, par tiers d'octave, sont donnés au chapitre 2.8). Commentaires et analyses 83 3.10.5 - Modifications par rapport aux valeurs antérieures Le spectre de la NMPB 96 [36] est défini en bande d'octaves, il est donc difficile de le comparer directement aux spectres de la présente méthode (donnés en bande de tiers d'octave). A titre d'information, la figure 3.46 compare les deux spectres de la présente méthode (revêtements drainants et revêtements non drainants) avec le spectre fourni par la norme EN 1793- partie 3 [33] (le spectre de la NMPB 96 est directement issu de ce dernier, par sommation des tiers d'octave). Tiers d'octave 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz 0 -5 -10 dB(A) -15 -20 -25 -30 bruit du trafic, revêtements drainants bruit du trafic, revêtements non drainants spectre EN 1793-3 Figure 3.46 - Comparaison spectres définis/spectre de la norme EN 1793- partie 3 Dans les basses et hautes fréquences, les spectres proposés sont inférieurs au spectre de la norme EN 1793 ­ partie 3, alors que celui ci se trouve plutôt entre les spectres drainants et non drainants dans les moyennes fréquences (fréquences prépondérantes). 84 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 4 ­ Bibliographie 4.1 ­ Références bibliographiques [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Décret n° 95-22 du 9 janvier 1995 relatif à la limitation du bruit des aménagements et infrastructures de transports terrestres (JORF du 10/01/1995). Arrêté du 5 mai 1995 relatif au bruit des infrastructures routières (JORF du 10/05/1995). Guide du Bruit des Transports Terrestres - Prévision des niveaux sonores. CETUR, novembre 1980. Directive européenne 2002/49/CE du Parlement européen et du Conseil du 25 juin 2002 relative à l'évaluation et la gestion du bruit dans l'environnement (JOCE du 18 juillet 2002). Ordonnance n° 2004-1199 du 12 novembre 2004 (JORF du 14 novembre 2004). Loi n° 2005-1319 du 26 octobre 2005 portant diverses dispositions d'adaptation au droit communautaire dans le domaine de l'environnement (JORF du 27 octobre 2005). Calcul prévisionnel de bruit routier ­ Profils journaliers de trafic sur routes et autoroutes interurbaines. Note d'information Economie, Environnement, Conception n°77, Sétra, février 2007, 10 p. Structure du trafic sur le réseau routier national ­ Analyse et évolution. Dossier thématique. Sétra, 1999, 30 p.] Saturation acoustique sur autoroutes interurbaines. Rapport d'étude, Sétra, mars 2007 [10] Fonctions temps-débit sur les autoroutes interurbaines ­ Rénovation des relations entre temps de parcours et débit pour la simulation du trafic ­ Rapport technique Sétra, novembre 2001 (retirage de juillet 2004) [11] La sécurité routière en France : bilan de l'année 2005, La documentation Française, extraits consultables en ligne sur http://www2.securiteroutiere.gouv.fr/infos-ref/observatoire/l-observatoire/l-observatoirenational-interministeriel-de-securi.html [12] Bruit dû aux moyens de transports ­ G. Pachiaudi and B. Favre. Note d'information N°15, IRT, 1979. [13] Development of national reference energy mean emission levels for the FHWA Traffic Noise Model ­ G. Gand al. Fleming. Final report, US Department of Transportation ­ Federal Higway Administration, 1995. [14] Vehicle noise emission of tyre/road and motor noise contribution ­ J. Lelong. In Internoise, Fort Lauderdale, Florida, USA, 1999. [15] Bruit des trains routiers ­ Modélisation simplifiée à partir de mesures sur pistes d'essai ­ J.F. Hamet and V. Steimer. Technical Report LTE 2025, INRETS, 2000. [16] Influence des véhicules sur un bruit de trafic interurbain ­ Tests de sensibilité PL/TR ­ J. Lelong. Technical Report MMA 9701, INRETS, 1997. [17] Influence des véhicules sur un bruit de trafic urbain ­ Tests de sensibilité PL/TR ­ J. Lelong. Technical Report MMA 9703, INRETS, 1997. [18] Acoustique ­ Méthode de mesurage de l'influence des revêtements de chaussées sur le bruit émis par la circulation ­ Partie 1 : Méthode statistique au passage. Norme ISO-11819-1, septembre 1997. [19] NF S 31-119 ­ Acoustique : Caractérisation in situ des qualités acoustiques des revêtements de chaussées ­ Mesurages acoustiques au passage, Norme AFNOR, octobre 1993. [20] NF S 31 119-2 ­ Acoustique : Caractérisation in situ des qualités acoustiques des revêtements de chaussée ­ Mesurages acoustiques au passage ­ Procédure "Véhicules Maîtrisés", Norme AFNOR, décembre 2000. [21] Emissions acoustiques des véhicules routiers ­Campagnes de mesures 1997 ­ R. Michelet and J. Lelong, Technical Report MMA 9802b, INRETS, 1998. Bibliographie 85 [22] Emissions acoustiques des véhicules routiers ­Campagnes de mesures 1998 ­ R. Michelet and J. Lelong, Technical Report LTE 9922, INRETS, 1999. [23] Véhicules légers ­ Emission acoustique aux différentes allures urbaines et interurbaines ­ J. Lelong, Technical Report LTE 2024, INRETS, 2000. [24] Etude expérimentale sur les utilisations réelles des véhicules (EUREV) ­ M. and al. André, Technical Report N°48, INRETS, 1987. [25] Bruit des trains routiers ­ Estimation du bruit moteur en conduite régime adapté ­ J.F ; Hamet, Technical Report LTE 0413, INRETS, 2004. [26] Acoustic emission of a passenger car ­ Effect of road gradient ­ J.F. Hamet and J. Lelong, Technical Report SILVIA-INRETS-015-WP5, 2005. [27] Mesure de bruit au passage ­ Méthode VM sur RN et sur piste ­ effet acoustique d'une rampe et de l'accélération sur l'émission sonore d'un VL ­ H. Lefevre, Technical report, LR Clermont-Ferrand, 2004. [28] Mesure de bruit de VL en rampe à faible vitesse ­ Circuit de Charade ­ H. Lefevre, Technical report, LR Clermont-Ferrand, 2004. [29] Bruit des véhicules légers en rampe ­ Analyse des résultats obtenus sur le site de Charade ­ J.F. Hamet and J. Lelong, Technical Report LTE 0437, INRETS, 2004. [30] Bruit des véhicules légers en rampe ­ Analyse des résultats obtenus sur le site d'Orcines la Baraque ­ J.F. Hamet and J. Lelong, Technical Report LTE 0617, INRETS, 2006. [31] Effect of acceleration on vehicle noise emission ­ J. Lelong and R. Michelet, in Forum Acusticum, Berlin, 1999. [32] Six decades of vehicle noise abatement ­ but what happened to the tires ? ­ U. Sandberg, Technical Report 100, VTI, 1984. [33] NF EN 1793-3 (indice de classement : S 31-303), "Dispositifs de réduction du bruit du trafic routier ­ Méthode d'essai pour la détermination de la performance acoustique ­ Partie 3 : Spectre sonore normalisé de la circulation". AFNOR, novembre 1997. [34] Influence de la couche de roulement de la chaussée sur le bruit du trafic routier ­ Note Cftr ­ info n°4, juin 2001. [35] Hamet JF., Besnard F., Lelong J. Nouvelles valeurs d'émission sonore des véhicules routiers. Le tronçon acoustiquement homogène. Rapport INRETS/LTE 0721 Novembre 2007. [36] Bruit des infrastructures routières, Méthode de calcul incluant les effets météorologiques ­ Version expérimentale ­ NMPB-Routes-96, CERTU, CSTB, LCPC, SETRA, Janvier 1997. 4.2 ­ Documents bibliographiques du Sétra Guide du Bruit des Transports Terrestres ­ Prévision des niveaux sonores. CETUR, novembre 1980. Bruit des infrastructures routières ­ Méthode incluant les effets météorologiques ­ version expérimentale ­ NMPB-Routes-96, CERTU, CSTB, LCPC, SETRA, 1997. Bruit et études routières ­ Manuel du chef de projet, Sétra, CERTU, octobre 2001. Calcul prévisionnel de bruit routier ­ Profils journaliers de trafic sur routes et autoroutes interurbaines. Note d'information Economie, Environnement, Conception n°78, Sétra, février 2007, 10 p. Guide méthodologique ­ Prévision du bruit routier ­ 2- Méthode de calcul de propagation du bruit incluant les effets météorologiques (NMPB 2008), Sétra 2009. 86 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes Annexes 87 Annexe 1 ­ Notations et symboles dB(A) le décibel (A), unité dans laquelle est exprimée le niveau sonore, ou niveau de pression, représentatif de l'énergie transmise. Pour tenir compte de la sensation effective de l'oreille humaine, on utilise des courbes de pondération. Pour le bruit routier, ainsi que pour la plupart des bruits dans l'environnement, on utilise la courbe de pondération A véhicules légers, véhicules dont le PTAC est inférieur à 3,5 tonnes poids lourds, véhicules dont le PTAC est égal ou supérieur à 3,5 tonnes niveau sonore défini par la relation suivante VL PL L L = 10 log p p0 LAeq(T) p2 2 p0 moyenne de la pression quadratique ou déclivité du terrain pression de référence, égale au seuil d'audibilité absolue : 2.10-5 Pa niveau de bruit équivalent, exprimé en décibels A, représentant le niveau de bruit constant qui aurait été produit avec la même énergie que le bruit existant réellement pendant la période T considérée. Il exprime donc la moyenne de l'énergie reçue, la pondération A rendant compte de la sensibilité de l'oreille en fonction de la fréquence à partir d'une courbe de pondération normalisée. La formule de calcul du LAeq est la suivante : 1 p2 (t) L Aeq ( T) = 10.log . dt 2 T T p0 T V Vréf Vmin Vmax période considérée vitesse des véhicules vitesse de référence (90 km/h pour les VL et 80 km/h pour les PL) vitesse minimale vitesse maximale puissance acoustique puissance acoustique de référence de valeur W0 = 1 pW niveau sonore maximum observé pendant une période donnée selon les procédures de mesure W W0 LAmax "au passage" LW LW/m LW/m (j) puissance d'émission sonore de formule LW = 10 log puissance d'émission par mètre de voie W W0 puissance d'émission sonore par mètre de ligne source et par bande de tiers d'octave 88 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier LW / m / véh puissance d'émission par mètre de voie de la catégorie de véhicules pour un débit unitaire (1 véh/h). Elle peut être notée également LW/m (1 véh/h). Pour les VL (respectivement PL), on a donc LW / m / VL (respectivement LW / m / PL ). Elle se décompose en deux termes Lr_W/m et Lm_W/m selon la formule suivante : LW/m/véh = Lr_W/m Lm_W/m est la composante de LW/m/véh supposée émise par le contact pneumatique-chaussée, dite aussi "composante roulement". Elle peut être notée également Lroulement est la composante de LW/m/véh supposée émise par l'ensemble des sources mécaniques des véhicules, dite aussi "composante moteur". Elle peut être notée également Lmoteur L1 L2 10 10 représente l'addition énergétique : L1 L2 = 10. log 10 + 10 Lr_W/m Lm_W/m Lr_W/m Lm_W/m Ri TMJA %PL %PL jour %PL nuit %TV jour %TV nuit erreur commise sur le niveau d'émission de la composante "roulement" erreur commise sur le niveau d'émission de la composante "moteur" rapport de boîte trafic moyen journalier annuel pourcentage de poids lourds. C'est la part des PL dans le trafic total pourcentages de poids lourds sur la période de jour pourcentages de poids lourds sur la période de nuit pourcentages du débit tous véhicules sur la période de jour pourcentages du débit tous véhicules sur la période de nuit débit moyen horaire de la catégorie de véhicules débit moyen horaire pour les VL débit moyen horaire pour les PL débit moyen horaire tous les véhicules VL et PL débit moyen horaire par VL pour la période de jour débit moyen horaire par VL pour la période de nuit débit moyen horaire par PL pour la période de jour débit moyen horaire par PL pour la période de nuit débit équivalent de l'emission sonore maximale du flot. Pour une proportion de poids lourds donnée, c'est la valeur du débit tous véhicules qui donnerait, pour la même valeur de %PL et pour les vitesses à vide VL et PL, la puissance d'émission sonore maximale correspondant à la situation de saturation acoustique. Qvéh QVL QPL QTV QVL,jour QVL,nuit QVL,jour QPL,nuit QTV_eq Annexes 89 Qhps %HPS Cvp K j R(j) R1 débit tous véhicules à l'heure de pointe du soir pourcentage du débit tous véhicules à l'heure de pointe du soir par rapport au TMJA équivalence trafic entre VL/PL concentration en véhicules indice de la bande de tiers d'octave répartition spectrale de la puissance d'émission catégorie de revêtements R1 regroupant les techniques de revêtements suivantes : BBTM 0/6 types 1 et 2 BBUM 0/6 BBDr 0/10 BBTM 0/10 type 2 catégorie de revêtements R2 regroupant les techniques de revêtements suivantes : BBTM 0/10 type 1 BBSG 0/10 ECF BBUM 0/10 catégorie de revêtements R3 regroupant les techniques de revêtements suivantes : BC BBTM 0/14 BBSG 0/14 ES 6/10 ES 10/14 Béton Bitumineux Très Mince Béton Bitumineux Ultra Mince Béton Bitumineux Drainant Béton Bitumineux Semi-Grenu Enrobé Coulé à Froid Béton de Ciment Enduit Superficiel âge du revêtement dans le correctif pour le calcul de la composante roulement correctif pour le calcul de la composante moteur des PL émission sonore d'un véhicule définie, par convention, par la relation : R2 R3 BBTM BBUM BBDr BBSG ECF BC ES a L E E = LW - 10 log V - 50 dB( A) Elle est égale numériquement au Leq ,1H provoqué par un véhicule de puissance acoustique LW , circulant à la vitesse V km/h sur une voie rectiligne distante de 50 m du point de mesure, sur site dégagé (pas d'écran ni de bâtiment à proximité), et avec sol réfléchissant 90 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier E qPL GdB80 facteur d'équivalence acoustique entre PL et VL référence au "Guide du Bruit des Transports Terrestres - Prévision des niveaux sonores" CETUR, novembre 1980 Annexes 91 Annexe 2 ­ Formulaire Deux types de niveaux de pression sonore sont utilisés en bruit des transports : · le niveau équivalent adapté à la caractérisation d'un bruit relativement stable ou à évolution lente comme le bruit d'un trafic fluide, · le niveau maximal, adapté à la caractérisation d'un événement comme le bruit au passage d'un véhicule. Les niveaux sonores sont fonction de la puissance acoustique des sources, de leur vitesse, de la distance source/observation. On utilise en bruit des transports des expressions simplifiées. L'objet de ce formulaire est de donner les relations entre les différentes quantités. Le niveau de pression sonore Le niveau de pression sonore s'exprime en décibels. Il est défini par une relation de la forme 2 2 L = 10 log pm /po (1) 2 où pm est une moyenne de la pression quadratique et po une pression de référence. Systématiquement la pression acoustique est prise avec la pondération fréquentielle A. On parle donc de niveau pondéré A. Niveau de pression sonore équivalent Le niveau de pression sonore équivalent caractérise un bruit sur une durée T donnée. Il utilise pour pm la moyenne de la pression quadratique. Il peut dépendre du moment considéré. Noté LAeq ,T (t ) il est donné par la relation : LAeq ,T (t ) = 10 log 2 pT 2 po 2 pT = 1 2 T pA ( ) d T t- t (2) L'évolution du bruit du trafic peut être par exemple caractérisée par l'évolution du niveau équivalent pris sur une heure LAeq ,1H . Niveau de pression sonore FAST Le bruit d'un véhicule en mouvement est caractérisé par l'évolution de son niveau de pression sonore au passage. La moyenne considérée pour la pression quadratique est une moyenne pondérée dite FAST. Le niveau de pression sonore est dénommé niveau de pression sonore FAST. Noté LA, FAST il est donné par la relation LA, FAST (t ) = 10 log 2 pFAST 2 po 2 pFAST = e - t - - 0t,125 2 p A ( ) d (3) 2 où t et sont exprimés en secondes. La contribution de p A ( ) au niveau FAST est d'autant plus faible que t - est important i.e. que l'instant d'occurrence est éloigné de l'instant d'observation t . Niveau de pression sonore d'un véhicule L'émission acoustique d'un véhicule est représentée par l'émission d'un ensemble de sources ponctuelles, le plus souvent omnidirectionnelles. Le niveau de pression sonore provoqué par l'ensemble des sources est pris égal à la somme énergétique des niveaux sonores provoqués chacun par une source32. La relation de base utilisée en bruit des transports pour évaluer les niveaux de pression sonore est celle donnant la pression quadratique provoquée par une source ponctuelle en champ libre33 32 33 On dit que les sources sont non corrélées Il n'y a pas d'écran entre la source et le point d'observation, ni d'élément réflecteur dans le voisinage. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 92 2 pm (t ) = o co Wm (t ) 4 r 2 (t ) (4) Wm est la puissance acoustique efficace de la source34, r est la distance à la source, o est la masse volumique de l'air et co la célérité des ondes acoustiques dans l'air. Le facteur temps permet de prendre en compte le déplacement de la source et la variation éventuelle de la puissance rayonnée (ralentissement ou accélération du véhicule par exemple). L'effet Doppler dû au mouvement de la source est négligé dans cette expression simplifiée. Niveau de puissance sonore Le niveau de puissance sonore LW est défini par la relation LW = 10 log W Wo (5) où Wo est la puissance de référence. Relation entre grandeurs de référence 2 po = o co Wo ro2 (6) quantité valeur unité Pa Watt Ns/m 4 m po Wo 2.10-5 10-12 400 1 o co ro 34 Puissance moyenne prise sur un temps court Annexes 93 Niveau de pression sonore au passage Géométrie Notations p 2 (r ) L p (r ) 10 log 2 po 2 p A,max 2 po (7) LA,max 10 log (8) 2 p A,max est le maximum de la pression quadratique FAST, relevé (en l'absence d'écran) à la distance normalisée d n = 7.52 + 1.22 (distance horizontale de 7.5 m par rapport à l'axe de passage et hauteur de 1.2 m par rapport au sol). Formules L p (r ) = LW - 20 log LA,max Approximations à 0.01 dB r - 10 log(2 ) ro d = LW - 20 log n - 10 log 2 ro r - 7,98 r0 = LW - 25.59 (9) (10) L p (r ) LW - 20 log LA,max (11) (12) 94 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Niveau de pression sonore équivalent Notation LeqT Formules 2 pT = 10 log 2 po (13) LeqT (d ) = LW - 10 log vTd + 10 log LeqT (d ) = LA, max - 10 log - 10 log 2 (14) (15) (16) vTd + 10 log d n2 vT + 10 log LeqT (d n ) = LA,max - 10 log dn L'angle est introduit pour prendre en compte un effet d'écran éventuel (cf. illustration).. Niveaux équivalents sur 1 heure, approximations numériques · · V indique une vitesse exprimée en km/h, d indique une distance en mètres Pour simplifier l'écriture, les grandeurs unitaires seront souvent omises dans les formules (on écrira par exemple log Vd au lieu de log(Vd /Vo d o ) ) Leq1H à la distance d - 33.01 Leq1H (d ) = LA, max - 10 log Vd + 10 log - 7.41 Leq1H (d ) = LW - 10 log Vd + 10 log (17) (18) Leq1H à la distance dn - 41.81 Leq1H (d n ) = LA,max - 10 log V + 10 log - 16.21 Leq1H (d n ) = LW - 10 log V + 10 log (19) (20) Annexes 95 Bruit créé par un tronçon Les nouvelles valeurs d'émission sont exprimées en puissance acoustique par mètre de voie. Ce chapitre donne les formules élémentaires concernant le bruit créé par un tronçon de voie et établit la correspondance entre le niveau de puissance unitaire par mètre de voie LW /m/veh et le niveau maximum au passage LA,max . Puissance sonore par mètre de voie Un débit q veh/s de véhicules du même type, circulant sur une voie à la vitesse v m/s correspond à une densité de voie q /v véhicules/mètre. Si W est la puissance acoustique moyenne des véhicules, la puissance W/m par unité de longueur de voie est : W/m = W q watt /m v (21) Pour un débit Q veh/h et une vitesse V km/h ceci donne W/m = W Q 1000 V watt /m (22) Le niveau de puissance sonore par unité de longueur de voie, noté LW /m , est donné par la relation : LW /m 10 log W/m Q V = LW + 10 log - 10 log - 30 Wo × 1m 1veh/h 1km/h (23) Le niveau de puissance unitaire35 noté LW /m/veh est alors36 LW /m/veh = LW - 10 log V - 30 (24) La correspondance entre LW /m/veh et le LA,max du véhicule est établie en utilisant les équations 10 et 24. On obtient : LW /m/veh = LA, max - 10 log V - 30 + 10 log 2 d n2 Soit à 0.01 dB près : (25) LW / m / veh L A,max - 10 log V - 4,4 Niveau de pression sonore créé par un tronçon (26) 35 36 i.e. correspondant à un débit de 1 véhicule/heure On simplifie ici encore les formules en n'introduisant pas les grandeurs unitaires. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 96 Si la puissance acoustique est constante sur une longueur L de tronçon, la pression quadratique créée par cet élément de longueur est [35] : 2 pL = o co 1 W/m d 2 (27) le niveau de pression sonore associé est LeqL = LW/m + 10 log - 10 log d 2 (28) Bruit à très grande distance A très grande distance ( ( L / d << 1) , et sans qu'il soit nécessaire que la puissance acoustique soit constante, on peut écrire 2 pL = o co W ×L 2 r 2 /m (29) et LeqL = LW /m + 10 log L - 20 log r (30) où W /m est la moyenne de W/m sur la longueur L et r est la distance du milieu du tronçon au point d'observation. Annexes 97 Annexe 3 - Note d'information relative au calcul prévisionnel de bruit routier 98 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 99 100 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 101 102 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 103 104 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 105 106 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 107 Annexe 4 ­ Valeurs d'émission sonore des véhicules Formules en LAmax Principe général LAmax (7,50 m) = Lroulement Lmoteur Lroulement est fonction de la vitesse (V) et de la catégorie de revêtement (R1, R2 ou R3) Lmoteur est fonction de la déclivité (p), de l'allure (stabilisée, accélération, décélération) et de la vitesse (V) Domaine de validité visé en vitesse : Vmin = 20 km/h en allure stabilisée 5 km/h en accélération et décélération Vmax = 130 km/h VL 100 km/h PL Remarque : les formules en accélération et décélération ont été produites à partir de 5 km/h. Toutefois il a été décidé ultérieurement de produire des puissances d'émission spécifiques pour les tronçons de démarrage et d'arrêt, et de ne publier les formules en fonction de V que pour V > 25 km/h. Formules Lroulement Revêtements jeunes (0 à 2 ans) catégorie de revêtements R1 R2 R3 VL 73,3 + 31 log(V/90) 77,3 + 30,1 log(V/90) 79,8 + 31,4 log(V/90) V en km/h PL 82,5 + 30 log(V/80) 85,6 + 30 log(V/80) 86,6 + 30 log(V/80) Sources VL : [h] ; sources PL : [b, m] Pour les PL, les valeurs à 80 km/h proviennent de [b], la pente est imposée égale à 30 [m] comme décrit dans le chapitre 3.5 "Démarche de production des composantes roulement". Effet du vieillissement de 2 à 10 ans [k] · R1 : VL + 4 dB(A) PL + 2,4 dB(A) · R2 : VL + 2 dB(A) PL + 1,2 dB(A) · R3 : VL + 1,6 dB(A) PL + 1 dB(A) Formules Lmoteur VL allure stabilisée, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 20 à 30 60,6 30 à 110 66,3 + 12,0 log(V/90) 110 à 130 64,6 + 31,3 log(V/90) sources : route horizontale : [a, h] ; montée et descente : [i] VL en accélération, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 20 85,7 + 24,1 log(V/90) 20 à 100 70 source : [h] 100 à 130 68,2 + 38,6 log(V/90) 108 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier VL en décélération, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 10 55,5 10 à 25 25 à 80 73,3 + 18,7 log(V/90) 66 + 5,5 log(V/90) source : [h] 80 à 110 66,3 + 12 log(V/90) 110 à 130 64,6 + 31,3 log(V/90) VL combinaisons allure * déclivité Principe général : montée 2% p 6% max(accélération*route horizontale ; allure stabilisée*montée) = décélération*route horizontale source : [g] modifié par [j] descente 2% p 6% = accélération*route horizontale max(décélération*route horizontale ; allure stabilisée*descente) accélération décélération Ce qui donne avec les formules précédentes : montée 2% p 6% = accélération*route horizontale = décélération*route horizontale descente 2% p 6% = accélération*route horizontale = décélération*route horizontale accélération décélération En définitive la déclivité n'intervient donc pas pour les VL. PL toutes allures, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 70 73 + L 70 à 100 73,8 + 13 log(V/80) + L L est un correctif indépendant de la vitesse, fonction de l'allure et de la déclivité. L allure stabilisée accélération décélération 0% p 2% 0 dB(A) 5 dB(A) 0 dB(A) déclivité montée 2% p 6% 2.(p ­ 2) max[2.(p ­ 2) ; 5] 0 dB(A) p en % (valeur absolue) descente 2% p 6% 1.(p ­ 2) 5 dB(A) 1.(p ­ 2) sources des formules : · pour les "combinaisons simples" dans le domaine 20-70 km/h : 0% p 2% [b] [d] [e] déclivité montée 2% p 6% [c] ----descente 2% p 6% [c] ----- allure stabilisée accélération décélération · pour les "combinaisons simples" dans les domaines 5-20 et 70-100 km/h : [f] pour allure stabilisée * route horizontale sur 70-100 km/h, [g] pour les autres ; Annexes 109 · pour les combinaisons allure * déclivité : [g] modifié par [j] (modification sans conséquence pour les PL). Formules en LW/m (1véh/h) Relation entre LW/m(1 véh/h) et LAmax Rappel : LAmax (7,50 m) = LW ­ 25,6 (cf. formulaire INRETS) où LW est le niveau de puissance d'un véhicule. Pour un débit unitaire de 1 véh/h, la densité de véhicules par mètre de voie est 1/(1000.V), avec V en km/h. La puissance par mètre de voie pour 1 véh/h est donc LW/m(1 véh/h) = LW ­ 10.log(V) ­ 30 soit LW/m(1 véh/h) = LAmax (7,50 m) ­ 10.log(V) ­ 4,4 Transcription des formules produites en LAmax On note LW/m(1 véh/h) = A + B.log(V/Vréf) Si la formule de LAmax est de la forme LAmax = a + b. log(V/Vréf), alors A = a ­ 10.log(Vréf) ­ 4,4 B = b ­ 10 Si la formule de LAmax est de la forme LAmax = a + b. log(V), alors A = a + (b ­ 10).log(Vréf) ­ 4,4 B = b ­ 10 Composante roulement Revêtements jeunes (0 à 2 ans) catégorie de revêtements R1 R2 R3 VL 49,4 + 21 log(V/90) 53,4 + 20,1 log(V/90) 55,9 + 21,4 log(V/90) V en km/h PL 59,1 + 20 log(V/80) 62,1 + 20 log(V/80) 63,1 + 20 log(V/80) Revêtements âgés (10 ans ou plus) On ajoute aux valeurs précédentes l'effet du vieillissement, ce qui donne : catégorie de revêtements R1 R2 R3 VL 53,4 + 21 log(V/90) 55,4 + 20,1 log(V/90) 57,5 + 21,4 log(V/90) V en km/h PL 61,5 + 20 log(V/80) 63,3 + 20 log(V/80) 64,1 + 20 log(V/80) Correctif selon l'âge A appliquer à la valeur à 10 ans : VL Age du revêtement (a) Catégorie de revêtements 110 PL 2 à 10 ans 0,5.(a-10) 0,25.(a-10) 2 ans -2,4 -1,2 2 à 10 ans 0,3.(a-10) 0,15.(a-10) R1 R2 2 ans -4 -2 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier R3 -1,6 0,2.(a-10) -1 0,12.(a-10) Composante moteur Remarque : les formules en accélération et décélération ne seront publiées que pour V > 25 km/h. Pour les vitesses inférieures, voir les puissances d'émission spécifiques pour les tronçons de démarrage et d'arrêt. VL allure stabilisée, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 20 à 30 36,7 ­ 10 log(V/90) 30 à 110 42,4 + 2,0 log(V/90) 110 à 130 40,7 + 21,3 log(V/90) VL en accélération, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 20 61,8 + 14,1 log(V/90) 20 à 100 46,1 ­ 10 log(V/90) 100 à 130 44,3 + 28,6 log(V/90) VL en décélération, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 10 31,6 ­ 10 log (V/90) 10 à 25 49,4 + 8,7 log(V/90) 25 à 80 42,1 - 4,5 log(V/90) 80 à 110 42,4 + 2 log(V/90) 110 à 130 40,7 + 21,3 log(V/90) PL toutes allures, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 70 49,6 - 10 log(V/80) + L 70 à 100 50,4 + 3 log(V/80) + L L est un correctif indépendant de la vitesse, fonction de l'allure et de la déclivité. L allure stabilisée accélération décélération 0% p 2% 0 dB(A) 5 dB(A) 0 dB(A) déclivité montée 2% p 6% 2.(p ­ 2) 5 + max[2.(p-4,5) ; 0] 0 dB(A) p en % (valeur absolue) descente 2% p 6% 1.(p ­ 2) 5 dB(A) 1.(p ­ 2) Remarque : pour le cas accélération en montée, l'écriture 5 + max[2.(p ­ 4,5) ; 0] est préférée à max[2.(p-2) ; 5] pour une meilleure cohérence d'affichage avec le tronçon de démarrage (voir plus loin). Annexes 111 Tronçons de démarrage et d'arrêt Ces valeurs s'appliquent sur les 20 premiers mètres en aval ou sur les 20 derniers mètres en amont d'un point d'arrêt. On ne décompose pas en composantes moteur et roulement, les valeurs ci-dessous sont directement exprimées en LW/m(1 véh/h) et ne dépendent pas du revêtement (influence négligeable aux faibles vitesses). Résultats de J.F. Hamet [l] Valables uniquement sur route horizontale : VL V en extrémité, km/h 23,5 22,5 LW/m(1 véh/h), dB(A) 51,1 44,5 V en extrémité, km/h 25 25 PL LW/m(1 véh/h), dB(A) 62,4 58,0 démarrage arrêt Proposition F. Besnard : fixer pour tous les cas une vitesse en extrémité de 25 km/h. Effet de la déclivité Pour les VL, pas d'effet de la déclivité sur la composante moteur (cf. plus haut), donc pas d'effet ici non plus. Pour les PL, la déclivité a un effet sur la composante moteur. Si on considère que la composante roulement est négligeable sur ces tronçons, on peut directement appliquer le correctif L vu plus haut, ce qui donne : - démarrage en montée : LW/m(1 véh/h) = 62,4 + max[2.(p ­ 2) ; 5] ­ 5 = 62,4 + max[2.p-9 ; 0] - démarrage en descente : idem route horizontale ; - arrêt en montée : idem route horizontale ; - arrêt en descente : LW/m(1 véh/h) = 58,0 + (p-2) Synthèse : VL toutes déclivités tronçon de démarrage tronçon d'arrêt p en % (valeur absolue) Les valeurs du tableau ci-dessus ont été établies sans tenir compte de l'effet du vieillissement. En tenant compte de l'effet du vieillissement, les valeurs sont alors les suivantes : VL toutes déclivités tronçon de démarrage route horizontale 0% p 2% 62,4 58,0 51,1 44,5 PL montée 2% p 6% 62,4 + max[2.(p-4,5) ; 0] 58,0 descente 2% p 6% 62,4 58,0 + (p-2) route horizontale 0% p 2% 62,5 58,3 51,3 45,1 tronçon d'arrêt PL montée 2% p 6% 62,5 + max[2.(p-4,5) ; 0] 58,3 descente 2% p 6% 62,5 58,3 + (p-2) 112 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Transcription des formules du guide du bruit E = LW ­ 10 log(V) - 50 LAmax (7,50 m) = LW ­ 25,6 LW/m(1 véh/h) = LW ­ 10.log(V) ­ 30 donc donc LAmax (7,50 m) = E + 10 log(V) + 24,4 LW/m(1 véh/h) = E + 20 Sources des formules [a] Mail J. Lelong 19/11/2004 [b] Rapport V. Steimer ­ "Abaques d'émission sonore : Synthèse des mesures en rampe et sur piste", avril 2001. [c] Rapport S. Doisy - "Abaques d'émission sonore ­ Complément TR en rampe et en descente", juin 2002. [d] Décision réunion novembre 2003 + Rapport S. Doisy "Mesures TR accélération/décélération", septembre 2004 [e] Décision réunion septembre 2004 + Rapport S. Doisy "Mesures TR accélération/décélération", septembre 2004 [f] Décision réunion mai 2004 (Transcrite en formule par F. Besnard) [g] Décision réunion novembre 2004 [h] Note "Réactualisation des abaques du Guide du Bruit", J. Lelong, 22 mars 2005. [i] Décision réunion décembre 2005. [j] Décision réunion janvier 2006. [k] Décision réunion 30 novembre 2006. [l] Rapport J.F. Hamet ­ "Le tronçon acoustiquement homogène", chap. 5 (finalisation en cours en janvier 2007). [m] Décision réunion 19 janvier 2007. Annexes 113 Résultats graphiques Les graphes donnés dans ce chapitre représentent les évolutions des niveaux sonores en fonction de la vitesse du nouveau guide de calcul des émissions sonores dues au trafic routier. Chaque graphe concerne une catégorie de véhicules (VL ou PL) et une tranche d'âge des revêtements (âgés d'au maximum 2 ans ou âgés d'au moins 10 ans). Les valeurs d'émission obtenues pour les VL ne dépendent que de l'allure, pas de la déclivité. On représente donc sur chaque graphe, pour les VL sur revêtements jeunes (âgés d'au maximum 2 ans), puis âgés d'au moins 10 ans, les évolutions des niveaux sonores pour toutes les déclivités (cf. figures A). Les valeurs d'émission obtenues pour les PL dépendent de l'allure et de la déclivité. On représente pour les PL sur revêtement jeunes, âgés d'au maximum 2 ans, puis âgés d'au moins 10 ans : - les évolutions des niveaux sonores pour l'allure stabilisée et toutes les déclivités (cf. figures B), - les évolutions des niveaux sonores, pour l'allure accélérée et toutes les déclivités (cf. figures C), - les évolutions des niveaux sonores pour l'allure décélérée et toutes les déclivités (cf. figures D). Le premier ensemble de graphes porte sur les niveaux exprimés en LAmax, le deuxième porte sur ceux exprimés en LW/m/veh. Légende des graphes Des indications supplémentaires sont données sur les graphes pour faciliter l'identification des familles de courbes : a, s ou d pour allure accélérée, stabilisée ou décélérée ; +6%, 0%, ou -6% pour montée 6%, route horizontale, ou descente 6%. 114 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Graphes LAmax ­ VL (Figures A) LA max (log(V)) LA max (log(V)) Annexes 115 Graphes LAmax - PL, allure stabilisée (Figures B) LA max (log(V)) LA max (log(V)) 116 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Graphes LAmax - PL, accélération (Figures C) LA max (log(V)) LA max (log(V)) Annexes 117 Graphes LAmax - PL, décélération (Figures D) LA max (log(V)) LA max (log(V)) 118 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Graphes LW/m/veh ­ VL (Figures A) LW/m/veh (log(V)) LW/m/veh (log(V)) Annexes 119 Graphes LW/m/veh - PL, allure stabilisée (Figures B) LW/m/veh (log(V)) LW/m/veh (log(V)) 120 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Graphes LW/m/veh - PL, accélération (Figures C) LW/m/veh (log(V)) LW/m/veh (log(V)) Annexes 121 Graphes LW/m/veh - PL, décélération (Figures D) LW/m/veh (log(V)) LW/m/veh (log(V)) 122 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Page laissée blanche intentionnellement Le précédent guide de prévision de l'émission du bruit émis par le trafic routier remonte à 1980. Le parc automobile, les revêtements routiers, les méthodes d'évaluation des émissions sonores ont évolué. Il devenait donc indispensable de produire un nouveau guide de calcul des émissions. C'est l'objet de ce document. Le calcul des niveaux sonores ainsi obtenu est nécessaire pour ensuite prévoir les niveaux sonores à grande distance en tenant compte des effets de sol et de météorologie sur la propagation. C'est l'objet d'un autre guide ayant pour titre « prévision du bruit routier - NMPB 2008 ­ Méthode de calcul de propagation du bruit incluant les effets météorologiques ». On obtient ainsi les outils utiles destinés principalement aux études d'impact de projets routiers, à la vérification du respect de la réglementation ou d'un objectif acoustique fixé par le maître d'ouvrage, et au dimensionnement des protections acoustiques. Après avoir rappelé quelques définitions spécifiques à l'acoustique (définition des grandeurs physiques, de grandeurs caractéristiques du trafic, présentation des hypothèses de travail ...), le guide étudie les deux composantes du bruit émis. L'émission est en effet décomposée en deux composantes : une composante due au bruit dit «de roulement», due au contact pneumatique-chaussée, et une composante « moteur ». Le guide innove en prenant en compte la catégorie du revêtement et son âge dans le calcul du bruit de « roulement ». La première partie du guide décrit la méthode (démarche et formules). La deuxième partie présente les enjeux associés, les fondements des formules ou des valeurs utilisées, leurs limites, ainsi qu'une comparaison entre les deux guides (celui de 1980 et celui de 2008). Service d'études sur les transports, les routes et leurs aménagements 46 avenue Aristide Briand BP 100 - 92225 Bagneux Cedex - France tél : 33 (0)1 46 11 31 31 fax : 33 (0)1 46 11 31 69 Document disponible au bureau de vente du Sétra 46 avenue Aristide Briand - BP 100 - 92225 Bagneux Cedex - France téléphone : 33 (0)1 46 11 31 53 - télécopie : 33 (0)1 46 11 33 55 Référence : 0924-1- Prix de vente : 19 Couverture - crédit photos : Cete de Lyon/Lebert ; Cete de l'Est/Dutilleux ; DREIF/Gorby Conception graphique de la couverture : Philippe Masingarbe (Sétra) Impression : Caractère - 2, rue Monge - BP 224 - 15002 Aurillac Cedex L'autorisation du Sétra est indispensable pour la reproduction, même partielle, de ce document © 2009 Sétra - Dépôt légal : 2ème trimestre 2009 - ISBN : 978-2-11-095825-9 Ce document participe à la protection de l'environnement. Il est imprimé avec des encres à base végétale sur du papier écolabélisé PEFC. CTBA/06-00743 PEFC/10-31-945 Le Sétra appartient au Réseau Scientifique et Technique du Meeddat www.setra.developpement-durable.gouv.fr  (ATTENTION: OPTION et devront être justifiées dans le rapport d'étude, notamment par une référence au procès-verbal d'essai des mesures exploitées. 3.5.7.2 - Démarche Pour chaque catégorie de véhicules, le procès-verbal d'essai des mesures au passage fournit la relation entre le LAmax à 7,50 m (pour la température de référence de 20 °C) et la vitesse, sur une plage de vitesse centrée sur la vitesse moyenne Vmoy des passages de véhicules exploités. La démarche consiste à calculer la composante roulement correspondante à la vitesse Vmoy. La formule générale de la composante roulement est ensuite produite en appliquant à cette valeur une variation forfaitaire en log(V). Le détail de ces étapes est le suivant : 1) La valeur LAmax pour cette vitesse moyenne Vmoy est extraite du PV de mesures ou recalculée à partir de la relation fournie dans le PV. 46 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 2) Le niveau de puissance d'émission sonore par mètre de ligne source pour un débit unitaire LW/m(Vmoy) est calculé par : LW/m(Vmoy) = LAmax(Vmoy) - 10.log(Vmoy) - 4,4 (29) où Vmoy est en km/h. Ce niveau doit être supérieur d'au moins 5 dB(A) à la composante moteur Lm_W/m(Vmoy) de la catégorie de véhicules à la vitesse Vmoy, définie au chapitre 2.7. Cette condition permet de limiter l'erreur commise à l'étape suivante sur l'estimation de la composante roulement par soustraction. Si cette condition n'est pas vérifiée, la démarche ne peut être poursuivie et la modélisation doit se fonder sur les formules publiées dans le présent ouvrage. 3) La composante roulement à Vmoy est déduite par : Lr_W/m(Vmoy) = 10.log[10LW/m(Vmoy)/10 - 10Lm_W/m(Vmoy)/10] (30) où Lm_W/m(Vmoy) est la composante moteur de la catégorie de véhicules à la vitesse Vmoy en conditions d'allure stabilisée sur route horizontale. 4) La formule générale de la composante roulement pour le site étudié est alors obtenue par : Lr_W/m(V) = a + b.log(V/Vref) Avec a = Lr_W/m(Vmoy) ­20log(Vmoy/Vref) et b = 20 (31) (32) 3.5.7.3 - Démarche alternative si les mesures sont indisponibles pour les PL Si les mesures au passage ne sont disponibles que pour les VL (ou si le nombre de PL mesurés est inférieur au minimum requis par la norme), la composante roulement pour les PL peut être estimée à partir de la composante roulement des VL selon la démarche suivante. 1) La composante roulement des VL est déterminée conformément à la démarche décrite plus haut. 2) Le niveau de puissance LW/m pour les PL à la vitesse de référence de 80 km/h est estimé à partir du niveau LW/m pour les VL à 90 km/h par : LW/m(PL, 80 km/h) = 0,6 LW/m(VL, 90 km/h) + 29,1 (33) Cette formule résulte d'une analyse statistique sur plus de 200 planches8 [réf. : Exploitation de la base de données « Bruit de roulement » : Relation niveau LAmax TR / niveau LAmax VL, S. Doisy (LRPC Strasbourg), mai 2005]. Ce niveau doit être supérieur d'au moins 5 dB(A) à la composante moteur Lm_W/m(80km/h) des PL à la vitesse de 80km/h, définie au chapitre 2.7. Cette condition permet de limiter l'erreur commise à l'étape suivante sur l'estimation de la composante roulement par soustraction. 3) La composante roulement des PL à 80 km/h est déduite par : Lr_W/m(PL, 80 km/h) = 10.log[10LW/m(PL, 80 km/h)/10 - 10Lm_W/m(PL, 80 km/h)/10] (34) où Lm_W/m(PL, 80 km/h) est la composante moteur des PL à 80 km/h en conditions d'allure stabilisée sur route horizontale. 4) La formule générale de la composante roulement pour le site étudié est alors obtenue par : Lr_W/m(PL, V) = a + b.log(V/80) Où a = Lr_W/m(PL, 80 km/h) et b = 20 (35) (36) 3.5.7.4 - Vérification de la pertinence de l'utilisation d'autres valeurs de la composante roulement Une étude a été réalisée, sur un échantillon d'environ 200 sites, afin de comparer le bruit de trafic obtenu : a) en sommant les composantes moteur et roulement définies dans les abaques d'émission 8 L'analyse a été faite en LAmax et est transcrite ici en LW/m. Commentaires et analyses 47 b) à partir des LAmax(VL, 90 km/h) et LAmax(PL, 80 km/h) réels du site mesurés au passage, c) à partir du LAmax(VL, 90 km/h) réel du site, et du LAmax(PL, 80 km/h) estimé à partir de la valeur VL selon la démarche utilisée au chapitre précédent. Sur chaque site, la puissance d'émission sonore par mètre de ligne source pour un débit unitaire (c'est à dire 1 véhicule par heure) LW/m, a été calculée, pour différentes hypothèses de pourcentage PL (de 0 à 50%), selon chacune des trois approches. Les résultats confirment que, quelque soit la catégorie de revêtement, les abaques peuvent s'écarter assez fortement des mesures (écart type de 1 à 2,5dB(A)), et qu'il est donc préférable d'utiliser des valeurs mesurées au passage si les conditions énoncées plus haut sont réunies. Concernant l'évaluation des niveaux PL à partir des niveaux VL, on remarque que les écarts de puissance d'émission sonore par rapport à la valeur réelle sont faibles (la plupart sont inférieurs à 1dB), surtout pour des pourcentages de PL peu élevés (rappelons qu'une telle approximation se ferait, dans la plupart des cas, lorsque peu de PL circulent sur la voie puisqu'il est alors difficile de les mesurer). Lorsqu'elle est possible, l'utilisation d'une telle estimation parait donc judicieuse, et préférable aux abaques. 3.6 - Démarche de production des composantes moteur VL La composante moteur VL proposée, notée Lmoteur , est supposée émise par l'ensemble des sources mécaniques d'un véhicule "moyen" représentatif des VL du trafic. Elle est fonction du régime et du couple moteur. Ceci est traduit ici par un Lmoteur fonction de la vitesse, de la déclivité et de l'accélération. Les évaluations ont été d'abord effectuées en LA max au passage. Elles ont été ensuite traduites en LW /m/VL . Les formules sont exprimées ici en LA max . Elles sont données sous forme de segments de droites du type a + b log(V ) . Elles ont été "ajustées" à la marge pour assurer leur cohérence. 3.6.1 - Route horizontale L'évaluation de la composante moteur des véhicules légers est basée sur des mesures effectuées sur piste en conditions contrôlées. L'utilisation de relevés "sous trafic" est pratiquement impossible : ils doivent être effectués à des vitesses très basses pour que le bruit moteur contribue significativement au bruit total et cette condition est trouvée plutôt en milieu urbain où les sites sont le plus souvent insuffisamment "dégagés" pour permettre d'effectuer des mesures acoustiques. Les mesures n'étant pas effectuées sous trafic, l'évaluation de la composante moteur nécessite que soit déterminé un comportement de conduite représentatif (l'utilisation du rapport de boîte en fonction de la vitesse). Toutes les mesures de bruit VL sur piste ont été effectuées sur un même site [21, 22, 23]. Elles seront désignées par la suite sous le terme "BdD piste". 3.6.1.1 - Route horizontale, vitesse stabilisée L'évaluation est basée sur deux ensembles de données expérimentales9 : - les niveaux de bruit au passage de la BdD piste, - les informations d'une étude expérimentale sur les utilisations réelles des véhicules (BdD EUREV [24]). 9 Elle est détaillée §4 à titre d'exemple. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 48 Niveaux de bruit au passage Les mesures de bruit au passage concernent 14 véhicules couvrant les différentes motorisations (diesel, essence) et une large gamme de cylindrée [21, 22]. Pour chaque rapport de boîte de l'ordre de 10 passages ont été effectués, répartis sur la gamme de vitesses couverte par le rapport engagé10. Toutes les mesures ont été effectuées sur une même piste d'essai. Pour chaque véhicule, les lois bruit moteur (fonction du régime) et bruit de roulement (fonction de la vitesse) ont été évaluées. Plusieurs méthodes ont été éprouvées pour évaluer le bruit moteur : mesure directe avec le véhicule à l'arrêt [14], mesure "directe" en condition réelle en utilisant des passages à des conditions vitesse/régime pour lesquelles le bruit moteur prédomine [14], méthode d'identification utilisant des conditions de passage où bruit moteur et bruit de roulement co-existent [25]. Comportement de conduite La base de données Eurev [24] contient des enregistrements (vitesse, régime, rapport de boîte...) effectués sur véhicules conduits par leurs propriétaires sur une période de quelques semaines (usage réel). Les parcours, le type d'axe parcouru, ne sont pas repérés. Les enregistrements permettent de déterminer le pourcentage d'utilisation du rapport de boîte en fonction de la vitesse lors d'une circulation à allure stabilisée11. Evaluation de la composante moteur VL à vitesse stabilisée Le niveau sonore de la composante moteur est déterminé en fonction de la vitesse en prenant en compte le pourcentage d'utilisation du rapport de boîte : - pour chaque véhicule et à chaque vitesse on évalue le bruit moteur représentatif de la conduite sous trafic, en combinant (moyenne énergétique) les niveaux sonores aux différents rapports de boîte au prorata de leur utilisation à la vitesse considérée12 ; - pour chaque vitesse on calcule ensuite la composante moteur du VL représentatif13 en effectuant la moyenne énergétique (moyenne sur les véhicules) des bruits moteur de chaque véhicule. Formulation retenue La formulation retenue après harmonisation avec les autres formules est donnée dans le Tableau 3.9 V [km/h] 20 à 30 60.6 30 à 110 110 à 130 Lmoteur [dB(A)] 66.3 + 12.0 log(V / 90) 64.6 + 31.3log(V / 90) Tableau 3.9- Composante moteur VL, vitesse stabilisée, route horizontale. Les valeurs correspondent aux expressions en LA max . 3.6.1.2 - Route horizontale, accélération L'évaluation est basée - sur des niveaux de bruit au passage de la base de données BdD piste, - sur une hypothèse de comportement de conduite. Niveaux de bruit au passage Les mesures de bruit au passage concernent 10 véhicules. Pour chaque rapport de boîte 10 passages ont été effectués, répartis sur toute la gamme de vitesse couverte par le rapport (i.e. jusqu'aux très hauts régimes). La consigne au conducteur était d'accélérer de façon à adopter un comportement de conduite "réel" ; pour deux passages la consigne était "pied au plancher" en évitant toutefois le patinage. L'accélération était mesurée à 10 11 Sans dépasser 110 km/h. On retient comme plages d'allure stabilisée celles durant lesquelles la vitesse reste constante pendant au moins 4 secondes 12 Les niveaux sont ceux donnés par la loi composante moteur en fonction du régime. 13 VL moyen du trafic Commentaires et analyses 49 chaque passage. Seuls les trois premiers rapports de boîte ont été utilisés14. Le bruit moteur est évalué en fonction de la vitesse pour des classes d'accélération de 0.5 m/s 2 d'étendue15 Comportement de conduite L'hypothèse retenue pour le comportement de conduite est qu'à la vitesse V considérée le conducteur sélectionne le rapport de boîte optimal16 et l'accélération maximale mesurée sur piste sous ce rapport de boîte. Evaluation de la composante moteur VL sous accélération Pour chaque véhicule on obtient ainsi une composante moteur sous accélération (si le véhicule n'a pas été mesuré dans ces conditions, sa composante moteur est évaluée par extrapolation). La composante moteur d'un VL du trafic est la moyenne énergétique des composantes moteur des dix véhicules. Formulation retenue La formulation retenue après harmonisation avec les autres formules est donnée dans le Tableau 3.10 V [km/h] 10 à 20 20 à 100 100 à 130 Lmoteur [dB(A)] 85, 7 + 24,1log(V / 90) 70 68, 2 + 38, 6 log(V / 90) LA max . Tableau 3.10 Composante moteur VL, accélération, route horizontale. Les valeurs correspondent aux expressions en 3.6.1.3 - Route horizontale, décélération L'évaluation est basée · sur des niveaux de bruit au passage de la BdD piste, · sur deux hypothèses de comportement de conduite. Niveaux de bruit au passage Les mesures effectuées sur 3 véhicules en condition de décélération ont montré que dans une configuration vitesse/rapport de boîte donnée le bruit émis est identique au bruit émis à vitesse stabilisée [23]. Il a donc été décidé d'utiliser comme base expérimentale du bruit en décélération celle du bruit en vitesse stabilisée17. Comportement de conduite Deux comportements de conduite sont pris en compte : celui d'une décélération au frein moteur, celui d'une décélération au frein à pied. · En décélération au frein moteur le rapport de boîte utilisé à la vitesse considérée est le rapport optimal du véhicule. L'utilisation du premier rapport de boîte est cependant exclue : on reste sur le rapport 2 aux vitesses faibles sauf si la vitesse devient inférieure à la vitesse de passage la plus faible mesurés en rapport de boîte 2 avec ce véhicule, auquel cas on passe au point mort et le bruit moteur est alors celui du ralenti. · En décélération au frein à pied on considère une démarche similaire à celle de l'allure stabilisée 1.1.0.3 en excluant cependant ici aussi l'utilisation du rapport 1 : si à la vitesse considérée l'histogramme du comportement de conduite conduit à adopter le rapport 1, on reste sur le rapport 2, sauf si la vitesse devient inférieure à la vitesse de passage la plus faible mesurés en rapport de boîte 2 avec ce véhicule, auquel cas on passe au point mort et le bruit moteur est alors celui du ralenti. 14 Pour les derniers rapports de boîte le bruit de roulement devient prédominant par rapport au bruit moteur (vitesses élevées) et l'accélération disponible est faible. 15 [ 16 Le rapport de boîte optimal est défini ici comme étant le rapport de boîte qui, à la vitesse considérée, procure le régime moteur le plus proche de celui correspondant au couple maximum. Le régime moteur correspondant n'est pas le régime moteur maximum. 17 Rappel : si le bruit moteur en décélération est, à même configuration vitesse/rapport de boîte, égal au bruit moteur à vitesse stabilisée, il n'en résulte pas nécessairement qu'à même vitesse de trafic le bruit en décélération soit le même qu'à vitesse stabilisée : le comportement de conduite peut en effet être différent. < 0.5 m/s 2 ] , [ 0.5 m/s 2 < < 1.0 m/s 2 ] ... 50 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Pour chacun des comportements on évalue les composantes moteur individuelles (composante moteur, en décélération, de chacun des 14 véhicules) et on adopte pour le véhicule moyen représentatif du flot, la moyenne énergétique des composantes moteur individuelles. L'utilisation du rapport de boîte optimal pour le comportement frein moteur tend à considérer des régimes plutôt élevés et donc à donner un niveau de composante moteur plus important que le comportement frein à pied. La différence s'avère in fine négligeable pour les vitesses inférieures à 10 km/h, importante vers 15 km/h et faible à partir de 40 km/h. Evaluation de la composante moteur VL sous décélération Vu l'absence de connaissance des comportements réels il a été décidé de retenir pour la composante moteur. · En deçà de 80 km/h, la moyenne énergétique des composantes obtenues avec les deux hypothèses · Au delà de 80 km/h, la composante obtenue' avec l'hypothèse "frein à pied" (i.e. la même composante qu'en vitesse stabilisée). Formulation retenue La formulation retenue après harmonisation avec les autres formules est donnée dans le Tableau 3.11 V [km/h] [dB(A)] 10 à 25 25 à 80 80 à 110 110 à 130 Lmoteur 73.3 + 18.7 × Lv 66 + 5.5 × Lv 66.3 + 12 × Lv 64.6 + 31.3 × Lv Tableau 3.11 Composante moteur VL, décélération, route horizontale. Les valeurs correspondent aux expressions en LA max . Convention : Lv log(V / 90) . 3.6.1.4 - Route horizontale. Comparaison des Lmoteur ,VL aux différentes allures Les composantes moteurs correspondant aux différentes allures sont tracées Figure 3.12. La condition de vitesse stabilisée est considérée ne se produire qu'à partir de 20 km/h. En deçà les véhicules sont en accélération ou en décélération. · Accélération. C'est la condition la plus bruyante à toutes les vitesses. L'augmentation du niveau entre 10 km/h et 20 km/h correspond à une circulation en rapport de boîte 1. La plage de niveau constant correspond aux changements de rapports de boîte. L'augmentation à partir de 100 km/h correspond à une circulation sous le cinquième (dernier) rapport de boîte. · Décélération. Compte-tenu des 2 comportements de conduite (frein moteur, frein à pied) retenus en deçà de 80 km/h, la composante moteur sous décélération est, supérieure à celle obtenue en vitesse stabilisée. · Vitesse stabilisée. C'est la condition la moins bruyante. On retrouve, aux hautes vitesses, l'augmentation du bruit correspondant à une circulation sous le cinquième (dernier) rapport de boîte. 3.6.2 - Montée Il a été décidé d'adopter pour les VL en rampe une contribution moteur identique à celle sur route horizontale à même allure. Commentaires et analyses 51 Figure 3.12 VL - Route horizontale - Composante bruit moteur. 3.6.2.1 - Montée, vitesse stabilisée L'effet d'une rampe en montée sur un véhicule circulant à vitesse stabilisée est d'augmenter la résistance à l'avancement du véhicule, donc le couple moteur nécessaire pour maintenir la vitesse et, par voie de conséquence, d'augmenter le bruit rayonné par le moteur [26]. Aux hautes vitesses où le bruit moteur est masqué par le bruit de roulement, l'effet attendu sur le bruit global est faible. Des campagnes expérimentales ont été effectuées sur pistes d'essai, en conditions contrôlées [27], [28], [29] et sous trafic réel [30]. La difficulté de la démarche expérimentale est de pouvoir comparer des niveaux au passage observés en montée à ceux observés sur route horizontale, toutes choses étant égales par ailleurs, et en particulier le bruit de roulement. Les composantes roulement et moteur sont, de plus, déterminées avec une certaine marge d'incertitude. L'analyse des résultats n'a pas permis de conclure sur un effet ou une absence d'effet de la montée sur le bruit moteur. En toute hypothèse, l'effet résultant sur le bruit global est très faible. 3.6.2.2 - Montée, accélération L'accélération et la montée ont chacune pour effet d'augmenter la charge moteur. Ne connaissant pas l'effet cumulé, il a été convenu d'adopter une contribution moteur identique à celle sur route horizontale à même allure. 3.6.2.3 - Montée, décélération La montée favorise la décélération et devrait donc, par rapport à la route horizontale, diminuer la charge du moteur à décélération identique. Ne sachant pas dans quelle mesure la charge moteur serait diminuée, il a été convenu de retenir la même formule qu'en décélération sur route horizontale. 3.6.3 - Descente Il a été décidé d'adopter pour les VL en descente une contribution moteur identique à celle sur route horizontale à même allure. 3.6.3.1 - Descente, vitesse stabilisée Pour les VL en descente, les observations expérimentales et les réflexions théoriques concluent également à l'absence d'effet visible à même rapport de boite. Un comportement de descente au frein moteur pourrait 52 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier induire, indirectement, un effet de la descente sur la contribution moteur, essentiellement à vitesse faible. Toutefois, en absence d'éléments plus précis et étant donnés les résultats en montée, il est décidé de ne pas retenir d'effet de la pente en descente : on adopte pour les VL en descente en allure stabilisée une contribution moteur identique à celle sur route horizontale en allure stabilisée. 3.6.3.2 - Descente, accélération La descente favorise l'accélération et devrait donc, à accélération identique, diminuer la charge du moteur. Mais pour les déclivités usuelles on suppose, comme sur route horizontale, que le conducteur accélère autant que le permet son véhicule, et que la charge du moteur est de ce fait identique à l'accélération sur route horizontale. On utilise donc la même formule. 3.6.3.3 - Descente, décélération Descente et décélération diminuent (potentiellement) le bruit moteur. Comme pour le cas de la vitesse stabilisée, une décélération au frein moteur pourrait induire un effet sur la contribution moteur. Il est cependant décidé de ne pas retenir d'effet de la pente en descente. La formule en décélération descente est identique à celle sur route horizontale à même allure. 3.6.4 - Exemple : élaboration de l'abaque composante moteur VL pour l'allure stabilisée 3.6.4.1 - Protocole de mesure Le protocole de mesure a pour objectif d'évaluer le bruit émis par les véhicules légers circulant sous différentes configurations [vitesse/rapport de boîte]. Les paramètres mesurés sont : Les données cinématiques La vitesse est mesurée à l'aide de 5 cellules infrarouges disposées à 10 m d'intervalle sur le bord de la piste. Des plaques réfléchissantes sont disposées sur les faces latérales du véhicule testé. Lorsque le véhicule passe devant les cellules, un signal de topage est enregistré par la centrale d'acquisition. Ce signal de topage permet, lors du dépouillement des mesures, d'évaluer la vitesse et accessoirement de situer le véhicule lors de son passage devant les microphones. Les paramètres mécaniques Les caractéristiques des pneumatiques (marque et dimensions) ont été consignées sur le rapport de mesure. Le rapport de boîte est noté pour chaque passage du véhicule. On dispose par ailleurs de la fiche technique de chaque véhicule étudié. Cette fiche technique indique, entre autres, les caractéristiques mécaniques de la boîte de vitesse (rapports de réduction) et le rapport de pont. Les données acoustiques Les niveaux de pression acoustique (niveaux globaux pondérés A) sont mesurés à l'aide d'un microphone situé en bordure de piste, à 7.5 m de l'axe de passage du véhicule et à 1.2 m de hauteur. Cette géométrie répond aux préconisations des normes NF EN ISO 11819-1 [18] et S31-119 [20]. Le niveau retenu pour chaque passage de véhicule est le Lmax . 3.6.4.2 - Détermination du régime moteur à partir de la mesure de vitesse Le régime moteur peut être estimé à partir de la mesure de la vitesse de passage du véhicule et du rapport de boîte utilisé en utilisant comme informations : ­ les caractéristiques mécaniques de la boîte de vitesse, ­ les caractéristiques du pneumatique Vitesse du véhicule et vitesse de rotation du moteur Une boîte de vitesse est caractérisée par ses rapports de boîte Rb (k ) et son rapport de pont R p . Le régime moteur n (en t/mn) est lié à la vitesse de rotation des roues nroues par la relation : n = nroue Rp Rb (k ) = nroue i (k ) (37) Commentaires et analyses 53 soit, en utilisant la relation nroue = (60 / 2 ) × v/r où v est la vitesse de déplacement (en m/s) et r le rayon du pneumatique (en m) : n= Rayon du pneumatique 60 v i(k ) 2 r (38) Un pneumatique est caractérisé par 3 valeurs L, S et D : · L : largeur du pneumatique (mm) · S : 100 x hauteur/largeur du pneumatique · D : diamètre de la jante (pouces) La valeur en mètres de son rayon est donc18 : D S L -3 10 r = 25.4 + 2 100 (39) 3.6.4.3 - Les véhicules mesurés L'objectif étant de constituer un échantillon représentatif du parc automobile français, les véhicules ont été choisis de sorte à couvrir au mieux l'éventail des cylindrées disponibles sur le marché actuel, en motorisation "essence" et en motorisation "diesel". Les principales caractéristiques de ces véhicules sont reportées dans le tableau 3.13. Marque et Type Citroën ZX Opel Corsa Renault Mégane Citroën XM Opel Vectra Ford Focus Opel Astra Citroën Saxo Citroën Xantia Ford Fiesta Renault Clio 1 Renault Clio 2 Ford Galaxy Ford Mondeo Motorisation Diesel Essence Diesel Diesel Essence Essence Essence Essence Diesel Essence Essence Essence Diesel Diesel Kilométrage 47 700 6 700 44 700 100 5 900 1 400 23 200 32 400 16 800 41 000 81 300 38 000 21 400 1 400 Cylindrée 1.9 1.7 1.9 2.1 2.0 2.0 2.0 1.2 2.1 1.4 1.6 1.2 1.9 1.8 Pneumatiques Michelin MXT 175/65/14 Michelin Energy 165/70/13 Michelin Classic 175/70/13 Michelin Energy 195/65/15 Michelin Energy 185/70/14 Continental Contact 165/65/13 Bridgestone 195/55/15 Michelin MXT 155/70/13 Michelin Energy 185/65/15 Continental Contact 165/65/13 Michelin MXT 155/70/13 Dunlop SP 9 155/70/13 Continental Contact 205/60/15 Michelin Pilot HX 205/55/15 Tableau 3.13 - Principales caractéristiques des véhicules étudiés 3.6.4.4 - Passages effectuées pour chaque véhicule · Pour chaque rapport de boîte, dix passages sur toute la gamme de vitesse couverte par le rapport engagé. · Dix passages au point mort, moteur fonctionnant au ralenti (détermination du bruit de roulement). Les vitesses de passage, supérieures à 50 km/h, sont suffisantes pour "masquer" le bruit du moteur. Les lois d'évolution du niveau de bruit en fonction de la vitesse, construites pour chaque véhicule et pour chaque rapport de boîte, peuvent s'avérer linéaires (eq. 40, C = 0 ) ou quadratiques (eq. 40, C 0 ). Les lois 18 On suppose pour simplifier que valeur "à vide" et valeur dynamique sont identiques Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 54 quadratiques concernent essentiellement les niveaux de bruit mesurés sur les véhicules diesels pour les faibles rapports de boîte (bruit moteur prédominant). LAmax (v) = A + B log v/vref + C log 2 v/vref 3.6.4.5 - Décomposition bruit mécanique / bruit de roulement (40) Le niveau maximum au passage LAmax (niveau global exprimé en dB(A)) de chaque véhicule est exprimé comme étant la somme énergétique de deux niveaux : l'un, Lm , correspondant à la contribution des sources moteur et organes mécaniques associés, l'autre, Lr , correspondant à la contribution de la source contact pneumatique-chaussée [14], [15] : LAmax = Lm (n) Lr (v) (41) où indique une addition énergétique des niveaux de bruit : énergétique; is6; L1 L2 = 10 log 10 L1/10 + 10 L2 /10 Lm est stipulé fonction du régime moteur et est formulé : Lm = Am + Bm log n/nref + Cm log 2 n/nref (42) nref = 1000 t/mn (43) Lr est stipulé fonction de la vitesse et du revêtement de la piste d'essai. Il est formulé : Lr = Ar + Br log v/vref vref = 90 km/h (44) Les coefficients Am , Bm , Cm , Ar , Br sont déterminés par procédure minimisation (Eq 45) de l'écart quadratique moyen entre les niveaux mesurés et les niveaux calculés (Eqs 41, 43, 44). Am, Bm, Cm, Ar, Br minimise [L i =1 N A max ( i ) - Lm (ni , Am , Bm , C m ) Lr ( i , Ar , Br )]² / N (45) Commentaires et analyses 55 Pour chaque véhicule la procédure est appliquée sur l'ensemble des LAmax i.e. tous rapports de boîte confondus. Une illustration de résultat est donnée Figure 3.14. Figure 3.14 - Exemple de détermination des composantes moteur et roulement" pour un véhicule Diesel. Les points représentent les niveaux de bruit mesurés. Les niveaux totaux reconstitués (eq. 40) apparaissent en lignes continues. Le tableau placé sous la figure indique, pour quelques vitesses caractéristiques, le rapport de boîte utilisé, le régime moteur, les composantes moteur et roulement et le niveau total déterminé à partir de ces composantes. 3.6.4.6 - Prise en compte du comportement de conduite Les observations expérimentales exposées ci-dessus ont été établies pour des véhicules circulant sur piste d'essai. Les conditions d'utilisation de ces véhicules sont différentes de celles habituellement rencontrées dans un trafic courant (absence de trafic, d'aménagements de voirie, etc.). La prise en compte de l'utilisation réelle d'un véhicule intégré dans un flot de trafic impliquerait le recours à une expérimentation complémentaire lourde basée sur une instrumentation embarquée permettant de recueillir les informations utiles (paramètres cinématiques et mécaniques tels que la vitesse, l'allure, le régime moteur, le rapport de boîte utilisé,...). Ne pouvant envisager ce type d'expérimentation pour la réactualisation des abaques, nous nous sommes appuyés sur une étude expérimentale réalisée dans le cadre de l'établissement des cycles de conduite pour la mesure des polluants émis par les véhicules [24]. Cette étude a conduit à l'élaboration d'une base de données contenant des enregistrements des paramètres cinématiques et mécaniques effectués sur des véhicules conduits par leur propriétaires sur une période de quelques semaines. Ces paramètres sont par conséquent représentatifs de l'usage réel des véhicules. Il faut cependant noter que les informations relatives à l'environnement dans lequel évoluent les véhicules (parcours, type d'axe parcouru,...) ne sont pas renseignées. Trois campagnes de mesures ont été effectuées à l'échelle européenne (1985, 1991, 1995) ; sur un total de 52 véhicules (du parc français) seuls ont été retenus pour l'évaluation ceux équipés d'une boîte de vitesse à 5 rapports, soit 37 véhicules. Les enregistrements permettent de déterminer l'utilisation du rapport de boîte en fonction de la vitesse lors d'une 56 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier circulation à vitesse stabilisée. Le critère de stabilité de la vitesse correspond aux plages "stabilisées" durant lesquelles la variation de l'allure n'excède pas ±0.5ms -2 pendant au moins 4 secondes19. Ce traitement a permis d'établir un histogramme d'utilisation des rapports de boîte en fonction de la vitesse (cf. Fig. 3.15). Figure 3.15 - Histogramme d'utilisation des rapports de boîte en fonction de la vitesse Evaluation de la composante moteur prenant en compte le comportement de conduite L'évaluation de la composante moteur a été effectuée de la façon suivante : 1. On considère les lois d'évolution du bruit moteur en fonction du régime moteur établies pour chaque véhicule étudié : Lm j ( Ri , v) = Am j + Bm j log 2. n( Ri , v) n( Ri , v) + Cm j log 2 nref nref (46) On calcule pour chaque véhicule et à chaque vitesse le niveau de "bruit moteur" pondéré (usage réel du véhicule : utilisation possible de rapports différents) à l'aide de l'histogramme " EUREV " (cf. Fig. 3.12). L'évaluation est effectuée entre 20 km/h et 130 km/h par pas de 2 km/h : Lm j (v) = 10 log i 10 Ri Lm ( Ri ,v ) j 10 (47) 19 L'effet de l'accélération sur le bruit émis par un véhicule est significatif lorsque celle-ci est supérieure à ±0.5ms -2 [31] Commentaires et analyses 57 où i est le pourcentage d'utilisation du rapport i à la vitesse v . 3. Le bruit moteur "moyen" Lm (v) émis à une vitesse v donnée est déterminée par la moyenne énergétique Lm j (v) sur les N (N=14) véhicules individuels : Lm (v) = 10. log 1 N 10 j =1 N Lm ( v ) j 10 (48) Les valeurs obtenues sont tracées Fig.3.13 Abaque composante moteur La loi approchée est formulée de façon approchée sous forme de segments de type a + b log(v) dans trois plages de vitesse (Tableau 3.17). Elle est tracée Figure 3.16. Figure 3.16 - Composante moteur déterminée à partir des 14 véhicules mesurés sur piste d'essai et de l'histogramme de pondération "EUREV" (figure 3.13) et linéarisation. En pointillés : évaluation par pas de 2km/h. En trait continu : loi approchée. V [km/h] Lm [dB( A)] 20 à 30 60.6 30 à 110 66.3 + 12 log(V/90) 110 à 130 64.6 + 31.3 log(V/90) Tableau 3.17 - Réactualisation de l'abaque VL circulant à vitesse stabilisée : formulation retenue pour la composante moteur. Les valeurs correspondent aux expressions en LA max . 58 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.7 - Démarche de production des composantes moteur PL Cette démarche considère deux domaines : · les basses et moyennes vitesses, où compte tenu des changements de rapport de boîte, la composante moteur peut être considéré comme étant indépendant de la vitesse, · les hautes vitesses où, le dernier rapport de boîte étant atteint, la composante moteur augmente avec la vitesse. 3.7.1 - Plage de vitesse 20-70 km/h 3.7.1.1 - PL à allure stabilisée sur route horizontale Des mesures sur piste d'essai ont été réalisées sur 7 tracteurs de différentes marques et de différentes générations, attelés chacun à deux remorques différentes (une vide et une chargée), pour des vitesses allant de 20 km/h à plus de 80 km/h par pas de 10 km/h. Pour chaque vitesse de passage, le chauffeur a choisi le rapport de boîte lui paraissant le plus adapté. La recherche d'un comportement de conduite représentatif d'un usage réel a donc été intégrée directement aux conditions des essais. On a d'abord calculé une régression d'ordre 2 sur les mesures où la vitesse est inférieure à 60 km/h. Cette courbe a ensuite été décomposée comme une somme d'une composante roulement fonction linéaire du logarithme de la vitesse et d'une composante moteur constante. C'est cette dernière qui a été retenue comme composante moteur. L'hypothèse d'une composante moteur en LAmax indépendante de la vitesse entre 20 et 70 km/h est justifiée par l'allure des résultats de mesures obtenus et par le fait que les conducteurs de poids lourds, disposant d'un grand nombre de rapports de boîte, utilisent leur moteur sur une faible plage de variation du régime moteur. La validité de ces résultats a ensuite été vérifiée par comparaison avec des résultats de mesures effectuées ultérieurement sur 7 véhicules supplémentaires. 3.7.1.2 - PL en accélération sur route horizontale Des mesures au passage sur PL du trafic ont été réalisées aux abords de deux carrefours giratoires. Environ 800 poids lourds ont été mesurés, en des points situés en sortie de giratoire et à 100 m, 200 m et 400 m de la sortie des giratoires. Les vitesses relevées vont de 25 à 80 km/h. La composante roulement est dans un premier temps prise égale à la valeur de la régression polynomiale des mesures à une vitesse de 80km/h, à laquelle on ajoute une variation en 31 log(V) (variation du Lroulement pour un revêtement de catégorie 2, catégorie à laquelle appartiennent les revêtements mesurés). On ajoute à cette composante roulement une composante moteur indépendante de la vitesse, que l'on ajuste de manière à minimiser la somme des carrés des écarts de cette construction avec la régression des mesures, pour les vitesses faibles, c'est à dire comprises entre 20 et 40 km/h. La composante roulement est ensuite réajustée en lui retranchant la composante moteur trouvée. On vérifie pour les vitesses intermédiaires (de 40 à 80 km/h) que la construction est en accord avec les mesures. Cette méthodologie est appliquée séparément sur les deux sites. Un troisième site, fournissant des données incomplètes, n'a pu être exploité, mais la cohérence des mesures avec les autres sites a été vérifiée. Pour chaque site, les écarts des mesures par rapport à la construction obtenue sont faibles (dans chaque tranche de 10 km/h, la moyenne des écarts entre la mesure au passage de chaque véhicule et la construction est largement inférieure au dB). Les constructions obtenues en bruit global pour les deux sites sont proches puisque leurs valeurs diffèrent d'environ 1 dB(A) aux basses et hautes vitesses. La différence en composante moteur est d'environ 1,5 dB(A). La valeur de la composante moteur retenue est la moyenne des composantes moteurs des deux sites. Elle a été arrondie au dB supérieur pour se rapprocher des résultats des mesures du troisième site. On peut noter qu'elle est supérieure de 5dB à celle obtenue pour une allure stabilisée. Commentaires et analyses 59 Exemple sur un site La Figure 3.18 présente les poids lourds mesurés sur le premier site. La régression polynomiale (en noir) sur toutes les mesures donne un niveau de bruit à 80km/h de 87,1dB(A). 95 90 LAm ax en dB(A) 85 80 75 70 20 30 40 50 V en km /h mesures construction Polynomial (mesures) 60 70 80 90 Figure 3.18 - Détail de la méthode sur un site (PL en accélération sur route horizontale) La construction (en rouge) est obtenue par somme d'une composante roulement égale à 87,1+31log(V/80) et d'une composante moteur constante que l'on détermine de manière à minimiser la somme des carrés des écarts de cette construction avec la régression des mesures, pour les vitesses faibles, c'est à dire comprises entre 20 et 40 km/h. La composante moteur trouvée ici est de 76,5dB(A). La composante roulement est donc égale à la différence entre le niveau de bruit de la régression à 80km/h (87,1dB(A)) et cette composante moteur de 76,5dB(A), soit 86,7dB(A). On cherche alors à ajuster la composante moteur en reprenant la démarche avec cette valeur de composante roulement. Dans ce cas, aucun ajustement n'est nécessaire. 3.7.1.3 - PL en décélération sur route horizontale Des mesures aux abords d'un carrefour giratoire (à 25 m, 50 m et à 100 m de l'entrée du giratoire) ont été réalisées, totalisant environ 300 PL du trafic. Les vitesses relevées vont de 20 à 80 km/h. La régression effectuée sur les mesures réalisées à 100 m de l'entrée du giratoire étant inférieures de 3dB(A) à celles des points de mesure plus proches, elles n'ont été prises en compte que dans le calcul de la composante roulement (on considère qu'elles ne correspondent pas à de la décélération). La valeur de la composante roulement a été obtenue en prenant en compte la vingtaine de véhicules dont la vitesse se trouvait comprise entre 65 et 80 km/h. Il s'agit de la moyenne de ces mesures ramenées à 80 km/h en appliquant une pente forfaitaire de 31 (pente du Lroulement pour un revêtement de catégorie 2, catégorie à laquelle appartient le revêtement mesuré). Comme dans le cas de l'accélération, on ajoute à cette composante roulement une composante moteur, que l'on ajuste de manière à minimiser la somme des carrés des écarts de cette construction avec la régression des mesures, pour les vitesses faibles, c'est à dire comprises entre 20 et 40 km/h. La composante roulement est ensuite réajustée en retranchant la valeur de la composante moteur trouvée. Les écarts des mesures par rapport à la construction obtenue sont faibles (dans chaque tranche de 10 km/h, la moyenne des écarts entre la mesure au passage de chaque véhicule et la construction est largement inférieure au dB). 60 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier On peut noter que la valeur de la composante moteur trouvée est la même que celle obtenue pour une allure stabilisée. 3.7.1.4 - PL à allure stabilisée en montée Des mesures de PL du trafic ont été réalisées sur 5 sites présentant des déclivités variant de 3 % à 6 %. Chaque site comportait en règle générale au moins trois points de mesure dans le sens de la montée (jusqu'à huit points sur l'un des sites) et un point de mesure en section horizontale. En chaque point ont été mesurés au minimum 80 PL. Le domaine de vitesse observé était suffisamment étendu (30 à 90 km/h) pour permettre d'évaluer la composante moteur. La démarche a été appliquée en deux temps : · connaissant la composante moteur sur route horizontale à allure stabilisée (voir plus haut), la composante Lroulement associée au revêtement de chaussée du site a été évaluée sur le point de mesure en section horizontale, en faisant l'hypothèse que la composante roulement est la même sur la section horizontale et dans la montée ; · la composante moteur associée à chaque point de mesure en montée a été recherchée de manière à ajuster au mieux les mesures (selon la même méthode que dans le cas de l'accélération) ; · les valeurs de Lmoteur évaluées pour les différentes déclivités ont été jugées suffisamment différenciées pour justifier de prendre en compte dans cette composante le paramètre "déclivité" de façon quantitative et continue plutôt que qualitative. Les écarts des mesures par rapport à la construction obtenue sont faibles (dans chaque tranche de 10 km/h, la moyenne des écarts entre la mesure au passage de chaque véhicule et la construction est largement inférieure au dB). 3.7.1.5 - PL à allure stabilisée en descente Des mesures de PL du trafic ont été réalisées sur un site en descente de 6 %. Elles concernent environ 250 véhicules de 30 à 70 km/h. Des mesures en section horizontale sur le même revêtement n'ayant pas été possible, la composante roulement a du être forfaitisée à la valeur moyenne de la technique (issu de la base de données). La composante moteur a ensuite été recherchée de manière à ajuster au mieux les mesures (même démarche que pour l'accélération). On notera cependant que la valeur de la composante moteur obtenue est très sensible à la valeur de la composante roulement retenue comme hypothèse (une variation de 2,5 dB de la composante roulement entraîne une variation de la composante moteur de 5 dB). Les écarts des mesures par rapport à la construction obtenue sont faibles (dans chaque tranche de 10 km/h, la moyenne des écarts entre la mesure au passage de chaque véhicule et la construction est largement inférieure au dB). Faute d'information pour les valeurs intermédiaires de la déclivité, la même règle de variation que pour la montée a été adoptée, c'est à dire que l'on considère une variation linéaire entre 2 et 6%. 3.7.2 - Vitesses élevées : plage de vitesse 70-100 km/h Lors des mesures relatives aux sept poids lourds sur piste d'essai (voir le chapitre « PL à allure stabilisée sur route horizontale »), les régimes moteur ont été relevés lors de chaque passage par lecture directe du compteur. Une étude ultérieure [25] a appliqué la démarche de décomposition en deux composantes moteur (fonction du régime moteur) et roulement (fonction de la vitesse) appliquée précédemment pour les VL (voir « Démarche de production des composantes moteur VL »). La composante moteur a ensuite été exprimée en fonction de la vitesse, compte tenu des caractéristiques mécaniques des véhicules et des rapports de boîte adoptés par les conducteurs. Pour la tranche de vitesses 20-70 km/h, la moyenne des composantes moteur des sept PL s'avère très proche de la valeur obtenue par la démarche initiale. Pour la tranche de vitesses 70-100 km/h, la composante moteur de chaque PL a été extrapolée en supposant le même comportement de conduite (sélection du rapport de boîte permettant autant que possible le même régime Commentaires et analyses 61 moteur). La moyenne des composantes moteur des sept PL ainsi obtenues a été retenue pour les nouvelles valeurs d'émission sonore. Cette composante moteur n'est plus indépendante de la vitesse : au-delà de 70 km/h, la plupart des PL utilisent leur rapport de boîte le plus élevé, et le régime moteur augmente avec la vitesse. Au-delà de 70km/h, la composante moteur exprimée en LAmax augmente donc en 13log(V) sur route horizontale à allure stabilisée. Cette variation en 13log(V) est également appliquée aux autres cas en faisant l'hypothèse que dans chaque configuration le conducteur ne change pas de rapport de boîte sur cette plage de vitesse. Il s'ensuit que les composantes moteur des différents cas ne diffèrent que d'une constante indépendante de la vitesse. 3.7.3 - Vitesses basses : plage de vitesse 5-20 km/h La démarche utilisée fournit une composante moteur pour des vitesses supérieures à 20 km/h, il a été décidé de considérer que cette valeur est également constante entre 5 et 20 km/h. En effet, à 20 km/h les poids lourds sont déjà à un rapport de boîte élevé, et on considère qu'ils disposent donc d'un nombre suffisant de rapports de boîte à partir de 5 km/h pour conduire à régime moteur constant. 3.7.4 - Combinaisons allure * déclivité Les composantes moteur correspondant à l'accélération et à la décélération en montée et descente, sont déduites selon le même principe que pour les VL (voir le chapitre 3.6). Ce principe est rappelé dans les tableaux 3.19, 3.20 et 3.21 ci-dessous : montée 2% p 6% accélération décélération max(accélération*route horizontale ; allure stabilisée*montée) = décélération*route horizontale descente 2% p 6% = accélération*route horizontale max(décélération*route horizontale ; allure stabilisée*descente) Tableau 3.19 ­ Principe de combinaison allure / déclivité Ce qui, appliqué aux PL, donne : V - km/h Lmoteur 5 à 70 73 + L (expressions en 70 à 100 73,8 + 13 log(V/80) + L Tableau 3.20 - Formulation retenue pour la composante moteur des PL pour toutes les allures et toutes les déclivités LA max ) L est un correctif indépendant de la vitesse, fonction de l'allure et de la déclivité. L montée 2% p 6% accélération décélération max[2.(p ­ 2) ; 5] 0 dB(A) p en % (valeur absolue) Tableau 3.21 ­ Valeurs du correctif L déclivité descente 2% p 6% 5 dB(A) 1.(p ­ 2) 62 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.8 - Commentaires sur les nouvelles valeurs d'émission unitaires 3.8.1 - Les composantes moteur et roulement Les composantes moteur et roulement résultent d'une construction. Elles n'ont de validité que dans la mesure où leur combinaison restitue correctement les valeurs globales d'émission. Les nouvelles valeurs d'émission ont été élaborées en considérant que : · la composante roulement dépend du type de véhicule (VL ou PL), de la catégorie de revêtement (R1, R2 ou R3) et de la vitesse. Elle ne dépend ni de l'allure (stabilisée, accélérée, décélérée) ni de la déclivité, · la composante moteur dépend du type de véhicule, de la vitesse, de l'allure et, pour les PL, de la déclivité. Elle ne dépend pas de la catégorie de revêtement. Les composantes sont données sous forme de figures pour 5 cas : les 3 allures sur route horizontale, la montée (6%) et la descente (6%) pour l'allure stabilisée. A chaque cas correspondent 2 figures : une pour les VL, l'autre pour les PL. Sur chaque figure sont tracés, en fonction de la vitesse du flot (échelle semi-logarithmique) : · la composante moteur, · la composante roulement pour chacune des 3 catégories de revêtement, · les niveaux d'émission résultant (repérés R1, R2, R3). A chaque graphique est associé un tableau dans lequel sont indiquées les vitesses de trafic20 à partir desquelles la réduction attendue sur le bruit de trafic, résultant de l'utilisation d'un revêtement de catégorie R1 plutôt qu'un revêtement de catégorie R3 (Cf. infra § Effet revêtement), atteint 2 dB(A)21. 20 21 Valeurs approchées à 5 km/h valeur du critère acoustique utilisée pour la définition de la "modification significative" d'une infrastructure. Commentaires et analyses 63 Allure stabilisée Figure 3.22 - Nouvelles valeurs d'émission. Allure stabilisée. Figures du haut : route horizontale. Figures du milieu : montée (6%). Figures du bas : descente (6%). Gauche : trafic VL. Droite : trafic PL. 64 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Allure stabilisée Route horizontale Montée (6%) Descente (6%) VL 25 km/h 25 km/h 25 km/h PL 40 km/h 80 km/h 55 km/h Tableau 3.23 - Vitesses à partir desquelles Lt ( R3) - Lt ( R1) 2 dB(A) Allure accélérée - Route horizontale Figure 3.24 - Nouvelles valeurs d'émission. Allure accélérée route horizontale. Gauche : trafic VL. Droite : trafic PL. Allure accélérée Route horizontale VL 45 km/h PL 60 km/h Tableau 3.25 - Vitesses à partir desquelles Lt ( R3) - Lt ( R1) 2 dB(A) Commentaires et analyses 65 Allure décélérée - Route horizontale Figure 3.26 - Nouvelles valeurs d'émission. Allure décélérée route horizontale. Gauche : trafic VL. Droite : trafic PL. Allure décélérée Route horizontale VL 30 km/h PL 40 km/h Tableau 3.27 - Vitesses à partir desquelles Lt ( R3) - Lt ( R1) 2 dB(A) 66 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.8.2 - Effet revêtement L'effet revêtement est la différence attendue sur le bruit de trafic résultant de l'utilisation d'un revêtement de catégorie R1 plutôt qu'un revêtement de catégorie R3. Allure stabilisée Figure 3.28 - Effet revêtement sur route horizontale pour l'allure stabilisée L'effet en allure stabilisée sur route horizontale est tracé Figure 3.28. Il est quasiment supérieur à 2 B(A) dès 25 km/h pour un trafic VL et 40 km/h pour un trafic PL. Figure 3.29 - Effet revêtement sur une rampe de 6% en montée (gauche) et descente (droite). Allure stabilisée Une déclivité n'affecte pas le niveau d'émission VL22. L'effet revêtement pour cette catégorie est donc le même que sur route horizontale. Pour le trafic PL, l'effet revêtement est négligeable en montée de 6% : il n'est 22 Les nouvelles valeurs sont établies pour des déclivités inférieures à 6 %. Commentaires et analyses 67 supérieur à 2 dB(A) qu'à partir de 80 km/h (Figure 3.29 graphique de gauche). En descente de 6 % par contre, l'effet revêtement dépasse 2 dB(A) à partir de 55 km/h (Figue 3.29 graphique de droite). Allures accélérée et décélérée Figure 3.30 - Effet revêtement sur route horizontale pour les allures accélérée (gauche), décélérée (droite) En allure accélérée sur route horizontale, l'effet revêtement dépasse 2 dB(A) à partir de 45 km/h pour un trafic VL et 60 km/h pour un trafic PL. En allure décélérée, la vitesse critique descend à 25 km/h pour le trafic VL et 45 km/h pour le trafic PL. 3.8.3 - Effet allure Allure accélérée / allure stabilisée Figure 3.31 - Trafic VL. Différence d'émission entre allure accélérée et allure stabilisée. Gauche : VL. Droite : PL Sur route horizontale, les valeurs d'émission sont plus importantes en allure accélérée qu'en allure stabilisée (Figure 3.31). Elles dépendent du revêtement. Pour les VL (graphique de gauche) la différence dépasse 2 dB(A) jusqu'à 45 km/h pour la catégorie R2 et jusqu'à 55 km/h pour la catégorie R1. Pour les PL (graphique de droite) la différence reste supérieure à 2 dB(A) en deçà de 35 km/h pour la catégorie R2 et en deçà de 45 km/h pour la catégorie R1. 68 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Allure décélérée / allure stabilisée Sur route horizontale, les valeurs d'émission des VL en allure décélérée diffèrent peu de celles en allure stabilisée (Figure 3.32). Les valeurs d'émission des PL en allure décélérée sont les mêmes qu'en allure stabilisée. Figure 3.32 - Trafic PL. Différence d'émission entre allure accélérée et allure stabilisée. Commentaires et analyses 69 3.9 - Comparaison des valeurs d'émission unitaires avec celles du Guide du Bruit (1980) [3] Par commodité, nous utiliserons le terme "GdB80" pour faire référence au Guide du bruit des transports terrestres [3] qui date de 1980. 3.9.1 - Les données du Guide du Bruit (GdB80) Les valeurs d'émission unitaires du Guide du Bruit (GdB80 ) sont les émissions sonores E de la méthode détaillée [3], fournies sous forme d'abaques dans le volume "Prévision des niveaux sonores" et reproduites Figure 3.33. Figure 3.33 - Emissions unitaires des véhicules [d'après [3]] L'émission sonore E d'un véhicule est définie, par convention, par la relation : E = LW - 10 log V - 50 dB( A) (49) 70 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Elle est égale numériquement au Leq ,1H provoqué par un véhicule de puissance acoustique LW , circulant à la vitesse V km/h sur une voie rectiligne distante de 50 m du point de mesure23. L'émission sonore E est donnée, en fonction de la vitesse, pour 2 catégories de véhicules (VL : moins de 3.5 t, PL : 3.5 t ou plus) et 12 configurations caractérisées par le type d'écoulement et le type de profil en long. Certaines configurations sont considérées comme équivalentes i.e. comme produisant le même bruit. Les équivalences ne sont pas les mêmes pour les VL et pour les PL. Elles sont résumées Tableau 3.34. Toutes les configurations repérées par le même symbole ont même niveau d'émission. Le bruit des VL est ainsi défini par 7 abaques d'émission sonore, celui des PL par 4. GdB80 E VL fluide continu pulsé non différencié pulsé accéléré pulsé décéléré profil montée descente horizontal 0 + a c GdB80 E PL fluide continu pulsé non différencié pulsé accéléré pulsé décéléré profil montée descente horizontal A A A C B B B D A A A A × × b + 0 + + d Tableau 3.34 - GdB80, grille d'équivalence des émissions unitaires : les configurations qui ont un même symbole ont même niveau d'émission sonore E . 3.9.2 - Les nouvelles valeurs unitaires L'option retenue pour les nouvelles valeurs est de caractériser l'émission sonore par la puissance acoustique d'une "ligne source", quantité mieux appropriée pour les logiciels de prévision de bruit de trafic. Elle est donnée par unité de longueur. Son niveau, pour un débit de 1 véhicule/heure est : LW / m / veh = LW - 10 log V - 30 (50) L'émission sonore est, ici aussi, donnée en fonction de la vitesse pour les 2 mêmes catégories de véhicules, mais en considérant seulement 9 configurations allure/profil en long (Tableau 3.35). LW /m VL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil montée descente horizontal s s s LW /m PL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil montée descente horizontal S B C a a a A E A d d d S S C Tableau 3.35 - Nouveau guide, grille d'équivalence des émissions unitaires : les configurations qui ont un même symbole ont même niveau d'émission sonore LW /m . Les valeurs d'émission obtenues pour les VL s'avèrent ne dépendre que de l'allure, pas de la déclivité. Celles obtenues pour les PL dépendent en général de l'allure et de la déclivité24. 23 24 Sur site dégagé (pas d'écran ni de bâtiment à proximité), et avec sol réfléchissant. Les nouvelles valeurs ne sont établies que pour des déclivités ne dépassant pas 6% Commentaires et analyses 71 3.9.3 - Comparaison La correspondance de LW /m avec E est : LW / m / veh = E + 20 Allures (51) Le GdB80 considère des écoulements fluide continu, pulsé accéléré, pulsé décéléré. Le nouveau guide considère les allures stabilisée, accélérée, décélérée. Les comparaisons se feront entre fluide continu/ allure stabilisée, pulsé accéléré/ allure accélérée, pulsé décéléré/ allure décélérée. L'écoulement pulsé non différencié considéré dans le GdB80 s'oppose à l'écoulement fluide. Il n'est stable ni dans le temps (variation brusque de débits sur de courtes périodes de temps), ni dans l'espace (concentration irrégulière des véhicules sur la section étudiée, à un instant donné). La nouvelle procédure subdivise une ligne source en tronçons acoustiquement homogènes (débit, vitesse, allure) et ne fournit donc pas de valeur d'émission pour ce type d'écoulement. Déclivité Pour le GdB80 comme pour le nouveau guide, les déclivités inférieures à 2% sont considérées ne pas avoir d'influence sur l'émission acoustique d'un véhicule. Le GdB80 considère qu'en montée ou en descente les niveaux d'émission sont indépendants de la déclivité25. Le nouveau guide arrive à la même conclusion pour les VL26 ; par contre, pour certaines configurations, les valeurs d'émission des PL dépendent de la déclivité. Les évaluations du nouveau guide ne sont données que pour des déclivités ne dépassant pas 6%, les comparaisons avec le GdB80 seront effectuées pour une déclivité de 6%. Revêtements L'influence du revêtement (catégorie, âge) n'a pas été prise en compte dans le GdB80. Les comparaisons sont ici effectuées avec les nouvelles valeurs d'émission correspondant à des revêtements jeunes (2 ans ou moins) et non celles des revêtements de 10 ans d'âge. Organisation Les comparaisons sont organisées par allure (stabilisée, accélérée, décélérée) et, pour chaque allure, par type de profil en long (route horizontale, montée à 6%, descente à 6%). Présentation graphique Les comparaisons sont données dans chaque catégorie/ configuration sous la forme de 2 graphes, avec la vitesse comme variable : l'un (graphe supérieur) où sont tracées les valeurs d'émission du GdB80 et du nouveau guide (pour les catégories R1, R2 et R3) ; l'autre (graphe inférieur) où est tracée la différence L entre la valeur d'émission donnée par le nouveau guide (catégorie R3) et celle donnée par le GdB80. Un L négatif signifie que le bruit de trafic (sur un revêtement de catégorie R3) est aujourd'hui plus faible que dans les années 70. Pour rappeler que l'effet vieillissement n'est pas inclus ici, les catégories sont repérées R1 J, R2 J, R3 J. 25 26 supérieure à 2% Il est même conclu qu'à allure donnée les valeurs d'émission VL, sur route horizontale, en montée ou en descente, sont les mêmes. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 72 3.9.4 - Allure stabilisée (Figure 3.36) Allure stabilisée - route horizontale (Figure 3.36 graphiques du haut) Dès 40 km/h environ, les nouvelles valeurs d'émission des VL pour la catégorie R3 J sont les mêmes que celles du GdB80 : aux moyennes et hautes vitesses, le bruit de trafic VL sur des revêtements de la catégorie R3 est le même aujourd'hui qu'il y an 25 ans27. En deçà de 40 km/h les nouvelles valeurs d'émission sont plus faibles. Ceci peut s'interpréter comme résultant d'une réduction de la composante bruit moteur du parc entre les années 80 et aujourd'hui. La réduction sur le bruit de trafic est d'environ 3 dB(A) à 25 km/h. Les nouvelles valeurs d'émission des PL sur R3 J ne sont identiques à celles du GdB80 qu'au delà de 70 km/h. A 25 km/h, le bruit de trafic PL donné par le nouveau guide (R3 J) est inférieur de 9 dB(A) à celui donné par le GdB80. Allure stabilisée - montée (Figure 3.36 graphiques du milieu) Anciennes et nouvelles valeurs (R3 J) d'émission en montée se confondent à partir de 80 km/h pour les VL et 60 km/h pour les PL (déclivité 6%). Les écarts à 25 km/h entre nouvelles valeurs et GdB80 sont, pour les VL, plus importants ( L = -10 dB(A)) et, pour les PL, moins importants ( L = -4 dB(A)) que ce qui est observé sur route horizontale. Allure stabilisée ­ descente (Figure 3.36 graphiques du bas) Pour les VL, mêmes résultats et mêmes commentaires que allure stabilisée/ route horizontale. Selon le GdB80 les PL roulant à allure stabilisée font le même bruit en descente que sur route horizontale. Selon les nouvelles estimations une déclivité au delà de -2% augmente l'émission acoustique des PL. L'émission des PL donnée par le nouveau guide sur R3 J est inférieure à l'émission donnée par le GdB80 en deçà de 70 km/h environ. L'écart atteint -6 dB(A) à 25 km/h. Au delà de 70 km/h les niveaux sont pratiquement les mêmes. 27 Cf. supra §3 Commentaires et analyses 73 Figure 3.36 - Allure stabilisée. Emissions GdB80 et nouvelles valeurs (sans effet vieillissement). Gauche : VL. Droite : PL. Haut : route horizontale. Milieu : Montée (6% pour le nouveau guide). Bas : descente (6% pour le nouveau guide) 74 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.9.5 - Allure accélérée (Figure 3.37) Allure accélérée - route horizontale (Figure 3.37 graphiques du haut) En allure accélérée les émissions VL sur la catégorie R3 J sont pratiquement égales à celles du GdB80 au delà de 55 km/h. L'écart aux très basses vitesses est du même ordre que celui observé à allure stabilisée. Pour les PL, les différences aux basses vitesses sont plus faibles que celles observées à allure stabilisée (à 25 km/h, L = -6 dB(A) à allure accélérée contre L = -9 dB(A) à allure stabilisée). Nouvelles valeurs sur R3 J et valeurs GdB80 se confondent à partir de 70 km/h. Allure accélérée ­ montée (Figure 3.37 graphiques du milieu) Les valeurs d'émission des VL en montée/ allure accélérée ne sont données dans le GdB80 que pour des vitesses inférieures à 60 km/h. Elles sont supérieures de 3 dB(A) à 4 dB(A) aux nouvelles valeurs (R3 J). L'émission des PL en montée est, pour le GdB80 comme pour les nouvelles valeurs (rampe 6%), la même à allure accélérée qu'à allure stabilisée. Anciennes et nouvelles valeurs se confondent à partir de 60 km/h. L'écart entre valeurs à 25 km/h est L = -4 dB(A). Allure accélérée ­ descente (Figure 3.37 graphiques du bas) La configuration allure accélérée/ descente est la seule pour laquelle les nouvelles valeurs d'émission VL s'avèrent très proches de celles du GdB80 sur toute la plage de vitesse28. Selon le GdB80 et le nouveau guide, un PL roulant à allure accélérée en descente fait le même bruit qu'à allure accélérée sur route horizontale29. Pour les observations cf. donc supra allure accélérée/ route horizontale. En deçà de 70 km/h environ, l'émission PL donnée par le nouveau guide sur R3 est inférieure à celle donnée par le GdB80. L'écart est environ -5 dB(A) à 25 km/h. Au delà de 70 km/h les niveaux sont pratiquement les mêmes. Les valeurs d'émission VL sont considérées être indépendantes de la déclivité, pour le GdB80 comme pour le nouveau guide . Les valeurs du nouveau guide ne sont établies que pour des déclivités ne dépassant pas 6%. 29 Les valeurs d'émission PL à allure accélérée/ descente sont indépendantes de la déclivité, pour le nouveau guide comme pour le GdB80. Les valeurs du nouveau guide ne sont établies que pour des déclivités ne dépassant pas 6%. Commentaires et analyses 75 28 Figure 3.37 - Allure accélérée. Emissions GdB80 et nouvelles valeurs (sans effet vieillissement). Gauche : VL. Droite : PL. Haut : route horizontale. Milieu : Montée (6% pour le nouveau guide). Bas : descente (6% pour le nouveau guide) 76 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.9.6 - Allure décélérée (Figure 3.38) Allure décélérée - route horizontale (Figure 3.38 graphiques du haut) Contrairement à ce qui est observé dans la plupart des autres cas, les nouvelles valeurs d'émission sur R3 J s'avèrent dans certaines plages de vitesse supérieures à celles données par le GdB80 (entre 40 km/h et 100 km/h pour les VL, en deçà de 95 km/h pour les PL). La démarche utilisée pour construire les nouvelles valeurs considère que la décélération est obtenue, par certains en utilisant le frein à pied, par d'autres en utilisant le frein moteur. En conséquence, la composante moteur et l'émission globale sont plus importantes à allure décélérée qu'à allure stabilisée. Les valeurs d'émission GdB80 à allure stabilisée et à allure décélérée sont tracées sur un même graphique Figure 3.39. Selon le GdB80 un VL en décélération émet plutôt moins de bruit qu'à allure stabilisée (graphe de gauche), un PL en décélération émet beaucoup moins de bruit qu'à allure stabilisée (graphe de droite). Figure 3.39 - GdB80 Route horizontale. Allures stabilisée et décélérée. Gauche : VL. Droite : PL Allure décélérée ­ montée (Figure 3.38 graphiques du milieu) GdB80 et nouveau guide donnent, à partir de 50 km/h, mêmes valeurs d'émission pour les VL en montée/ allure décélérée. A 25 km/h l'écart entre valeurs atteint -6 dB(A). Selon le GdB80 le PL à allure décélérée fait plus de bruit en montée que sur route horizontale. Selon les nouvelles estimations, le PL à allure décélérée fait le même bruit en montée que sur route horizontale. Les nouvelles valeurs (R3 J) s'avèrent pratiquement égales à celles du GdB80 au delà de 60 km/h. L'écart à 25 km/h est de l'ordre de -4 dB(A). Allure décélérée ­ descente (Figure 3.38 graphiques du bas) Les valeurs d'émission VL données par le GdB80 pour la configuration descente/ allure décélérée sont les plus basses de toutes. Sauf aux très faibles vitesses elles s'avèrent inférieures aux nouvelles valeurs (R3 J). Pour le GdB80 comme pour le nouveau guide, les valeurs d'émission PL en descente de 6% à allure décélérée sont les mêmes qu'à allure stabilisée. L'émission des PL donnée par le nouveau guide sur R3 J est inférieure à l'émission donnée par le GdB80 en deçà de 70 km/h environ. L'écart atteint -6 dB(A) à 25 km/h. Au delà de 70 km/h les niveaux sont pratiquement les mêmes. Commentaires et analyses 77 Figure 3.38 - Allure stabilisée. Emissions GdB80 et nouvelles valeurs (sans effet vieillissement). Gauche : VL. Droite : PL. Haut : route horizontale. Milieu : Montée (6% pour le nouveau guide). Bas : descente (6% pour le nouveau guide) 78 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.9.7 - Conclusion Mis à part le cas de 3 allures/configurations, les valeurs d'émission du nouveau guide sur la catégorie R3 (sans effet de vieillissement) se confondent pratiquement avec celles du GdB80 aux hautes vitesses, domaine où le bruit de roulement prédomine. Il apparaît donc que le bruit de roulement sur les revêtements de la catégorie R3 correspond au bruit de roulement sur les revêtements des années 70, pour les VL comme pour les PL. Ce n'est pas trop surprenant dans la mesure où les techniques de revêtement utilisées dans les années 70 sont, pour leur grande majorité, classées dans la catégorie R3. Ceci implique cependant que les caractéristiques acoustiques des pneumatiques ont peu changé depuis les années 70 (cette stabilité acoustique des pneumatiques a été constatée par Sandberg pour la période 1920-1980 [32]). Aux basses vitesses les nouvelles valeurs d'émission sont en général inférieures à celles du GdB80. Ceci peut s'interpréter comme résultant d'une réduction de la composante moteur du parc entre les années 80 et aujourd'hui. Les réductions de bruit observées à 25 km/h sont de l'ordre de 3 B(A) pour les VL et de l'ordre de 5 dB(A) pour les PL. 3.9.8 - Quelques valeurs caractéristiques Vitesses critiques La vitesse à partir de laquelle les valeurs d'émission du nouveau guide sur R3 restent pratiquement égales à celles du GdB80 dépend de la catégorie du véhicule et de la configuration (Tableau 3.40). VL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil horizontal 40 80 x montée 80 x 50 descente 40 80 x PL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil horizontal 70 70 x montée 60 60 60 descente 70 70 70 Tableau 3.40 - Vitesses (en km/h) à partir desquelles les valeurs d'émission du GdB80 et du nouveau guide (R3 )restent pratiquement égales. Différences à 25 km/h Aux basses vitesses les nouvelles valeurs d'émission sont en général inférieures à celles du GdB80. Les différences à la vitesse de 25 km/h sont données Tableau 3.41. VL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil horizontal -3 -3 x montée -10 -4 -6 descente -3 -3 x PL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil horizontal -9 -6 x montée -4 -4 -4 descente -6 -5 -6 Tableau 3.41 - Différences en dB(A) entre les valeurs nouveau guide (R3) et les valeurs GdB80 à 25 km/h. 3.9.9 - L'équivalent Poids Lourd L'équivalent poids lourd est une notion introduite dans la méthode simplifiée du GdB80 pour simplifier les calculs. Il permet d'évaluer le bruit de trafic à partir une seule équation où figure une seule vitesse, celle des VL. L'expression est de la forme30 : Leq = 10 log(QVL + E qPL × QPL ) + 20 log V + ... (52) 30 le facteur d'équivalence acoustique et le niveau d'émission sonore sont désignés par le même symbole E dans le GdB80 . Nous proposons d'utiliser E qPL ici pour éviter toute confusion. Commentaires et analyses 79 QVL : débit représentatifs des VL, QPL : débit représentatif des PL, E qPL : facteur d'équivalence acoustique entre PL et VL V vitesse du trafic. L'équivalence est aussi exprimée par la relation 1PL = E qPL × VL (53) E qPL prend en compte le fait que la vitesse de circulation des PL peut être différente de celle des VL. Les valeurs proposées dans le GdB80 sont reportées dans le Tableau 3.42 : 2% Autoroute VRU Voie urbaine 4 7 10 3% 5 9 13 4% 5 10 16 5% 6 11 18 .6% 6 12 20 Tableau 3.42 - Facteur d'équivalence E qPL acoustique entre PL et VL : 1PL = E qPL × VL (GdB80 méthode simplifiée) Nouvelles valeurs Sauf à retrouver les correspondances de vitesse entre PL et VL utilisées dans le GdB80 pour les différents types de voies, il est impossible de donner, pour les nouvelles valeurs, une équivalence PL qui puisse être comparée à celle de la méthode simplifiée. Il est proposé de considérer un facteur d'équivalence E qPL avec comme hypothèse sur les vitesses V 100 km/h : VL et PL roulent à la même vitesse, V > 100 km/h : les PL roulent à 100 km/h. Les niveaux d'émission pris ici pour le nouveau guide sont ceux correspondant à un revêtement âgé. Les valeurs E qPL correspondant aux nouvelles valeurs d'émission sont tracées Figures 3.43 (vitesse stabilisée route horizontale), 3.44 (vitesse stabilisée, montée de 6% et descente de 6%) et 3.45 (accélération et décélération sur route horizontale) pour les 3 catégories de revêtements. Les valeurs du GdB80 sont ré-évaluées à partir des abaques de la Figure 1 du GdB80. D'une façon générale le facteur d'équivalence est fonction de la vitesse. Pour les nouvelles valeurs et aux vitesses supérieures à 100 km/h, il diminue lorsque la vitesse augmente : le bruit des VL augmente avec la vitesse alors que les PL continuent à rouler à la vitesse de 100 km/h. Les facteurs d'équivalence sur R1 et R2 sont proches, et supérieurs au facteur d'équivalence sur R3. 80 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Vitesse stabilisée, route horizontale Figure 3.43 - Facteur d'équivalence E qPL . Vitesse stabilisée - route horizontale. Les facteurs d'équivalence sur R1 et R2 sont de l'ordre de 8 entre 60 km/h et 100 km/h. Celui de R3 est de l'ordre de 6 sur la même plage de vitesse. Pour les trois catégories, le facteur d'équivalence croit significativement aux faibles vitesses. Au delà de 65 km/h le facteur d'équivalence du GdB80 est plutôt proche de celui sur R1 et R2. Montée ou descente à vitesse stabilisée Figure 3.44 - Facteur d'équivalence E qPL . Vitesse stabilisée - GAUCHE : montée. DROITE : descente. Entre 60 km/h et 100 km/h à vitesse stabilisée, le facteur d'équivalence sur R1 et R2 est de l'ordre de 10 à 15 en montée, de l'ordre de 9 en descente. Sur R3 où le bruit de roulement est plus important, le facteur d'équivalence est plus faible (6 à 8 environ). Les équivalences données par le GdB80 ont des ordres de grandeur comparables. Commentaires et analyses 81 Accélération ou décélération sur route horizontale Figure 3.45 - Facteur d'équivalence E qPL . Vitesse stabilisée. GAUCHE : en accélération. DROITE : en décélération. En accélération ou décélération sur route horizontale, les PL sont considérés faire environ 7 fois plus de bruit que les VL, sauf aux très hautes vitesses pour les deux cas et aux très basses vitesses pour la décélération. Le GdB80 donne des équivalences comparables, sauf aux faibles vitesses. 3.9.10 ­ Eléments particuliers Les données relatives aux tranchées, tunnels et couvertures n'ont pas été traitées et réactualisées dans ce guide. Les formules données dans le Guide du Bruit (GdB80 ) restent donc inchangées. Pour information, elles sont reproduites en annexe 5. 3.10 - Répartition spectrale 3.10.1 - Origine des valeurs Les valeurs des spectres fournies sont issues des mesures répertoriées dans la base de données « bruit de roulement » et obtenues selon la méthode au passage. A chaque planche de la base est associé un spectre, obtenu à partir des véhicules mesurés31 (au minimum 80). Des spectres moyens VL et PL en bande de tiers d'octave ont été calculés de la manière suivante : · tous les spectres de la base de données ont été ramenés à une valeur globale de 0 dB(A) ; · par technique de revêtement et par type de véhicule (VL et PL), la moyenne arithmétique par tiers d'octave de tous les spectres a été calculée. Cette moyenne a ensuite été ramenée à une valeur globale de 0 dB(A) ; · ces spectres moyens par technique ont été classés en 4 familles distinguant les VL et PL d'une part, revêtements drainants et non drainants d'autre part. En examinant ces spectres moyens obtenus par technique de revêtement, on observe que dans la famille des revêtements non drainants, l'écart type des spectres est de 1 à 2 dB selon les fréquences pour les VL et de 0,5 à 1,5 dB selon les fréquences pour les PL. Pour les revêtements drainants, les données utilisées concernent essentiellement le revêtement BBDr 0/10, la notion d'écart type n'est donc pas appropriée. Ce spectre est obtenu en calculant, sur chaque bande de tiers d'octave, la régression linéaire des niveaux LAmax des véhicules en fonction du logarithme de la vitesse. Il est donné pour une certaine valeur de la vitesse, appelée vitesse de référence [voir norme 31 119]. 82 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 31 L'examen des représentations graphiques a montré que, à l'intérieur de chacune des quatre familles, les spectres sont de forme similaire. Ils ont donc tous étés intégrés dans le calcul des spectres représentatifs de chaque famille, soit : · 150 spectres VL et 80 spectres PL pour les revêtements non drainants, · 30 spectres VL et 20 spectres PL pour les revêtements drainants. Les spectres représentatifs de chaque famille ont été calculés en effectuant la moyenne arithmétique par tiers d'octave des spectres de chaque technique. Cette moyenne a ensuite été ramenée à une valeur globale de 0 dB(A). Remarque : Les revêtements BBTM de type 2 ne peuvent pas être classés dans la même famille de revêtements que les drainants car les formes diffèrent : leurs spectres présentent un pic vers 1000 Hz, qui est absent dans les spectres des drainants. 3.10.2 - Influence de la vitesse Cette approche de détermination de spectres d'émission sonore des véhicules ne tient pas compte de l'influence éventuelle de la vitesse sur la forme du spectre (l'hypothèse retenue est que la vitesse modifie le niveau et non la forme du spectre). Note : les spectres définis ici sont issus de valeurs mesurées au passage à vitesses élevées. On a considéré qu'ils étaient également utilisables dans le domaine de vitesse où le bruit moteur prédomine. En effet, des observations ont montré que les plages de fréquences mises en jeu pour les deux composantes moteur et roulement sont similaires. 3.10.3 - Représentativité des spectres et intérêt de la séparation VL/PL Les spectres « trafic » composés d'un pourcentage forfaitaire de 85% de VL et 15 % de PL ont été comparé à 15 spectres (dont 4 drainants) mesurés par ailleurs en LAeq (à 7,5 m de la voie et 1,2 m de hauteur pendant une période de 45 minutes). Cette comparaison montre que les spectres forfaitaires (revêtements drainants /non drainants) sont bien dans les fuseaux des valeurs mesurées en moyennes et hautes fréquences, mais qu'ils sont systématiquement en dessous dans les fréquences inférieures à 500Hz. Cependant ces écarts ont peu d'influence sur le niveau global. Afin d'évaluer l'intérêt de présenter deux spectres différenciés VL et PL, l'influence du pourcentage PL a été étudiée en comparant les spectres de bruit construits avec des proportions de PL extrêmes (0% et 40%). On observe que les spectres "trafic" recomposés avec une proportion variable de PL sont très similaires, exceptés dans la plage 400-630 Hz (soit la bande d'octave 500 Hz) pour laquelle la largeur de l'enveloppe atteint 5 à 6 dB pour les revêtements non drainants et 2 à 3 dB pour les revêtements drainants. Au vu de ces résultats, la représentation par un spectre d'émission unique combinant les deux types de véhicules a été adoptée pour la prévision du bruit à faible distance de la route, les deux inconvénients mentionnés (faiblesses dans les graves et variabilité selon le pourcentage de PL autour de 500 Hz) ne paraissant pas rédhibitoires du fait du poids relativement faible des fréquences concernées. 3.10.4 - Propagation à grande distance Pour s'assurer que la contribution de ces fréquences au bruit global reste limitée même à grande distance de la route, des spectres de différentes compositions PL ont été propagés à une distance de 100 m et de 200 m à l'aide d'un modèle théorique, avec une configuration de site simple (route au niveau du terrain naturel, sol plan), pour les deux types de conditions météorologiques favorables et homogènes. Les résultats montrent une faible dispersion des atténuations par rapport à 7,50 m, quels que soient les cas envisagés. Cependant, les résultats obtenus avec 15 % de PL se trouvent plus proches des résultats obtenus pour un trafic comprenant 40 % de PL que de ceux avec 0 %. Un trafic comprenant 10 % de PL a donc été retenu comme valeur intermédiaire (les spectres correspondant, par tiers d'octave, sont donnés au chapitre 2.8). Commentaires et analyses 83 3.10.5 - Modifications par rapport aux valeurs antérieures Le spectre de la NMPB 96 [36] est défini en bande d'octaves, il est donc difficile de le comparer directement aux spectres de la présente méthode (donnés en bande de tiers d'octave). A titre d'information, la figure 3.46 compare les deux spectres de la présente méthode (revêtements drainants et revêtements non drainants) avec le spectre fourni par la norme EN 1793- partie 3 [33] (le spectre de la NMPB 96 est directement issu de ce dernier, par sommation des tiers d'octave). Tiers d'octave 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz 0 -5 -10 dB(A) -15 -20 -25 -30 bruit du trafic, revêtements drainants bruit du trafic, revêtements non drainants spectre EN 1793-3 Figure 3.46 - Comparaison spectres définis/spectre de la norme EN 1793- partie 3 Dans les basses et hautes fréquences, les spectres proposés sont inférieurs au spectre de la norme EN 1793 ­ partie 3, alors que celui ci se trouve plutôt entre les spectres drainants et non drainants dans les moyennes fréquences (fréquences prépondérantes). 84 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 4 ­ Bibliographie 4.1 ­ Références bibliographiques [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Décret n° 95-22 du 9 janvier 1995 relatif à la limitation du bruit des aménagements et infrastructures de transports terrestres (JORF du 10/01/1995). Arrêté du 5 mai 1995 relatif au bruit des infrastructures routières (JORF du 10/05/1995). Guide du Bruit des Transports Terrestres - Prévision des niveaux sonores. CETUR, novembre 1980. Directive européenne 2002/49/CE du Parlement européen et du Conseil du 25 juin 2002 relative à l'évaluation et la gestion du bruit dans l'environnement (JOCE du 18 juillet 2002). Ordonnance n° 2004-1199 du 12 novembre 2004 (JORF du 14 novembre 2004). Loi n° 2005-1319 du 26 octobre 2005 portant diverses dispositions d'adaptation au droit communautaire dans le domaine de l'environnement (JORF du 27 octobre 2005). Calcul prévisionnel de bruit routier ­ Profils journaliers de trafic sur routes et autoroutes interurbaines. Note d'information Economie, Environnement, Conception n°77, Sétra, février 2007, 10 p. Structure du trafic sur le réseau routier national ­ Analyse et évolution. Dossier thématique. Sétra, 1999, 30 p.] Saturation acoustique sur autoroutes interurbaines. Rapport d'étude, Sétra, mars 2007 [10] Fonctions temps-débit sur les autoroutes interurbaines ­ Rénovation des relations entre temps de parcours et débit pour la simulation du trafic ­ Rapport technique Sétra, novembre 2001 (retirage de juillet 2004) [11] La sécurité routière en France : bilan de l'année 2005, La documentation Française, extraits consultables en ligne sur http://www2.securiteroutiere.gouv.fr/infos-ref/observatoire/l-observatoire/l-observatoirenational-interministeriel-de-securi.html [12] Bruit dû aux moyens de transports ­ G. Pachiaudi and B. Favre. Note d'information N°15, IRT, 1979. [13] Development of national reference energy mean emission levels for the FHWA Traffic Noise Model ­ G. Gand al. Fleming. Final report, US Department of Transportation ­ Federal Higway Administration, 1995. [14] Vehicle noise emission of tyre/road and motor noise contribution ­ J. Lelong. In Internoise, Fort Lauderdale, Florida, USA, 1999. [15] Bruit des trains routiers ­ Modélisation simplifiée à partir de mesures sur pistes d'essai ­ J.F. Hamet and V. Steimer. Technical Report LTE 2025, INRETS, 2000. [16] Influence des véhicules sur un bruit de trafic interurbain ­ Tests de sensibilité PL/TR ­ J. Lelong. Technical Report MMA 9701, INRETS, 1997. [17] Influence des véhicules sur un bruit de trafic urbain ­ Tests de sensibilité PL/TR ­ J. Lelong. Technical Report MMA 9703, INRETS, 1997. [18] Acoustique ­ Méthode de mesurage de l'influence des revêtements de chaussées sur le bruit émis par la circulation ­ Partie 1 : Méthode statistique au passage. Norme ISO-11819-1, septembre 1997. [19] NF S 31-119 ­ Acoustique : Caractérisation in situ des qualités acoustiques des revêtements de chaussées ­ Mesurages acoustiques au passage, Norme AFNOR, octobre 1993. [20] NF S 31 119-2 ­ Acoustique : Caractérisation in situ des qualités acoustiques des revêtements de chaussée ­ Mesurages acoustiques au passage ­ Procédure "Véhicules Maîtrisés", Norme AFNOR, décembre 2000. [21] Emissions acoustiques des véhicules routiers ­Campagnes de mesures 1997 ­ R. Michelet and J. Lelong, Technical Report MMA 9802b, INRETS, 1998. Bibliographie 85 [22] Emissions acoustiques des véhicules routiers ­Campagnes de mesures 1998 ­ R. Michelet and J. Lelong, Technical Report LTE 9922, INRETS, 1999. [23] Véhicules légers ­ Emission acoustique aux différentes allures urbaines et interurbaines ­ J. Lelong, Technical Report LTE 2024, INRETS, 2000. [24] Etude expérimentale sur les utilisations réelles des véhicules (EUREV) ­ M. and al. André, Technical Report N°48, INRETS, 1987. [25] Bruit des trains routiers ­ Estimation du bruit moteur en conduite régime adapté ­ J.F ; Hamet, Technical Report LTE 0413, INRETS, 2004. [26] Acoustic emission of a passenger car ­ Effect of road gradient ­ J.F. Hamet and J. Lelong, Technical Report SILVIA-INRETS-015-WP5, 2005. [27] Mesure de bruit au passage ­ Méthode VM sur RN et sur piste ­ effet acoustique d'une rampe et de l'accélération sur l'émission sonore d'un VL ­ H. Lefevre, Technical report, LR Clermont-Ferrand, 2004. [28] Mesure de bruit de VL en rampe à faible vitesse ­ Circuit de Charade ­ H. Lefevre, Technical report, LR Clermont-Ferrand, 2004. [29] Bruit des véhicules légers en rampe ­ Analyse des résultats obtenus sur le site de Charade ­ J.F. Hamet and J. Lelong, Technical Report LTE 0437, INRETS, 2004. [30] Bruit des véhicules légers en rampe ­ Analyse des résultats obtenus sur le site d'Orcines la Baraque ­ J.F. Hamet and J. Lelong, Technical Report LTE 0617, INRETS, 2006. [31] Effect of acceleration on vehicle noise emission ­ J. Lelong and R. Michelet, in Forum Acusticum, Berlin, 1999. [32] Six decades of vehicle noise abatement ­ but what happened to the tires ? ­ U. Sandberg, Technical Report 100, VTI, 1984. [33] NF EN 1793-3 (indice de classement : S 31-303), "Dispositifs de réduction du bruit du trafic routier ­ Méthode d'essai pour la détermination de la performance acoustique ­ Partie 3 : Spectre sonore normalisé de la circulation". AFNOR, novembre 1997. [34] Influence de la couche de roulement de la chaussée sur le bruit du trafic routier ­ Note Cftr ­ info n°4, juin 2001. [35] Hamet JF., Besnard F., Lelong J. Nouvelles valeurs d'émission sonore des véhicules routiers. Le tronçon acoustiquement homogène. Rapport INRETS/LTE 0721 Novembre 2007. [36] Bruit des infrastructures routières, Méthode de calcul incluant les effets météorologiques ­ Version expérimentale ­ NMPB-Routes-96, CERTU, CSTB, LCPC, SETRA, Janvier 1997. 4.2 ­ Documents bibliographiques du Sétra Guide du Bruit des Transports Terrestres ­ Prévision des niveaux sonores. CETUR, novembre 1980. Bruit des infrastructures routières ­ Méthode incluant les effets météorologiques ­ version expérimentale ­ NMPB-Routes-96, CERTU, CSTB, LCPC, SETRA, 1997. Bruit et études routières ­ Manuel du chef de projet, Sétra, CERTU, octobre 2001. Calcul prévisionnel de bruit routier ­ Profils journaliers de trafic sur routes et autoroutes interurbaines. Note d'information Economie, Environnement, Conception n°78, Sétra, février 2007, 10 p. Guide méthodologique ­ Prévision du bruit routier ­ 2- Méthode de calcul de propagation du bruit incluant les effets météorologiques (NMPB 2008), Sétra 2009. 86 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes Annexes 87 Annexe 1 ­ Notations et symboles dB(A) le décibel (A), unité dans laquelle est exprimée le niveau sonore, ou niveau de pression, représentatif de l'énergie transmise. Pour tenir compte de la sensation effective de l'oreille humaine, on utilise des courbes de pondération. Pour le bruit routier, ainsi que pour la plupart des bruits dans l'environnement, on utilise la courbe de pondération A véhicules légers, véhicules dont le PTAC est inférieur à 3,5 tonnes poids lourds, véhicules dont le PTAC est égal ou supérieur à 3,5 tonnes niveau sonore défini par la relation suivante VL PL L L = 10 log p p0 LAeq(T) p2 2 p0 moyenne de la pression quadratique ou déclivité du terrain pression de référence, égale au seuil d'audibilité absolue : 2.10-5 Pa niveau de bruit équivalent, exprimé en décibels A, représentant le niveau de bruit constant qui aurait été produit avec la même énergie que le bruit existant réellement pendant la période T considérée. Il exprime donc la moyenne de l'énergie reçue, la pondération A rendant compte de la sensibilité de l'oreille en fonction de la fréquence à partir d'une courbe de pondération normalisée. La formule de calcul du LAeq est la suivante : 1 p2 (t) L Aeq ( T) = 10.log . dt 2 T T p0 T V Vréf Vmin Vmax période considérée vitesse des véhicules vitesse de référence (90 km/h pour les VL et 80 km/h pour les PL) vitesse minimale vitesse maximale puissance acoustique puissance acoustique de référence de valeur W0 = 1 pW niveau sonore maximum observé pendant une période donnée selon les procédures de mesure W W0 LAmax "au passage" LW LW/m LW/m (j) puissance d'émission sonore de formule LW = 10 log puissance d'émission par mètre de voie W W0 puissance d'émission sonore par mètre de ligne source et par bande de tiers d'octave 88 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier LW / m / véh puissance d'émission par mètre de voie de la catégorie de véhicules pour un débit unitaire (1 véh/h). Elle peut être notée également LW/m (1 véh/h). Pour les VL (respectivement PL), on a donc LW / m / VL (respectivement LW / m / PL ). Elle se décompose en deux termes Lr_W/m et Lm_W/m selon la formule suivante : LW/m/véh = Lr_W/m Lm_W/m est la composante de LW/m/véh supposée émise par le contact pneumatique-chaussée, dite aussi "composante roulement". Elle peut être notée également Lroulement est la composante de LW/m/véh supposée émise par l'ensemble des sources mécaniques des véhicules, dite aussi "composante moteur". Elle peut être notée également Lmoteur L1 L2 10 10 représente l'addition énergétique : L1 L2 = 10. log 10 + 10 Lr_W/m Lm_W/m Lr_W/m Lm_W/m Ri TMJA %PL %PL jour %PL nuit %TV jour %TV nuit erreur commise sur le niveau d'émission de la composante "roulement" erreur commise sur le niveau d'émission de la composante "moteur" rapport de boîte trafic moyen journalier annuel pourcentage de poids lourds. C'est la part des PL dans le trafic total pourcentages de poids lourds sur la période de jour pourcentages de poids lourds sur la période de nuit pourcentages du débit tous véhicules sur la période de jour pourcentages du débit tous véhicules sur la période de nuit débit moyen horaire de la catégorie de véhicules débit moyen horaire pour les VL débit moyen horaire pour les PL débit moyen horaire tous les véhicules VL et PL débit moyen horaire par VL pour la période de jour débit moyen horaire par VL pour la période de nuit débit moyen horaire par PL pour la période de jour débit moyen horaire par PL pour la période de nuit débit équivalent de l'emission sonore maximale du flot. Pour une proportion de poids lourds donnée, c'est la valeur du débit tous véhicules qui donnerait, pour la même valeur de %PL et pour les vitesses à vide VL et PL, la puissance d'émission sonore maximale correspondant à la situation de saturation acoustique. Qvéh QVL QPL QTV QVL,jour QVL,nuit QVL,jour QPL,nuit QTV_eq Annexes 89 Qhps %HPS Cvp K j R(j) R1 débit tous véhicules à l'heure de pointe du soir pourcentage du débit tous véhicules à l'heure de pointe du soir par rapport au TMJA équivalence trafic entre VL/PL concentration en véhicules indice de la bande de tiers d'octave répartition spectrale de la puissance d'émission catégorie de revêtements R1 regroupant les techniques de revêtements suivantes : BBTM 0/6 types 1 et 2 BBUM 0/6 BBDr 0/10 BBTM 0/10 type 2 catégorie de revêtements R2 regroupant les techniques de revêtements suivantes : BBTM 0/10 type 1 BBSG 0/10 ECF BBUM 0/10 catégorie de revêtements R3 regroupant les techniques de revêtements suivantes : BC BBTM 0/14 BBSG 0/14 ES 6/10 ES 10/14 Béton Bitumineux Très Mince Béton Bitumineux Ultra Mince Béton Bitumineux Drainant Béton Bitumineux Semi-Grenu Enrobé Coulé à Froid Béton de Ciment Enduit Superficiel âge du revêtement dans le correctif pour le calcul de la composante roulement correctif pour le calcul de la composante moteur des PL émission sonore d'un véhicule définie, par convention, par la relation : R2 R3 BBTM BBUM BBDr BBSG ECF BC ES a L E E = LW - 10 log V - 50 dB( A) Elle est égale numériquement au Leq ,1H provoqué par un véhicule de puissance acoustique LW , circulant à la vitesse V km/h sur une voie rectiligne distante de 50 m du point de mesure, sur site dégagé (pas d'écran ni de bâtiment à proximité), et avec sol réfléchissant 90 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier E qPL GdB80 facteur d'équivalence acoustique entre PL et VL référence au "Guide du Bruit des Transports Terrestres - Prévision des niveaux sonores" CETUR, novembre 1980 Annexes 91 Annexe 2 ­ Formulaire Deux types de niveaux de pression sonore sont utilisés en bruit des transports : · le niveau équivalent adapté à la caractérisation d'un bruit relativement stable ou à évolution lente comme le bruit d'un trafic fluide, · le niveau maximal, adapté à la caractérisation d'un événement comme le bruit au passage d'un véhicule. Les niveaux sonores sont fonction de la puissance acoustique des sources, de leur vitesse, de la distance source/observation. On utilise en bruit des transports des expressions simplifiées. L'objet de ce formulaire est de donner les relations entre les différentes quantités. Le niveau de pression sonore Le niveau de pression sonore s'exprime en décibels. Il est défini par une relation de la forme 2 2 L = 10 log pm /po (1) 2 où pm est une moyenne de la pression quadratique et po une pression de référence. Systématiquement la pression acoustique est prise avec la pondération fréquentielle A. On parle donc de niveau pondéré A. Niveau de pression sonore équivalent Le niveau de pression sonore équivalent caractérise un bruit sur une durée T donnée. Il utilise pour pm la moyenne de la pression quadratique. Il peut dépendre du moment considéré. Noté LAeq ,T (t ) il est donné par la relation : LAeq ,T (t ) = 10 log 2 pT 2 po 2 pT = 1 2 T pA ( ) d T t- t (2) L'évolution du bruit du trafic peut être par exemple caractérisée par l'évolution du niveau équivalent pris sur une heure LAeq ,1H . Niveau de pression sonore FAST Le bruit d'un véhicule en mouvement est caractérisé par l'évolution de son niveau de pression sonore au passage. La moyenne considérée pour la pression quadratique est une moyenne pondérée dite FAST. Le niveau de pression sonore est dénommé niveau de pression sonore FAST. Noté LA, FAST il est donné par la relation LA, FAST (t ) = 10 log 2 pFAST 2 po 2 pFAST = e - t - - 0t,125 2 p A ( ) d (3) 2 où t et sont exprimés en secondes. La contribution de p A ( ) au niveau FAST est d'autant plus faible que t - est important i.e. que l'instant d'occurrence est éloigné de l'instant d'observation t . Niveau de pression sonore d'un véhicule L'émission acoustique d'un véhicule est représentée par l'émission d'un ensemble de sources ponctuelles, le plus souvent omnidirectionnelles. Le niveau de pression sonore provoqué par l'ensemble des sources est pris égal à la somme énergétique des niveaux sonores provoqués chacun par une source32. La relation de base utilisée en bruit des transports pour évaluer les niveaux de pression sonore est celle donnant la pression quadratique provoquée par une source ponctuelle en champ libre33 32 33 On dit que les sources sont non corrélées Il n'y a pas d'écran entre la source et le point d'observation, ni d'élément réflecteur dans le voisinage. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 92 2 pm (t ) = o co Wm (t ) 4 r 2 (t ) (4) Wm est la puissance acoustique efficace de la source34, r est la distance à la source, o est la masse volumique de l'air et co la célérité des ondes acoustiques dans l'air. Le facteur temps permet de prendre en compte le déplacement de la source et la variation éventuelle de la puissance rayonnée (ralentissement ou accélération du véhicule par exemple). L'effet Doppler dû au mouvement de la source est négligé dans cette expression simplifiée. Niveau de puissance sonore Le niveau de puissance sonore LW est défini par la relation LW = 10 log W Wo (5) où Wo est la puissance de référence. Relation entre grandeurs de référence 2 po = o co Wo ro2 (6) quantité valeur unité Pa Watt Ns/m 4 m po Wo 2.10-5 10-12 400 1 o co ro 34 Puissance moyenne prise sur un temps court Annexes 93 Niveau de pression sonore au passage Géométrie Notations p 2 (r ) L p (r ) 10 log 2 po 2 p A,max 2 po (7) LA,max 10 log (8) 2 p A,max est le maximum de la pression quadratique FAST, relevé (en l'absence d'écran) à la distance normalisée d n = 7.52 + 1.22 (distance horizontale de 7.5 m par rapport à l'axe de passage et hauteur de 1.2 m par rapport au sol). Formules L p (r ) = LW - 20 log LA,max Approximations à 0.01 dB r - 10 log(2 ) ro d = LW - 20 log n - 10 log 2 ro r - 7,98 r0 = LW - 25.59 (9) (10) L p (r ) LW - 20 log LA,max (11) (12) 94 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Niveau de pression sonore équivalent Notation LeqT Formules 2 pT = 10 log 2 po (13) LeqT (d ) = LW - 10 log vTd + 10 log LeqT (d ) = LA, max - 10 log - 10 log 2 (14) (15) (16) vTd + 10 log d n2 vT + 10 log LeqT (d n ) = LA,max - 10 log dn L'angle est introduit pour prendre en compte un effet d'écran éventuel (cf. illustration).. Niveaux équivalents sur 1 heure, approximations numériques · · V indique une vitesse exprimée en km/h, d indique une distance en mètres Pour simplifier l'écriture, les grandeurs unitaires seront souvent omises dans les formules (on écrira par exemple log Vd au lieu de log(Vd /Vo d o ) ) Leq1H à la distance d - 33.01 Leq1H (d ) = LA, max - 10 log Vd + 10 log - 7.41 Leq1H (d ) = LW - 10 log Vd + 10 log (17) (18) Leq1H à la distance dn - 41.81 Leq1H (d n ) = LA,max - 10 log V + 10 log - 16.21 Leq1H (d n ) = LW - 10 log V + 10 log (19) (20) Annexes 95 Bruit créé par un tronçon Les nouvelles valeurs d'émission sont exprimées en puissance acoustique par mètre de voie. Ce chapitre donne les formules élémentaires concernant le bruit créé par un tronçon de voie et établit la correspondance entre le niveau de puissance unitaire par mètre de voie LW /m/veh et le niveau maximum au passage LA,max . Puissance sonore par mètre de voie Un débit q veh/s de véhicules du même type, circulant sur une voie à la vitesse v m/s correspond à une densité de voie q /v véhicules/mètre. Si W est la puissance acoustique moyenne des véhicules, la puissance W/m par unité de longueur de voie est : W/m = W q watt /m v (21) Pour un débit Q veh/h et une vitesse V km/h ceci donne W/m = W Q 1000 V watt /m (22) Le niveau de puissance sonore par unité de longueur de voie, noté LW /m , est donné par la relation : LW /m 10 log W/m Q V = LW + 10 log - 10 log - 30 Wo × 1m 1veh/h 1km/h (23) Le niveau de puissance unitaire35 noté LW /m/veh est alors36 LW /m/veh = LW - 10 log V - 30 (24) La correspondance entre LW /m/veh et le LA,max du véhicule est établie en utilisant les équations 10 et 24. On obtient : LW /m/veh = LA, max - 10 log V - 30 + 10 log 2 d n2 Soit à 0.01 dB près : (25) LW / m / veh L A,max - 10 log V - 4,4 Niveau de pression sonore créé par un tronçon (26) 35 36 i.e. correspondant à un débit de 1 véhicule/heure On simplifie ici encore les formules en n'introduisant pas les grandeurs unitaires. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 96 Si la puissance acoustique est constante sur une longueur L de tronçon, la pression quadratique créée par cet élément de longueur est [35] : 2 pL = o co 1 W/m d 2 (27) le niveau de pression sonore associé est LeqL = LW/m + 10 log - 10 log d 2 (28) Bruit à très grande distance A très grande distance ( ( L / d << 1) , et sans qu'il soit nécessaire que la puissance acoustique soit constante, on peut écrire 2 pL = o co W ×L 2 r 2 /m (29) et LeqL = LW /m + 10 log L - 20 log r (30) où W /m est la moyenne de W/m sur la longueur L et r est la distance du milieu du tronçon au point d'observation. Annexes 97 Annexe 3 - Note d'information relative au calcul prévisionnel de bruit routier 98 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 99 100 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 101 102 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 103 104 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 105 106 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 107 Annexe 4 ­ Valeurs d'émission sonore des véhicules Formules en LAmax Principe général LAmax (7,50 m) = Lroulement Lmoteur Lroulement est fonction de la vitesse (V) et de la catégorie de revêtement (R1, R2 ou R3) Lmoteur est fonction de la déclivité (p), de l'allure (stabilisée, accélération, décélération) et de la vitesse (V) Domaine de validité visé en vitesse : Vmin = 20 km/h en allure stabilisée 5 km/h en accélération et décélération Vmax = 130 km/h VL 100 km/h PL Remarque : les formules en accélération et décélération ont été produites à partir de 5 km/h. Toutefois il a été décidé ultérieurement de produire des puissances d'émission spécifiques pour les tronçons de démarrage et d'arrêt, et de ne publier les formules en fonction de V que pour V > 25 km/h. Formules Lroulement Revêtements jeunes (0 à 2 ans) catégorie de revêtements R1 R2 R3 VL 73,3 + 31 log(V/90) 77,3 + 30,1 log(V/90) 79,8 + 31,4 log(V/90) V en km/h PL 82,5 + 30 log(V/80) 85,6 + 30 log(V/80) 86,6 + 30 log(V/80) Sources VL : [h] ; sources PL : [b, m] Pour les PL, les valeurs à 80 km/h proviennent de [b], la pente est imposée égale à 30 [m] comme décrit dans le chapitre 3.5 "Démarche de production des composantes roulement". Effet du vieillissement de 2 à 10 ans [k] · R1 : VL + 4 dB(A) PL + 2,4 dB(A) · R2 : VL + 2 dB(A) PL + 1,2 dB(A) · R3 : VL + 1,6 dB(A) PL + 1 dB(A) Formules Lmoteur VL allure stabilisée, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 20 à 30 60,6 30 à 110 66,3 + 12,0 log(V/90) 110 à 130 64,6 + 31,3 log(V/90) sources : route horizontale : [a, h] ; montée et descente : [i] VL en accélération, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 20 85,7 + 24,1 log(V/90) 20 à 100 70 source : [h] 100 à 130 68,2 + 38,6 log(V/90) 108 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier VL en décélération, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 10 55,5 10 à 25 25 à 80 73,3 + 18,7 log(V/90) 66 + 5,5 log(V/90) source : [h] 80 à 110 66,3 + 12 log(V/90) 110 à 130 64,6 + 31,3 log(V/90) VL combinaisons allure * déclivité Principe général : montée 2% p 6% max(accélération*route horizontale ; allure stabilisée*montée) = décélération*route horizontale source : [g] modifié par [j] descente 2% p 6% = accélération*route horizontale max(décélération*route horizontale ; allure stabilisée*descente) accélération décélération Ce qui donne avec les formules précédentes : montée 2% p 6% = accélération*route horizontale = décélération*route horizontale descente 2% p 6% = accélération*route horizontale = décélération*route horizontale accélération décélération En définitive la déclivité n'intervient donc pas pour les VL. PL toutes allures, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 70 73 + L 70 à 100 73,8 + 13 log(V/80) + L L est un correctif indépendant de la vitesse, fonction de l'allure et de la déclivité. L allure stabilisée accélération décélération 0% p 2% 0 dB(A) 5 dB(A) 0 dB(A) déclivité montée 2% p 6% 2.(p ­ 2) max[2.(p ­ 2) ; 5] 0 dB(A) p en % (valeur absolue) descente 2% p 6% 1.(p ­ 2) 5 dB(A) 1.(p ­ 2) sources des formules : · pour les "combinaisons simples" dans le domaine 20-70 km/h : 0% p 2% [b] [d] [e] déclivité montée 2% p 6% [c] ----descente 2% p 6% [c] ----- allure stabilisée accélération décélération · pour les "combinaisons simples" dans les domaines 5-20 et 70-100 km/h : [f] pour allure stabilisée * route horizontale sur 70-100 km/h, [g] pour les autres ; Annexes 109 · pour les combinaisons allure * déclivité : [g] modifié par [j] (modification sans conséquence pour les PL). Formules en LW/m (1véh/h) Relation entre LW/m(1 véh/h) et LAmax Rappel : LAmax (7,50 m) = LW ­ 25,6 (cf. formulaire INRETS) où LW est le niveau de puissance d'un véhicule. Pour un débit unitaire de 1 véh/h, la densité de véhicules par mètre de voie est 1/(1000.V), avec V en km/h. La puissance par mètre de voie pour 1 véh/h est donc LW/m(1 véh/h) = LW ­ 10.log(V) ­ 30 soit LW/m(1 véh/h) = LAmax (7,50 m) ­ 10.log(V) ­ 4,4 Transcription des formules produites en LAmax On note LW/m(1 véh/h) = A + B.log(V/Vréf) Si la formule de LAmax est de la forme LAmax = a + b. log(V/Vréf), alors A = a ­ 10.log(Vréf) ­ 4,4 B = b ­ 10 Si la formule de LAmax est de la forme LAmax = a + b. log(V), alors A = a + (b ­ 10).log(Vréf) ­ 4,4 B = b ­ 10 Composante roulement Revêtements jeunes (0 à 2 ans) catégorie de revêtements R1 R2 R3 VL 49,4 + 21 log(V/90) 53,4 + 20,1 log(V/90) 55,9 + 21,4 log(V/90) V en km/h PL 59,1 + 20 log(V/80) 62,1 + 20 log(V/80) 63,1 + 20 log(V/80) Revêtements âgés (10 ans ou plus) On ajoute aux valeurs précédentes l'effet du vieillissement, ce qui donne : catégorie de revêtements R1 R2 R3 VL 53,4 + 21 log(V/90) 55,4 + 20,1 log(V/90) 57,5 + 21,4 log(V/90) V en km/h PL 61,5 + 20 log(V/80) 63,3 + 20 log(V/80) 64,1 + 20 log(V/80) Correctif selon l'âge A appliquer à la valeur à 10 ans : VL Age du revêtement (a) Catégorie de revêtements 110 PL 2 à 10 ans 0,5.(a-10) 0,25.(a-10) 2 ans -2,4 -1,2 2 à 10 ans 0,3.(a-10) 0,15.(a-10) R1 R2 2 ans -4 -2 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier R3 -1,6 0,2.(a-10) -1 0,12.(a-10) Composante moteur Remarque : les formules en accélération et décélération ne seront publiées que pour V > 25 km/h. Pour les vitesses inférieures, voir les puissances d'émission spécifiques pour les tronçons de démarrage et d'arrêt. VL allure stabilisée, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 20 à 30 36,7 ­ 10 log(V/90) 30 à 110 42,4 + 2,0 log(V/90) 110 à 130 40,7 + 21,3 log(V/90) VL en accélération, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 20 61,8 + 14,1 log(V/90) 20 à 100 46,1 ­ 10 log(V/90) 100 à 130 44,3 + 28,6 log(V/90) VL en décélération, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 10 31,6 ­ 10 log (V/90) 10 à 25 49,4 + 8,7 log(V/90) 25 à 80 42,1 - 4,5 log(V/90) 80 à 110 42,4 + 2 log(V/90) 110 à 130 40,7 + 21,3 log(V/90) PL toutes allures, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 70 49,6 - 10 log(V/80) + L 70 à 100 50,4 + 3 log(V/80) + L L est un correctif indépendant de la vitesse, fonction de l'allure et de la déclivité. L allure stabilisée accélération décélération 0% p 2% 0 dB(A) 5 dB(A) 0 dB(A) déclivité montée 2% p 6% 2.(p ­ 2) 5 + max[2.(p-4,5) ; 0] 0 dB(A) p en % (valeur absolue) descente 2% p 6% 1.(p ­ 2) 5 dB(A) 1.(p ­ 2) Remarque : pour le cas accélération en montée, l'écriture 5 + max[2.(p ­ 4,5) ; 0] est préférée à max[2.(p-2) ; 5] pour une meilleure cohérence d'affichage avec le tronçon de démarrage (voir plus loin). Annexes 111 Tronçons de démarrage et d'arrêt Ces valeurs s'appliquent sur les 20 premiers mètres en aval ou sur les 20 derniers mètres en amont d'un point d'arrêt. On ne décompose pas en composantes moteur et roulement, les valeurs ci-dessous sont directement exprimées en LW/m(1 véh/h) et ne dépendent pas du revêtement (influence négligeable aux faibles vitesses). Résultats de J.F. Hamet [l] Valables uniquement sur route horizontale : VL V en extrémité, km/h 23,5 22,5 LW/m(1 véh/h), dB(A) 51,1 44,5 V en extrémité, km/h 25 25 PL LW/m(1 véh/h), dB(A) 62,4 58,0 démarrage arrêt Proposition F. Besnard : fixer pour tous les cas une vitesse en extrémité de 25 km/h. Effet de la déclivité Pour les VL, pas d'effet de la déclivité sur la composante moteur (cf. plus haut), donc pas d'effet ici non plus. Pour les PL, la déclivité a un effet sur la composante moteur. Si on considère que la composante roulement est négligeable sur ces tronçons, on peut directement appliquer le correctif L vu plus haut, ce qui donne : - démarrage en montée : LW/m(1 véh/h) = 62,4 + max[2.(p ­ 2) ; 5] ­ 5 = 62,4 + max[2.p-9 ; 0] - démarrage en descente : idem route horizontale ; - arrêt en montée : idem route horizontale ; - arrêt en descente : LW/m(1 véh/h) = 58,0 + (p-2) Synthèse : VL toutes déclivités tronçon de démarrage tronçon d'arrêt p en % (valeur absolue) Les valeurs du tableau ci-dessus ont été établies sans tenir compte de l'effet du vieillissement. En tenant compte de l'effet du vieillissement, les valeurs sont alors les suivantes : VL toutes déclivités tronçon de démarrage route horizontale 0% p 2% 62,4 58,0 51,1 44,5 PL montée 2% p 6% 62,4 + max[2.(p-4,5) ; 0] 58,0 descente 2% p 6% 62,4 58,0 + (p-2) route horizontale 0% p 2% 62,5 58,3 51,3 45,1 tronçon d'arrêt PL montée 2% p 6% 62,5 + max[2.(p-4,5) ; 0] 58,3 descente 2% p 6% 62,5 58,3 + (p-2) 112 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Transcription des formules du guide du bruit E = LW ­ 10 log(V) - 50 LAmax (7,50 m) = LW ­ 25,6 LW/m(1 véh/h) = LW ­ 10.log(V) ­ 30 donc donc LAmax (7,50 m) = E + 10 log(V) + 24,4 LW/m(1 véh/h) = E + 20 Sources des formules [a] Mail J. Lelong 19/11/2004 [b] Rapport V. Steimer ­ "Abaques d'émission sonore : Synthèse des mesures en rampe et sur piste", avril 2001. [c] Rapport S. Doisy - "Abaques d'émission sonore ­ Complément TR en rampe et en descente", juin 2002. [d] Décision réunion novembre 2003 + Rapport S. Doisy "Mesures TR accélération/décélération", septembre 2004 [e] Décision réunion septembre 2004 + Rapport S. Doisy "Mesures TR accélération/décélération", septembre 2004 [f] Décision réunion mai 2004 (Transcrite en formule par F. Besnard) [g] Décision réunion novembre 2004 [h] Note "Réactualisation des abaques du Guide du Bruit", J. Lelong, 22 mars 2005. [i] Décision réunion décembre 2005. [j] Décision réunion janvier 2006. [k] Décision réunion 30 novembre 2006. [l] Rapport J.F. Hamet ­ "Le tronçon acoustiquement homogène", chap. 5 (finalisation en cours en janvier 2007). [m] Décision réunion 19 janvier 2007. Annexes 113 Résultats graphiques Les graphes donnés dans ce chapitre représentent les évolutions des niveaux sonores en fonction de la vitesse du nouveau guide de calcul des émissions sonores dues au trafic routier. Chaque graphe concerne une catégorie de véhicules (VL ou PL) et une tranche d'âge des revêtements (âgés d'au maximum 2 ans ou âgés d'au moins 10 ans). Les valeurs d'émission obtenues pour les VL ne dépendent que de l'allure, pas de la déclivité. On représente donc sur chaque graphe, pour les VL sur revêtements jeunes (âgés d'au maximum 2 ans), puis âgés d'au moins 10 ans, les évolutions des niveaux sonores pour toutes les déclivités (cf. figures A). Les valeurs d'émission obtenues pour les PL dépendent de l'allure et de la déclivité. On représente pour les PL sur revêtement jeunes, âgés d'au maximum 2 ans, puis âgés d'au moins 10 ans : - les évolutions des niveaux sonores pour l'allure stabilisée et toutes les déclivités (cf. figures B), - les évolutions des niveaux sonores, pour l'allure accélérée et toutes les déclivités (cf. figures C), - les évolutions des niveaux sonores pour l'allure décélérée et toutes les déclivités (cf. figures D). Le premier ensemble de graphes porte sur les niveaux exprimés en LAmax, le deuxième porte sur ceux exprimés en LW/m/veh. Légende des graphes Des indications supplémentaires sont données sur les graphes pour faciliter l'identification des familles de courbes : a, s ou d pour allure accélérée, stabilisée ou décélérée ; +6%, 0%, ou -6% pour montée 6%, route horizontale, ou descente 6%. 114 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Graphes LAmax ­ VL (Figures A) LA max (log(V)) LA max (log(V)) Annexes 115 Graphes LAmax - PL, allure stabilisée (Figures B) LA max (log(V)) LA max (log(V)) 116 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Graphes LAmax - PL, accélération (Figures C) LA max (log(V)) LA max (log(V)) Annexes 117 Graphes LAmax - PL, décélération (Figures D) LA max (log(V)) LA max (log(V)) 118 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Graphes LW/m/veh ­ VL (Figures A) LW/m/veh (log(V)) LW/m/veh (log(V)) Annexes 119 Graphes LW/m/veh - PL, allure stabilisée (Figures B) LW/m/veh (log(V)) LW/m/veh (log(V)) 120 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Graphes LW/m/veh - PL, accélération (Figures C) LW/m/veh (log(V)) LW/m/veh (log(V)) Annexes 121 Graphes LW/m/veh - PL, décélération (Figures D) LW/m/veh (log(V)) LW/m/veh (log(V)) 122 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Page laissée blanche intentionnellement Le précédent guide de prévision de l'émission du bruit émis par le trafic routier remonte à 1980. Le parc automobile, les revêtements routiers, les méthodes d'évaluation des émissions sonores ont évolué. Il devenait donc indispensable de produire un nouveau guide de calcul des émissions. C'est l'objet de ce document. Le calcul des niveaux sonores ainsi obtenu est nécessaire pour ensuite prévoir les niveaux sonores à grande distance en tenant compte des effets de sol et de météorologie sur la propagation. C'est l'objet d'un autre guide ayant pour titre « prévision du bruit routier - NMPB 2008 ­ Méthode de calcul de propagation du bruit incluant les effets météorologiques ». On obtient ainsi les outils utiles destinés principalement aux études d'impact de projets routiers, à la vérification du respect de la réglementation ou d'un objectif acoustique fixé par le maître d'ouvrage, et au dimensionnement des protections acoustiques. Après avoir rappelé quelques définitions spécifiques à l'acoustique (définition des grandeurs physiques, de grandeurs caractéristiques du trafic, présentation des hypothèses de travail ...), le guide étudie les deux composantes du bruit émis. L'émission est en effet décomposée en deux composantes : une composante due au bruit dit «de roulement», due au contact pneumatique-chaussée, et une composante « moteur ». Le guide innove en prenant en compte la catégorie du revêtement et son âge dans le calcul du bruit de « roulement ». La première partie du guide décrit la méthode (démarche et formules). La deuxième partie présente les enjeux associés, les fondements des formules ou des valeurs utilisées, leurs limites, ainsi qu'une comparaison entre les deux guides (celui de 1980 et celui de 2008). Service d'études sur les transports, les routes et leurs aménagements 46 avenue Aristide Briand BP 100 - 92225 Bagneux Cedex - France tél : 33 (0)1 46 11 31 31 fax : 33 (0)1 46 11 31 69 Document disponible au bureau de vente du Sétra 46 avenue Aristide Briand - BP 100 - 92225 Bagneux Cedex - France téléphone : 33 (0)1 46 11 31 53 - télécopie : 33 (0)1 46 11 33 55 Référence : 0924-1- Prix de vente : 19 Couverture - crédit photos : Cete de Lyon/Lebert ; Cete de l'Est/Dutilleux ; DREIF/Gorby Conception graphique de la couverture : Philippe Masingarbe (Sétra) Impression : Caractère - 2, rue Monge - BP 224 - 15002 Aurillac Cedex L'autorisation du Sétra est indispensable pour la reproduction, même partielle, de ce document © 2009 Sétra - Dépôt légal : 2ème trimestre 2009 - ISBN : 978-2-11-095825-9 Ce document participe à la protection de l'environnement. Il est imprimé avec des encres à base végétale sur du papier écolabélisé PEFC. CTBA/06-00743 PEFC/10-31-945 Le Sétra appartient au Réseau Scientifique et Technique du Meeddat www.setra.developpement-durable.gouv.fr  INVALIDE) (ATTENTION: OPTION ocès-verbal d'essai des mesures au passage fournit la relation entre le LAmax à 7,50 m (pour la température de référence de 20 °C) et la vitesse, sur une plage de vitesse centrée sur la vitesse moyenne Vmoy des passages de véhicules exploités. La démarche consiste à calculer la composante roulement correspondante à la vitesse Vmoy. La formule générale de la composante roulement est ensuite produite en appliquant à cette valeur une variation forfaitaire en log(V). Le détail de ces étapes est le suivant : 1) La valeur LAmax pour cette vitesse moyenne Vmoy est extraite du PV de mesures ou recalculée à partir de la relation fournie dans le PV. 46 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 2) Le niveau de puissance d'émission sonore par mètre de ligne source pour un débit unitaire LW/m(Vmoy) est calculé par : LW/m(Vmoy) = LAmax(Vmoy) - 10.log(Vmoy) - 4,4 (29) où Vmoy est en km/h. Ce niveau doit être supérieur d'au moins 5 dB(A) à la composante moteur Lm_W/m(Vmoy) de la catégorie de véhicules à la vitesse Vmoy, définie au chapitre 2.7. Cette condition permet de limiter l'erreur commise à l'étape suivante sur l'estimation de la composante roulement par soustraction. Si cette condition n'est pas vérifiée, la démarche ne peut être poursuivie et la modélisation doit se fonder sur les formules publiées dans le présent ouvrage. 3) La composante roulement à Vmoy est déduite par : Lr_W/m(Vmoy) = 10.log[10LW/m(Vmoy)/10 - 10Lm_W/m(Vmoy)/10] (30) où Lm_W/m(Vmoy) est la composante moteur de la catégorie de véhicules à la vitesse Vmoy en conditions d'allure stabilisée sur route horizontale. 4) La formule générale de la composante roulement pour le site étudié est alors obtenue par : Lr_W/m(V) = a + b.log(V/Vref) Avec a = Lr_W/m(Vmoy) ­20log(Vmoy/Vref) et b = 20 (31) (32) 3.5.7.3 - Démarche alternative si les mesures sont indisponibles pour les PL Si les mesures au passage ne sont disponibles que pour les VL (ou si le nombre de PL mesurés est inférieur au minimum requis par la norme), la composante roulement pour les PL peut être estimée à partir de la composante roulement des VL selon la démarche suivante. 1) La composante roulement des VL est déterminée conformément à la démarche décrite plus haut. 2) Le niveau de puissance LW/m pour les PL à la vitesse de référence de 80 km/h est estimé à partir du niveau LW/m pour les VL à 90 km/h par : LW/m(PL, 80 km/h) = 0,6 LW/m(VL, 90 km/h) + 29,1 (33) Cette formule résulte d'une analyse statistique sur plus de 200 planches8 [réf. : Exploitation de la base de données « Bruit de roulement » : Relation niveau LAmax TR / niveau LAmax VL, S. Doisy (LRPC Strasbourg), mai 2005]. Ce niveau doit être supérieur d'au moins 5 dB(A) à la composante moteur Lm_W/m(80km/h) des PL à la vitesse de 80km/h, définie au chapitre 2.7. Cette condition permet de limiter l'erreur commise à l'étape suivante sur l'estimation de la composante roulement par soustraction. 3) La composante roulement des PL à 80 km/h est déduite par : Lr_W/m(PL, 80 km/h) = 10.log[10LW/m(PL, 80 km/h)/10 - 10Lm_W/m(PL, 80 km/h)/10] (34) où Lm_W/m(PL, 80 km/h) est la composante moteur des PL à 80 km/h en conditions d'allure stabilisée sur route horizontale. 4) La formule générale de la composante roulement pour le site étudié est alors obtenue par : Lr_W/m(PL, V) = a + b.log(V/80) Où a = Lr_W/m(PL, 80 km/h) et b = 20 (35) (36) 3.5.7.4 - Vérification de la pertinence de l'utilisation d'autres valeurs de la composante roulement Une étude a été réalisée, sur un échantillon d'environ 200 sites, afin de comparer le bruit de trafic obtenu : a) en sommant les composantes moteur et roulement définies dans les abaques d'émission 8 L'analyse a été faite en LAmax et est transcrite ici en LW/m. Commentaires et analyses 47 b) à partir des LAmax(VL, 90 km/h) et LAmax(PL, 80 km/h) réels du site mesurés au passage, c) à partir du LAmax(VL, 90 km/h) réel du site, et du LAmax(PL, 80 km/h) estimé à partir de la valeur VL selon la démarche utilisée au chapitre précédent. Sur chaque site, la puissance d'émission sonore par mètre de ligne source pour un débit unitaire (c'est à dire 1 véhicule par heure) LW/m, a été calculée, pour différentes hypothèses de pourcentage PL (de 0 à 50%), selon chacune des trois approches. Les résultats confirment que, quelque soit la catégorie de revêtement, les abaques peuvent s'écarter assez fortement des mesures (écart type de 1 à 2,5dB(A)), et qu'il est donc préférable d'utiliser des valeurs mesurées au passage si les conditions énoncées plus haut sont réunies. Concernant l'évaluation des niveaux PL à partir des niveaux VL, on remarque que les écarts de puissance d'émission sonore par rapport à la valeur réelle sont faibles (la plupart sont inférieurs à 1dB), surtout pour des pourcentages de PL peu élevés (rappelons qu'une telle approximation se ferait, dans la plupart des cas, lorsque peu de PL circulent sur la voie puisqu'il est alors difficile de les mesurer). Lorsqu'elle est possible, l'utilisation d'une telle estimation parait donc judicieuse, et préférable aux abaques. 3.6 - Démarche de production des composantes moteur VL La composante moteur VL proposée, notée Lmoteur , est supposée émise par l'ensemble des sources mécaniques d'un véhicule "moyen" représentatif des VL du trafic. Elle est fonction du régime et du couple moteur. Ceci est traduit ici par un Lmoteur fonction de la vitesse, de la déclivité et de l'accélération. Les évaluations ont été d'abord effectuées en LA max au passage. Elles ont été ensuite traduites en LW /m/VL . Les formules sont exprimées ici en LA max . Elles sont données sous forme de segments de droites du type a + b log(V ) . Elles ont été "ajustées" à la marge pour assurer leur cohérence. 3.6.1 - Route horizontale L'évaluation de la composante moteur des véhicules légers est basée sur des mesures effectuées sur piste en conditions contrôlées. L'utilisation de relevés "sous trafic" est pratiquement impossible : ils doivent être effectués à des vitesses très basses pour que le bruit moteur contribue significativement au bruit total et cette condition est trouvée plutôt en milieu urbain où les sites sont le plus souvent insuffisamment "dégagés" pour permettre d'effectuer des mesures acoustiques. Les mesures n'étant pas effectuées sous trafic, l'évaluation de la composante moteur nécessite que soit déterminé un comportement de conduite représentatif (l'utilisation du rapport de boîte en fonction de la vitesse). Toutes les mesures de bruit VL sur piste ont été effectuées sur un même site [21, 22, 23]. Elles seront désignées par la suite sous le terme "BdD piste". 3.6.1.1 - Route horizontale, vitesse stabilisée L'évaluation est basée sur deux ensembles de données expérimentales9 : - les niveaux de bruit au passage de la BdD piste, - les informations d'une étude expérimentale sur les utilisations réelles des véhicules (BdD EUREV [24]). 9 Elle est détaillée §4 à titre d'exemple. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 48 Niveaux de bruit au passage Les mesures de bruit au passage concernent 14 véhicules couvrant les différentes motorisations (diesel, essence) et une large gamme de cylindrée [21, 22]. Pour chaque rapport de boîte de l'ordre de 10 passages ont été effectués, répartis sur la gamme de vitesses couverte par le rapport engagé10. Toutes les mesures ont été effectuées sur une même piste d'essai. Pour chaque véhicule, les lois bruit moteur (fonction du régime) et bruit de roulement (fonction de la vitesse) ont été évaluées. Plusieurs méthodes ont été éprouvées pour évaluer le bruit moteur : mesure directe avec le véhicule à l'arrêt [14], mesure "directe" en condition réelle en utilisant des passages à des conditions vitesse/régime pour lesquelles le bruit moteur prédomine [14], méthode d'identification utilisant des conditions de passage où bruit moteur et bruit de roulement co-existent [25]. Comportement de conduite La base de données Eurev [24] contient des enregistrements (vitesse, régime, rapport de boîte...) effectués sur véhicules conduits par leurs propriétaires sur une période de quelques semaines (usage réel). Les parcours, le type d'axe parcouru, ne sont pas repérés. Les enregistrements permettent de déterminer le pourcentage d'utilisation du rapport de boîte en fonction de la vitesse lors d'une circulation à allure stabilisée11. Evaluation de la composante moteur VL à vitesse stabilisée Le niveau sonore de la composante moteur est déterminé en fonction de la vitesse en prenant en compte le pourcentage d'utilisation du rapport de boîte : - pour chaque véhicule et à chaque vitesse on évalue le bruit moteur représentatif de la conduite sous trafic, en combinant (moyenne énergétique) les niveaux sonores aux différents rapports de boîte au prorata de leur utilisation à la vitesse considérée12 ; - pour chaque vitesse on calcule ensuite la composante moteur du VL représentatif13 en effectuant la moyenne énergétique (moyenne sur les véhicules) des bruits moteur de chaque véhicule. Formulation retenue La formulation retenue après harmonisation avec les autres formules est donnée dans le Tableau 3.9 V [km/h] 20 à 30 60.6 30 à 110 110 à 130 Lmoteur [dB(A)] 66.3 + 12.0 log(V / 90) 64.6 + 31.3log(V / 90) Tableau 3.9- Composante moteur VL, vitesse stabilisée, route horizontale. Les valeurs correspondent aux expressions en LA max . 3.6.1.2 - Route horizontale, accélération L'évaluation est basée - sur des niveaux de bruit au passage de la base de données BdD piste, - sur une hypothèse de comportement de conduite. Niveaux de bruit au passage Les mesures de bruit au passage concernent 10 véhicules. Pour chaque rapport de boîte 10 passages ont été effectués, répartis sur toute la gamme de vitesse couverte par le rapport (i.e. jusqu'aux très hauts régimes). La consigne au conducteur était d'accélérer de façon à adopter un comportement de conduite "réel" ; pour deux passages la consigne était "pied au plancher" en évitant toutefois le patinage. L'accélération était mesurée à 10 11 Sans dépasser 110 km/h. On retient comme plages d'allure stabilisée celles durant lesquelles la vitesse reste constante pendant au moins 4 secondes 12 Les niveaux sont ceux donnés par la loi composante moteur en fonction du régime. 13 VL moyen du trafic Commentaires et analyses 49 chaque passage. Seuls les trois premiers rapports de boîte ont été utilisés14. Le bruit moteur est évalué en fonction de la vitesse pour des classes d'accélération de 0.5 m/s 2 d'étendue15 Comportement de conduite L'hypothèse retenue pour le comportement de conduite est qu'à la vitesse V considérée le conducteur sélectionne le rapport de boîte optimal16 et l'accélération maximale mesurée sur piste sous ce rapport de boîte. Evaluation de la composante moteur VL sous accélération Pour chaque véhicule on obtient ainsi une composante moteur sous accélération (si le véhicule n'a pas été mesuré dans ces conditions, sa composante moteur est évaluée par extrapolation). La composante moteur d'un VL du trafic est la moyenne énergétique des composantes moteur des dix véhicules. Formulation retenue La formulation retenue après harmonisation avec les autres formules est donnée dans le Tableau 3.10 V [km/h] 10 à 20 20 à 100 100 à 130 Lmoteur [dB(A)] 85, 7 + 24,1log(V / 90) 70 68, 2 + 38, 6 log(V / 90) LA max . Tableau 3.10 Composante moteur VL, accélération, route horizontale. Les valeurs correspondent aux expressions en 3.6.1.3 - Route horizontale, décélération L'évaluation est basée · sur des niveaux de bruit au passage de la BdD piste, · sur deux hypothèses de comportement de conduite. Niveaux de bruit au passage Les mesures effectuées sur 3 véhicules en condition de décélération ont montré que dans une configuration vitesse/rapport de boîte donnée le bruit émis est identique au bruit émis à vitesse stabilisée [23]. Il a donc été décidé d'utiliser comme base expérimentale du bruit en décélération celle du bruit en vitesse stabilisée17. Comportement de conduite Deux comportements de conduite sont pris en compte : celui d'une décélération au frein moteur, celui d'une décélération au frein à pied. · En décélération au frein moteur le rapport de boîte utilisé à la vitesse considérée est le rapport optimal du véhicule. L'utilisation du premier rapport de boîte est cependant exclue : on reste sur le rapport 2 aux vitesses faibles sauf si la vitesse devient inférieure à la vitesse de passage la plus faible mesurés en rapport de boîte 2 avec ce véhicule, auquel cas on passe au point mort et le bruit moteur est alors celui du ralenti. · En décélération au frein à pied on considère une démarche similaire à celle de l'allure stabilisée 1.1.0.3 en excluant cependant ici aussi l'utilisation du rapport 1 : si à la vitesse considérée l'histogramme du comportement de conduite conduit à adopter le rapport 1, on reste sur le rapport 2, sauf si la vitesse devient inférieure à la vitesse de passage la plus faible mesurés en rapport de boîte 2 avec ce véhicule, auquel cas on passe au point mort et le bruit moteur est alors celui du ralenti. 14 Pour les derniers rapports de boîte le bruit de roulement devient prédominant par rapport au bruit moteur (vitesses élevées) et l'accélération disponible est faible. 15 [ 16 Le rapport de boîte optimal est défini ici comme étant le rapport de boîte qui, à la vitesse considérée, procure le régime moteur le plus proche de celui correspondant au couple maximum. Le régime moteur correspondant n'est pas le régime moteur maximum. 17 Rappel : si le bruit moteur en décélération est, à même configuration vitesse/rapport de boîte, égal au bruit moteur à vitesse stabilisée, il n'en résulte pas nécessairement qu'à même vitesse de trafic le bruit en décélération soit le même qu'à vitesse stabilisée : le comportement de conduite peut en effet être différent. < 0.5 m/s 2 ] , [ 0.5 m/s 2 < < 1.0 m/s 2 ] ... 50 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Pour chacun des comportements on évalue les composantes moteur individuelles (composante moteur, en décélération, de chacun des 14 véhicules) et on adopte pour le véhicule moyen représentatif du flot, la moyenne énergétique des composantes moteur individuelles. L'utilisation du rapport de boîte optimal pour le comportement frein moteur tend à considérer des régimes plutôt élevés et donc à donner un niveau de composante moteur plus important que le comportement frein à pied. La différence s'avère in fine négligeable pour les vitesses inférieures à 10 km/h, importante vers 15 km/h et faible à partir de 40 km/h. Evaluation de la composante moteur VL sous décélération Vu l'absence de connaissance des comportements réels il a été décidé de retenir pour la composante moteur. · En deçà de 80 km/h, la moyenne énergétique des composantes obtenues avec les deux hypothèses · Au delà de 80 km/h, la composante obtenue' avec l'hypothèse "frein à pied" (i.e. la même composante qu'en vitesse stabilisée). Formulation retenue La formulation retenue après harmonisation avec les autres formules est donnée dans le Tableau 3.11 V [km/h] [dB(A)] 10 à 25 25 à 80 80 à 110 110 à 130 Lmoteur 73.3 + 18.7 × Lv 66 + 5.5 × Lv 66.3 + 12 × Lv 64.6 + 31.3 × Lv Tableau 3.11 Composante moteur VL, décélération, route horizontale. Les valeurs correspondent aux expressions en LA max . Convention : Lv log(V / 90) . 3.6.1.4 - Route horizontale. Comparaison des Lmoteur ,VL aux différentes allures Les composantes moteurs correspondant aux différentes allures sont tracées Figure 3.12. La condition de vitesse stabilisée est considérée ne se produire qu'à partir de 20 km/h. En deçà les véhicules sont en accélération ou en décélération. · Accélération. C'est la condition la plus bruyante à toutes les vitesses. L'augmentation du niveau entre 10 km/h et 20 km/h correspond à une circulation en rapport de boîte 1. La plage de niveau constant correspond aux changements de rapports de boîte. L'augmentation à partir de 100 km/h correspond à une circulation sous le cinquième (dernier) rapport de boîte. · Décélération. Compte-tenu des 2 comportements de conduite (frein moteur, frein à pied) retenus en deçà de 80 km/h, la composante moteur sous décélération est, supérieure à celle obtenue en vitesse stabilisée. · Vitesse stabilisée. C'est la condition la moins bruyante. On retrouve, aux hautes vitesses, l'augmentation du bruit correspondant à une circulation sous le cinquième (dernier) rapport de boîte. 3.6.2 - Montée Il a été décidé d'adopter pour les VL en rampe une contribution moteur identique à celle sur route horizontale à même allure. Commentaires et analyses 51 Figure 3.12 VL - Route horizontale - Composante bruit moteur. 3.6.2.1 - Montée, vitesse stabilisée L'effet d'une rampe en montée sur un véhicule circulant à vitesse stabilisée est d'augmenter la résistance à l'avancement du véhicule, donc le couple moteur nécessaire pour maintenir la vitesse et, par voie de conséquence, d'augmenter le bruit rayonné par le moteur [26]. Aux hautes vitesses où le bruit moteur est masqué par le bruit de roulement, l'effet attendu sur le bruit global est faible. Des campagnes expérimentales ont été effectuées sur pistes d'essai, en conditions contrôlées [27], [28], [29] et sous trafic réel [30]. La difficulté de la démarche expérimentale est de pouvoir comparer des niveaux au passage observés en montée à ceux observés sur route horizontale, toutes choses étant égales par ailleurs, et en particulier le bruit de roulement. Les composantes roulement et moteur sont, de plus, déterminées avec une certaine marge d'incertitude. L'analyse des résultats n'a pas permis de conclure sur un effet ou une absence d'effet de la montée sur le bruit moteur. En toute hypothèse, l'effet résultant sur le bruit global est très faible. 3.6.2.2 - Montée, accélération L'accélération et la montée ont chacune pour effet d'augmenter la charge moteur. Ne connaissant pas l'effet cumulé, il a été convenu d'adopter une contribution moteur identique à celle sur route horizontale à même allure. 3.6.2.3 - Montée, décélération La montée favorise la décélération et devrait donc, par rapport à la route horizontale, diminuer la charge du moteur à décélération identique. Ne sachant pas dans quelle mesure la charge moteur serait diminuée, il a été convenu de retenir la même formule qu'en décélération sur route horizontale. 3.6.3 - Descente Il a été décidé d'adopter pour les VL en descente une contribution moteur identique à celle sur route horizontale à même allure. 3.6.3.1 - Descente, vitesse stabilisée Pour les VL en descente, les observations expérimentales et les réflexions théoriques concluent également à l'absence d'effet visible à même rapport de boite. Un comportement de descente au frein moteur pourrait 52 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier induire, indirectement, un effet de la descente sur la contribution moteur, essentiellement à vitesse faible. Toutefois, en absence d'éléments plus précis et étant donnés les résultats en montée, il est décidé de ne pas retenir d'effet de la pente en descente : on adopte pour les VL en descente en allure stabilisée une contribution moteur identique à celle sur route horizontale en allure stabilisée. 3.6.3.2 - Descente, accélération La descente favorise l'accélération et devrait donc, à accélération identique, diminuer la charge du moteur. Mais pour les déclivités usuelles on suppose, comme sur route horizontale, que le conducteur accélère autant que le permet son véhicule, et que la charge du moteur est de ce fait identique à l'accélération sur route horizontale. On utilise donc la même formule. 3.6.3.3 - Descente, décélération Descente et décélération diminuent (potentiellement) le bruit moteur. Comme pour le cas de la vitesse stabilisée, une décélération au frein moteur pourrait induire un effet sur la contribution moteur. Il est cependant décidé de ne pas retenir d'effet de la pente en descente. La formule en décélération descente est identique à celle sur route horizontale à même allure. 3.6.4 - Exemple : élaboration de l'abaque composante moteur VL pour l'allure stabilisée 3.6.4.1 - Protocole de mesure Le protocole de mesure a pour objectif d'évaluer le bruit émis par les véhicules légers circulant sous différentes configurations [vitesse/rapport de boîte]. Les paramètres mesurés sont : Les données cinématiques La vitesse est mesurée à l'aide de 5 cellules infrarouges disposées à 10 m d'intervalle sur le bord de la piste. Des plaques réfléchissantes sont disposées sur les faces latérales du véhicule testé. Lorsque le véhicule passe devant les cellules, un signal de topage est enregistré par la centrale d'acquisition. Ce signal de topage permet, lors du dépouillement des mesures, d'évaluer la vitesse et accessoirement de situer le véhicule lors de son passage devant les microphones. Les paramètres mécaniques Les caractéristiques des pneumatiques (marque et dimensions) ont été consignées sur le rapport de mesure. Le rapport de boîte est noté pour chaque passage du véhicule. On dispose par ailleurs de la fiche technique de chaque véhicule étudié. Cette fiche technique indique, entre autres, les caractéristiques mécaniques de la boîte de vitesse (rapports de réduction) et le rapport de pont. Les données acoustiques Les niveaux de pression acoustique (niveaux globaux pondérés A) sont mesurés à l'aide d'un microphone situé en bordure de piste, à 7.5 m de l'axe de passage du véhicule et à 1.2 m de hauteur. Cette géométrie répond aux préconisations des normes NF EN ISO 11819-1 [18] et S31-119 [20]. Le niveau retenu pour chaque passage de véhicule est le Lmax . 3.6.4.2 - Détermination du régime moteur à partir de la mesure de vitesse Le régime moteur peut être estimé à partir de la mesure de la vitesse de passage du véhicule et du rapport de boîte utilisé en utilisant comme informations : ­ les caractéristiques mécaniques de la boîte de vitesse, ­ les caractéristiques du pneumatique Vitesse du véhicule et vitesse de rotation du moteur Une boîte de vitesse est caractérisée par ses rapports de boîte Rb (k ) et son rapport de pont R p . Le régime moteur n (en t/mn) est lié à la vitesse de rotation des roues nroues par la relation : n = nroue Rp Rb (k ) = nroue i (k ) (37) Commentaires et analyses 53 soit, en utilisant la relation nroue = (60 / 2 ) × v/r où v est la vitesse de déplacement (en m/s) et r le rayon du pneumatique (en m) : n= Rayon du pneumatique 60 v i(k ) 2 r (38) Un pneumatique est caractérisé par 3 valeurs L, S et D : · L : largeur du pneumatique (mm) · S : 100 x hauteur/largeur du pneumatique · D : diamètre de la jante (pouces) La valeur en mètres de son rayon est donc18 : D S L -3 10 r = 25.4 + 2 100 (39) 3.6.4.3 - Les véhicules mesurés L'objectif étant de constituer un échantillon représentatif du parc automobile français, les véhicules ont été choisis de sorte à couvrir au mieux l'éventail des cylindrées disponibles sur le marché actuel, en motorisation "essence" et en motorisation "diesel". Les principales caractéristiques de ces véhicules sont reportées dans le tableau 3.13. Marque et Type Citroën ZX Opel Corsa Renault Mégane Citroën XM Opel Vectra Ford Focus Opel Astra Citroën Saxo Citroën Xantia Ford Fiesta Renault Clio 1 Renault Clio 2 Ford Galaxy Ford Mondeo Motorisation Diesel Essence Diesel Diesel Essence Essence Essence Essence Diesel Essence Essence Essence Diesel Diesel Kilométrage 47 700 6 700 44 700 100 5 900 1 400 23 200 32 400 16 800 41 000 81 300 38 000 21 400 1 400 Cylindrée 1.9 1.7 1.9 2.1 2.0 2.0 2.0 1.2 2.1 1.4 1.6 1.2 1.9 1.8 Pneumatiques Michelin MXT 175/65/14 Michelin Energy 165/70/13 Michelin Classic 175/70/13 Michelin Energy 195/65/15 Michelin Energy 185/70/14 Continental Contact 165/65/13 Bridgestone 195/55/15 Michelin MXT 155/70/13 Michelin Energy 185/65/15 Continental Contact 165/65/13 Michelin MXT 155/70/13 Dunlop SP 9 155/70/13 Continental Contact 205/60/15 Michelin Pilot HX 205/55/15 Tableau 3.13 - Principales caractéristiques des véhicules étudiés 3.6.4.4 - Passages effectuées pour chaque véhicule · Pour chaque rapport de boîte, dix passages sur toute la gamme de vitesse couverte par le rapport engagé. · Dix passages au point mort, moteur fonctionnant au ralenti (détermination du bruit de roulement). Les vitesses de passage, supérieures à 50 km/h, sont suffisantes pour "masquer" le bruit du moteur. Les lois d'évolution du niveau de bruit en fonction de la vitesse, construites pour chaque véhicule et pour chaque rapport de boîte, peuvent s'avérer linéaires (eq. 40, C = 0 ) ou quadratiques (eq. 40, C 0 ). Les lois 18 On suppose pour simplifier que valeur "à vide" et valeur dynamique sont identiques Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 54 quadratiques concernent essentiellement les niveaux de bruit mesurés sur les véhicules diesels pour les faibles rapports de boîte (bruit moteur prédominant). LAmax (v) = A + B log v/vref + C log 2 v/vref 3.6.4.5 - Décomposition bruit mécanique / bruit de roulement (40) Le niveau maximum au passage LAmax (niveau global exprimé en dB(A)) de chaque véhicule est exprimé comme étant la somme énergétique de deux niveaux : l'un, Lm , correspondant à la contribution des sources moteur et organes mécaniques associés, l'autre, Lr , correspondant à la contribution de la source contact pneumatique-chaussée [14], [15] : LAmax = Lm (n) Lr (v) (41) où indique une addition énergétique des niveaux de bruit : énergétique; is6; L1 L2 = 10 log 10 L1/10 + 10 L2 /10 Lm est stipulé fonction du régime moteur et est formulé : Lm = Am + Bm log n/nref + Cm log 2 n/nref (42) nref = 1000 t/mn (43) Lr est stipulé fonction de la vitesse et du revêtement de la piste d'essai. Il est formulé : Lr = Ar + Br log v/vref vref = 90 km/h (44) Les coefficients Am , Bm , Cm , Ar , Br sont déterminés par procédure minimisation (Eq 45) de l'écart quadratique moyen entre les niveaux mesurés et les niveaux calculés (Eqs 41, 43, 44). Am, Bm, Cm, Ar, Br minimise [L i =1 N A max ( i ) - Lm (ni , Am , Bm , C m ) Lr ( i , Ar , Br )]² / N (45) Commentaires et analyses 55 Pour chaque véhicule la procédure est appliquée sur l'ensemble des LAmax i.e. tous rapports de boîte confondus. Une illustration de résultat est donnée Figure 3.14. Figure 3.14 - Exemple de détermination des composantes moteur et roulement" pour un véhicule Diesel. Les points représentent les niveaux de bruit mesurés. Les niveaux totaux reconstitués (eq. 40) apparaissent en lignes continues. Le tableau placé sous la figure indique, pour quelques vitesses caractéristiques, le rapport de boîte utilisé, le régime moteur, les composantes moteur et roulement et le niveau total déterminé à partir de ces composantes. 3.6.4.6 - Prise en compte du comportement de conduite Les observations expérimentales exposées ci-dessus ont été établies pour des véhicules circulant sur piste d'essai. Les conditions d'utilisation de ces véhicules sont différentes de celles habituellement rencontrées dans un trafic courant (absence de trafic, d'aménagements de voirie, etc.). La prise en compte de l'utilisation réelle d'un véhicule intégré dans un flot de trafic impliquerait le recours à une expérimentation complémentaire lourde basée sur une instrumentation embarquée permettant de recueillir les informations utiles (paramètres cinématiques et mécaniques tels que la vitesse, l'allure, le régime moteur, le rapport de boîte utilisé,...). Ne pouvant envisager ce type d'expérimentation pour la réactualisation des abaques, nous nous sommes appuyés sur une étude expérimentale réalisée dans le cadre de l'établissement des cycles de conduite pour la mesure des polluants émis par les véhicules [24]. Cette étude a conduit à l'élaboration d'une base de données contenant des enregistrements des paramètres cinématiques et mécaniques effectués sur des véhicules conduits par leur propriétaires sur une période de quelques semaines. Ces paramètres sont par conséquent représentatifs de l'usage réel des véhicules. Il faut cependant noter que les informations relatives à l'environnement dans lequel évoluent les véhicules (parcours, type d'axe parcouru,...) ne sont pas renseignées. Trois campagnes de mesures ont été effectuées à l'échelle européenne (1985, 1991, 1995) ; sur un total de 52 véhicules (du parc français) seuls ont été retenus pour l'évaluation ceux équipés d'une boîte de vitesse à 5 rapports, soit 37 véhicules. Les enregistrements permettent de déterminer l'utilisation du rapport de boîte en fonction de la vitesse lors d'une 56 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier circulation à vitesse stabilisée. Le critère de stabilité de la vitesse correspond aux plages "stabilisées" durant lesquelles la variation de l'allure n'excède pas ±0.5ms -2 pendant au moins 4 secondes19. Ce traitement a permis d'établir un histogramme d'utilisation des rapports de boîte en fonction de la vitesse (cf. Fig. 3.15). Figure 3.15 - Histogramme d'utilisation des rapports de boîte en fonction de la vitesse Evaluation de la composante moteur prenant en compte le comportement de conduite L'évaluation de la composante moteur a été effectuée de la façon suivante : 1. On considère les lois d'évolution du bruit moteur en fonction du régime moteur établies pour chaque véhicule étudié : Lm j ( Ri , v) = Am j + Bm j log 2. n( Ri , v) n( Ri , v) + Cm j log 2 nref nref (46) On calcule pour chaque véhicule et à chaque vitesse le niveau de "bruit moteur" pondéré (usage réel du véhicule : utilisation possible de rapports différents) à l'aide de l'histogramme " EUREV " (cf. Fig. 3.12). L'évaluation est effectuée entre 20 km/h et 130 km/h par pas de 2 km/h : Lm j (v) = 10 log i 10 Ri Lm ( Ri ,v ) j 10 (47) 19 L'effet de l'accélération sur le bruit émis par un véhicule est significatif lorsque celle-ci est supérieure à ±0.5ms -2 [31] Commentaires et analyses 57 où i est le pourcentage d'utilisation du rapport i à la vitesse v . 3. Le bruit moteur "moyen" Lm (v) émis à une vitesse v donnée est déterminée par la moyenne énergétique Lm j (v) sur les N (N=14) véhicules individuels : Lm (v) = 10. log 1 N 10 j =1 N Lm ( v ) j 10 (48) Les valeurs obtenues sont tracées Fig.3.13 Abaque composante moteur La loi approchée est formulée de façon approchée sous forme de segments de type a + b log(v) dans trois plages de vitesse (Tableau 3.17). Elle est tracée Figure 3.16. Figure 3.16 - Composante moteur déterminée à partir des 14 véhicules mesurés sur piste d'essai et de l'histogramme de pondération "EUREV" (figure 3.13) et linéarisation. En pointillés : évaluation par pas de 2km/h. En trait continu : loi approchée. V [km/h] Lm [dB( A)] 20 à 30 60.6 30 à 110 66.3 + 12 log(V/90) 110 à 130 64.6 + 31.3 log(V/90) Tableau 3.17 - Réactualisation de l'abaque VL circulant à vitesse stabilisée : formulation retenue pour la composante moteur. Les valeurs correspondent aux expressions en LA max . 58 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.7 - Démarche de production des composantes moteur PL Cette démarche considère deux domaines : · les basses et moyennes vitesses, où compte tenu des changements de rapport de boîte, la composante moteur peut être considéré comme étant indépendant de la vitesse, · les hautes vitesses où, le dernier rapport de boîte étant atteint, la composante moteur augmente avec la vitesse. 3.7.1 - Plage de vitesse 20-70 km/h 3.7.1.1 - PL à allure stabilisée sur route horizontale Des mesures sur piste d'essai ont été réalisées sur 7 tracteurs de différentes marques et de différentes générations, attelés chacun à deux remorques différentes (une vide et une chargée), pour des vitesses allant de 20 km/h à plus de 80 km/h par pas de 10 km/h. Pour chaque vitesse de passage, le chauffeur a choisi le rapport de boîte lui paraissant le plus adapté. La recherche d'un comportement de conduite représentatif d'un usage réel a donc été intégrée directement aux conditions des essais. On a d'abord calculé une régression d'ordre 2 sur les mesures où la vitesse est inférieure à 60 km/h. Cette courbe a ensuite été décomposée comme une somme d'une composante roulement fonction linéaire du logarithme de la vitesse et d'une composante moteur constante. C'est cette dernière qui a été retenue comme composante moteur. L'hypothèse d'une composante moteur en LAmax indépendante de la vitesse entre 20 et 70 km/h est justifiée par l'allure des résultats de mesures obtenus et par le fait que les conducteurs de poids lourds, disposant d'un grand nombre de rapports de boîte, utilisent leur moteur sur une faible plage de variation du régime moteur. La validité de ces résultats a ensuite été vérifiée par comparaison avec des résultats de mesures effectuées ultérieurement sur 7 véhicules supplémentaires. 3.7.1.2 - PL en accélération sur route horizontale Des mesures au passage sur PL du trafic ont été réalisées aux abords de deux carrefours giratoires. Environ 800 poids lourds ont été mesurés, en des points situés en sortie de giratoire et à 100 m, 200 m et 400 m de la sortie des giratoires. Les vitesses relevées vont de 25 à 80 km/h. La composante roulement est dans un premier temps prise égale à la valeur de la régression polynomiale des mesures à une vitesse de 80km/h, à laquelle on ajoute une variation en 31 log(V) (variation du Lroulement pour un revêtement de catégorie 2, catégorie à laquelle appartiennent les revêtements mesurés). On ajoute à cette composante roulement une composante moteur indépendante de la vitesse, que l'on ajuste de manière à minimiser la somme des carrés des écarts de cette construction avec la régression des mesures, pour les vitesses faibles, c'est à dire comprises entre 20 et 40 km/h. La composante roulement est ensuite réajustée en lui retranchant la composante moteur trouvée. On vérifie pour les vitesses intermédiaires (de 40 à 80 km/h) que la construction est en accord avec les mesures. Cette méthodologie est appliquée séparément sur les deux sites. Un troisième site, fournissant des données incomplètes, n'a pu être exploité, mais la cohérence des mesures avec les autres sites a été vérifiée. Pour chaque site, les écarts des mesures par rapport à la construction obtenue sont faibles (dans chaque tranche de 10 km/h, la moyenne des écarts entre la mesure au passage de chaque véhicule et la construction est largement inférieure au dB). Les constructions obtenues en bruit global pour les deux sites sont proches puisque leurs valeurs diffèrent d'environ 1 dB(A) aux basses et hautes vitesses. La différence en composante moteur est d'environ 1,5 dB(A). La valeur de la composante moteur retenue est la moyenne des composantes moteurs des deux sites. Elle a été arrondie au dB supérieur pour se rapprocher des résultats des mesures du troisième site. On peut noter qu'elle est supérieure de 5dB à celle obtenue pour une allure stabilisée. Commentaires et analyses 59 Exemple sur un site La Figure 3.18 présente les poids lourds mesurés sur le premier site. La régression polynomiale (en noir) sur toutes les mesures donne un niveau de bruit à 80km/h de 87,1dB(A). 95 90 LAm ax en dB(A) 85 80 75 70 20 30 40 50 V en km /h mesures construction Polynomial (mesures) 60 70 80 90 Figure 3.18 - Détail de la méthode sur un site (PL en accélération sur route horizontale) La construction (en rouge) est obtenue par somme d'une composante roulement égale à 87,1+31log(V/80) et d'une composante moteur constante que l'on détermine de manière à minimiser la somme des carrés des écarts de cette construction avec la régression des mesures, pour les vitesses faibles, c'est à dire comprises entre 20 et 40 km/h. La composante moteur trouvée ici est de 76,5dB(A). La composante roulement est donc égale à la différence entre le niveau de bruit de la régression à 80km/h (87,1dB(A)) et cette composante moteur de 76,5dB(A), soit 86,7dB(A). On cherche alors à ajuster la composante moteur en reprenant la démarche avec cette valeur de composante roulement. Dans ce cas, aucun ajustement n'est nécessaire. 3.7.1.3 - PL en décélération sur route horizontale Des mesures aux abords d'un carrefour giratoire (à 25 m, 50 m et à 100 m de l'entrée du giratoire) ont été réalisées, totalisant environ 300 PL du trafic. Les vitesses relevées vont de 20 à 80 km/h. La régression effectuée sur les mesures réalisées à 100 m de l'entrée du giratoire étant inférieures de 3dB(A) à celles des points de mesure plus proches, elles n'ont été prises en compte que dans le calcul de la composante roulement (on considère qu'elles ne correspondent pas à de la décélération). La valeur de la composante roulement a été obtenue en prenant en compte la vingtaine de véhicules dont la vitesse se trouvait comprise entre 65 et 80 km/h. Il s'agit de la moyenne de ces mesures ramenées à 80 km/h en appliquant une pente forfaitaire de 31 (pente du Lroulement pour un revêtement de catégorie 2, catégorie à laquelle appartient le revêtement mesuré). Comme dans le cas de l'accélération, on ajoute à cette composante roulement une composante moteur, que l'on ajuste de manière à minimiser la somme des carrés des écarts de cette construction avec la régression des mesures, pour les vitesses faibles, c'est à dire comprises entre 20 et 40 km/h. La composante roulement est ensuite réajustée en retranchant la valeur de la composante moteur trouvée. Les écarts des mesures par rapport à la construction obtenue sont faibles (dans chaque tranche de 10 km/h, la moyenne des écarts entre la mesure au passage de chaque véhicule et la construction est largement inférieure au dB). 60 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier On peut noter que la valeur de la composante moteur trouvée est la même que celle obtenue pour une allure stabilisée. 3.7.1.4 - PL à allure stabilisée en montée Des mesures de PL du trafic ont été réalisées sur 5 sites présentant des déclivités variant de 3 % à 6 %. Chaque site comportait en règle générale au moins trois points de mesure dans le sens de la montée (jusqu'à huit points sur l'un des sites) et un point de mesure en section horizontale. En chaque point ont été mesurés au minimum 80 PL. Le domaine de vitesse observé était suffisamment étendu (30 à 90 km/h) pour permettre d'évaluer la composante moteur. La démarche a été appliquée en deux temps : · connaissant la composante moteur sur route horizontale à allure stabilisée (voir plus haut), la composante Lroulement associée au revêtement de chaussée du site a été évaluée sur le point de mesure en section horizontale, en faisant l'hypothèse que la composante roulement est la même sur la section horizontale et dans la montée ; · la composante moteur associée à chaque point de mesure en montée a été recherchée de manière à ajuster au mieux les mesures (selon la même méthode que dans le cas de l'accélération) ; · les valeurs de Lmoteur évaluées pour les différentes déclivités ont été jugées suffisamment différenciées pour justifier de prendre en compte dans cette composante le paramètre "déclivité" de façon quantitative et continue plutôt que qualitative. Les écarts des mesures par rapport à la construction obtenue sont faibles (dans chaque tranche de 10 km/h, la moyenne des écarts entre la mesure au passage de chaque véhicule et la construction est largement inférieure au dB). 3.7.1.5 - PL à allure stabilisée en descente Des mesures de PL du trafic ont été réalisées sur un site en descente de 6 %. Elles concernent environ 250 véhicules de 30 à 70 km/h. Des mesures en section horizontale sur le même revêtement n'ayant pas été possible, la composante roulement a du être forfaitisée à la valeur moyenne de la technique (issu de la base de données). La composante moteur a ensuite été recherchée de manière à ajuster au mieux les mesures (même démarche que pour l'accélération). On notera cependant que la valeur de la composante moteur obtenue est très sensible à la valeur de la composante roulement retenue comme hypothèse (une variation de 2,5 dB de la composante roulement entraîne une variation de la composante moteur de 5 dB). Les écarts des mesures par rapport à la construction obtenue sont faibles (dans chaque tranche de 10 km/h, la moyenne des écarts entre la mesure au passage de chaque véhicule et la construction est largement inférieure au dB). Faute d'information pour les valeurs intermédiaires de la déclivité, la même règle de variation que pour la montée a été adoptée, c'est à dire que l'on considère une variation linéaire entre 2 et 6%. 3.7.2 - Vitesses élevées : plage de vitesse 70-100 km/h Lors des mesures relatives aux sept poids lourds sur piste d'essai (voir le chapitre « PL à allure stabilisée sur route horizontale »), les régimes moteur ont été relevés lors de chaque passage par lecture directe du compteur. Une étude ultérieure [25] a appliqué la démarche de décomposition en deux composantes moteur (fonction du régime moteur) et roulement (fonction de la vitesse) appliquée précédemment pour les VL (voir « Démarche de production des composantes moteur VL »). La composante moteur a ensuite été exprimée en fonction de la vitesse, compte tenu des caractéristiques mécaniques des véhicules et des rapports de boîte adoptés par les conducteurs. Pour la tranche de vitesses 20-70 km/h, la moyenne des composantes moteur des sept PL s'avère très proche de la valeur obtenue par la démarche initiale. Pour la tranche de vitesses 70-100 km/h, la composante moteur de chaque PL a été extrapolée en supposant le même comportement de conduite (sélection du rapport de boîte permettant autant que possible le même régime Commentaires et analyses 61 moteur). La moyenne des composantes moteur des sept PL ainsi obtenues a été retenue pour les nouvelles valeurs d'émission sonore. Cette composante moteur n'est plus indépendante de la vitesse : au-delà de 70 km/h, la plupart des PL utilisent leur rapport de boîte le plus élevé, et le régime moteur augmente avec la vitesse. Au-delà de 70km/h, la composante moteur exprimée en LAmax augmente donc en 13log(V) sur route horizontale à allure stabilisée. Cette variation en 13log(V) est également appliquée aux autres cas en faisant l'hypothèse que dans chaque configuration le conducteur ne change pas de rapport de boîte sur cette plage de vitesse. Il s'ensuit que les composantes moteur des différents cas ne diffèrent que d'une constante indépendante de la vitesse. 3.7.3 - Vitesses basses : plage de vitesse 5-20 km/h La démarche utilisée fournit une composante moteur pour des vitesses supérieures à 20 km/h, il a été décidé de considérer que cette valeur est également constante entre 5 et 20 km/h. En effet, à 20 km/h les poids lourds sont déjà à un rapport de boîte élevé, et on considère qu'ils disposent donc d'un nombre suffisant de rapports de boîte à partir de 5 km/h pour conduire à régime moteur constant. 3.7.4 - Combinaisons allure * déclivité Les composantes moteur correspondant à l'accélération et à la décélération en montée et descente, sont déduites selon le même principe que pour les VL (voir le chapitre 3.6). Ce principe est rappelé dans les tableaux 3.19, 3.20 et 3.21 ci-dessous : montée 2% p 6% accélération décélération max(accélération*route horizontale ; allure stabilisée*montée) = décélération*route horizontale descente 2% p 6% = accélération*route horizontale max(décélération*route horizontale ; allure stabilisée*descente) Tableau 3.19 ­ Principe de combinaison allure / déclivité Ce qui, appliqué aux PL, donne : V - km/h Lmoteur 5 à 70 73 + L (expressions en 70 à 100 73,8 + 13 log(V/80) + L Tableau 3.20 - Formulation retenue pour la composante moteur des PL pour toutes les allures et toutes les déclivités LA max ) L est un correctif indépendant de la vitesse, fonction de l'allure et de la déclivité. L montée 2% p 6% accélération décélération max[2.(p ­ 2) ; 5] 0 dB(A) p en % (valeur absolue) Tableau 3.21 ­ Valeurs du correctif L déclivité descente 2% p 6% 5 dB(A) 1.(p ­ 2) 62 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.8 - Commentaires sur les nouvelles valeurs d'émission unitaires 3.8.1 - Les composantes moteur et roulement Les composantes moteur et roulement résultent d'une construction. Elles n'ont de validité que dans la mesure où leur combinaison restitue correctement les valeurs globales d'émission. Les nouvelles valeurs d'émission ont été élaborées en considérant que : · la composante roulement dépend du type de véhicule (VL ou PL), de la catégorie de revêtement (R1, R2 ou R3) et de la vitesse. Elle ne dépend ni de l'allure (stabilisée, accélérée, décélérée) ni de la déclivité, · la composante moteur dépend du type de véhicule, de la vitesse, de l'allure et, pour les PL, de la déclivité. Elle ne dépend pas de la catégorie de revêtement. Les composantes sont données sous forme de figures pour 5 cas : les 3 allures sur route horizontale, la montée (6%) et la descente (6%) pour l'allure stabilisée. A chaque cas correspondent 2 figures : une pour les VL, l'autre pour les PL. Sur chaque figure sont tracés, en fonction de la vitesse du flot (échelle semi-logarithmique) : · la composante moteur, · la composante roulement pour chacune des 3 catégories de revêtement, · les niveaux d'émission résultant (repérés R1, R2, R3). A chaque graphique est associé un tableau dans lequel sont indiquées les vitesses de trafic20 à partir desquelles la réduction attendue sur le bruit de trafic, résultant de l'utilisation d'un revêtement de catégorie R1 plutôt qu'un revêtement de catégorie R3 (Cf. infra § Effet revêtement), atteint 2 dB(A)21. 20 21 Valeurs approchées à 5 km/h valeur du critère acoustique utilisée pour la définition de la "modification significative" d'une infrastructure. Commentaires et analyses 63 Allure stabilisée Figure 3.22 - Nouvelles valeurs d'émission. Allure stabilisée. Figures du haut : route horizontale. Figures du milieu : montée (6%). Figures du bas : descente (6%). Gauche : trafic VL. Droite : trafic PL. 64 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Allure stabilisée Route horizontale Montée (6%) Descente (6%) VL 25 km/h 25 km/h 25 km/h PL 40 km/h 80 km/h 55 km/h Tableau 3.23 - Vitesses à partir desquelles Lt ( R3) - Lt ( R1) 2 dB(A) Allure accélérée - Route horizontale Figure 3.24 - Nouvelles valeurs d'émission. Allure accélérée route horizontale. Gauche : trafic VL. Droite : trafic PL. Allure accélérée Route horizontale VL 45 km/h PL 60 km/h Tableau 3.25 - Vitesses à partir desquelles Lt ( R3) - Lt ( R1) 2 dB(A) Commentaires et analyses 65 Allure décélérée - Route horizontale Figure 3.26 - Nouvelles valeurs d'émission. Allure décélérée route horizontale. Gauche : trafic VL. Droite : trafic PL. Allure décélérée Route horizontale VL 30 km/h PL 40 km/h Tableau 3.27 - Vitesses à partir desquelles Lt ( R3) - Lt ( R1) 2 dB(A) 66 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.8.2 - Effet revêtement L'effet revêtement est la différence attendue sur le bruit de trafic résultant de l'utilisation d'un revêtement de catégorie R1 plutôt qu'un revêtement de catégorie R3. Allure stabilisée Figure 3.28 - Effet revêtement sur route horizontale pour l'allure stabilisée L'effet en allure stabilisée sur route horizontale est tracé Figure 3.28. Il est quasiment supérieur à 2 B(A) dès 25 km/h pour un trafic VL et 40 km/h pour un trafic PL. Figure 3.29 - Effet revêtement sur une rampe de 6% en montée (gauche) et descente (droite). Allure stabilisée Une déclivité n'affecte pas le niveau d'émission VL22. L'effet revêtement pour cette catégorie est donc le même que sur route horizontale. Pour le trafic PL, l'effet revêtement est négligeable en montée de 6% : il n'est 22 Les nouvelles valeurs sont établies pour des déclivités inférieures à 6 %. Commentaires et analyses 67 supérieur à 2 dB(A) qu'à partir de 80 km/h (Figure 3.29 graphique de gauche). En descente de 6 % par contre, l'effet revêtement dépasse 2 dB(A) à partir de 55 km/h (Figue 3.29 graphique de droite). Allures accélérée et décélérée Figure 3.30 - Effet revêtement sur route horizontale pour les allures accélérée (gauche), décélérée (droite) En allure accélérée sur route horizontale, l'effet revêtement dépasse 2 dB(A) à partir de 45 km/h pour un trafic VL et 60 km/h pour un trafic PL. En allure décélérée, la vitesse critique descend à 25 km/h pour le trafic VL et 45 km/h pour le trafic PL. 3.8.3 - Effet allure Allure accélérée / allure stabilisée Figure 3.31 - Trafic VL. Différence d'émission entre allure accélérée et allure stabilisée. Gauche : VL. Droite : PL Sur route horizontale, les valeurs d'émission sont plus importantes en allure accélérée qu'en allure stabilisée (Figure 3.31). Elles dépendent du revêtement. Pour les VL (graphique de gauche) la différence dépasse 2 dB(A) jusqu'à 45 km/h pour la catégorie R2 et jusqu'à 55 km/h pour la catégorie R1. Pour les PL (graphique de droite) la différence reste supérieure à 2 dB(A) en deçà de 35 km/h pour la catégorie R2 et en deçà de 45 km/h pour la catégorie R1. 68 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Allure décélérée / allure stabilisée Sur route horizontale, les valeurs d'émission des VL en allure décélérée diffèrent peu de celles en allure stabilisée (Figure 3.32). Les valeurs d'émission des PL en allure décélérée sont les mêmes qu'en allure stabilisée. Figure 3.32 - Trafic PL. Différence d'émission entre allure accélérée et allure stabilisée. Commentaires et analyses 69 3.9 - Comparaison des valeurs d'émission unitaires avec celles du Guide du Bruit (1980) [3] Par commodité, nous utiliserons le terme "GdB80" pour faire référence au Guide du bruit des transports terrestres [3] qui date de 1980. 3.9.1 - Les données du Guide du Bruit (GdB80) Les valeurs d'émission unitaires du Guide du Bruit (GdB80 ) sont les émissions sonores E de la méthode détaillée [3], fournies sous forme d'abaques dans le volume "Prévision des niveaux sonores" et reproduites Figure 3.33. Figure 3.33 - Emissions unitaires des véhicules [d'après [3]] L'émission sonore E d'un véhicule est définie, par convention, par la relation : E = LW - 10 log V - 50 dB( A) (49) 70 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Elle est égale numériquement au Leq ,1H provoqué par un véhicule de puissance acoustique LW , circulant à la vitesse V km/h sur une voie rectiligne distante de 50 m du point de mesure23. L'émission sonore E est donnée, en fonction de la vitesse, pour 2 catégories de véhicules (VL : moins de 3.5 t, PL : 3.5 t ou plus) et 12 configurations caractérisées par le type d'écoulement et le type de profil en long. Certaines configurations sont considérées comme équivalentes i.e. comme produisant le même bruit. Les équivalences ne sont pas les mêmes pour les VL et pour les PL. Elles sont résumées Tableau 3.34. Toutes les configurations repérées par le même symbole ont même niveau d'émission. Le bruit des VL est ainsi défini par 7 abaques d'émission sonore, celui des PL par 4. GdB80 E VL fluide continu pulsé non différencié pulsé accéléré pulsé décéléré profil montée descente horizontal 0 + a c GdB80 E PL fluide continu pulsé non différencié pulsé accéléré pulsé décéléré profil montée descente horizontal A A A C B B B D A A A A × × b + 0 + + d Tableau 3.34 - GdB80, grille d'équivalence des émissions unitaires : les configurations qui ont un même symbole ont même niveau d'émission sonore E . 3.9.2 - Les nouvelles valeurs unitaires L'option retenue pour les nouvelles valeurs est de caractériser l'émission sonore par la puissance acoustique d'une "ligne source", quantité mieux appropriée pour les logiciels de prévision de bruit de trafic. Elle est donnée par unité de longueur. Son niveau, pour un débit de 1 véhicule/heure est : LW / m / veh = LW - 10 log V - 30 (50) L'émission sonore est, ici aussi, donnée en fonction de la vitesse pour les 2 mêmes catégories de véhicules, mais en considérant seulement 9 configurations allure/profil en long (Tableau 3.35). LW /m VL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil montée descente horizontal s s s LW /m PL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil montée descente horizontal S B C a a a A E A d d d S S C Tableau 3.35 - Nouveau guide, grille d'équivalence des émissions unitaires : les configurations qui ont un même symbole ont même niveau d'émission sonore LW /m . Les valeurs d'émission obtenues pour les VL s'avèrent ne dépendre que de l'allure, pas de la déclivité. Celles obtenues pour les PL dépendent en général de l'allure et de la déclivité24. 23 24 Sur site dégagé (pas d'écran ni de bâtiment à proximité), et avec sol réfléchissant. Les nouvelles valeurs ne sont établies que pour des déclivités ne dépassant pas 6% Commentaires et analyses 71 3.9.3 - Comparaison La correspondance de LW /m avec E est : LW / m / veh = E + 20 Allures (51) Le GdB80 considère des écoulements fluide continu, pulsé accéléré, pulsé décéléré. Le nouveau guide considère les allures stabilisée, accélérée, décélérée. Les comparaisons se feront entre fluide continu/ allure stabilisée, pulsé accéléré/ allure accélérée, pulsé décéléré/ allure décélérée. L'écoulement pulsé non différencié considéré dans le GdB80 s'oppose à l'écoulement fluide. Il n'est stable ni dans le temps (variation brusque de débits sur de courtes périodes de temps), ni dans l'espace (concentration irrégulière des véhicules sur la section étudiée, à un instant donné). La nouvelle procédure subdivise une ligne source en tronçons acoustiquement homogènes (débit, vitesse, allure) et ne fournit donc pas de valeur d'émission pour ce type d'écoulement. Déclivité Pour le GdB80 comme pour le nouveau guide, les déclivités inférieures à 2% sont considérées ne pas avoir d'influence sur l'émission acoustique d'un véhicule. Le GdB80 considère qu'en montée ou en descente les niveaux d'émission sont indépendants de la déclivité25. Le nouveau guide arrive à la même conclusion pour les VL26 ; par contre, pour certaines configurations, les valeurs d'émission des PL dépendent de la déclivité. Les évaluations du nouveau guide ne sont données que pour des déclivités ne dépassant pas 6%, les comparaisons avec le GdB80 seront effectuées pour une déclivité de 6%. Revêtements L'influence du revêtement (catégorie, âge) n'a pas été prise en compte dans le GdB80. Les comparaisons sont ici effectuées avec les nouvelles valeurs d'émission correspondant à des revêtements jeunes (2 ans ou moins) et non celles des revêtements de 10 ans d'âge. Organisation Les comparaisons sont organisées par allure (stabilisée, accélérée, décélérée) et, pour chaque allure, par type de profil en long (route horizontale, montée à 6%, descente à 6%). Présentation graphique Les comparaisons sont données dans chaque catégorie/ configuration sous la forme de 2 graphes, avec la vitesse comme variable : l'un (graphe supérieur) où sont tracées les valeurs d'émission du GdB80 et du nouveau guide (pour les catégories R1, R2 et R3) ; l'autre (graphe inférieur) où est tracée la différence L entre la valeur d'émission donnée par le nouveau guide (catégorie R3) et celle donnée par le GdB80. Un L négatif signifie que le bruit de trafic (sur un revêtement de catégorie R3) est aujourd'hui plus faible que dans les années 70. Pour rappeler que l'effet vieillissement n'est pas inclus ici, les catégories sont repérées R1 J, R2 J, R3 J. 25 26 supérieure à 2% Il est même conclu qu'à allure donnée les valeurs d'émission VL, sur route horizontale, en montée ou en descente, sont les mêmes. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 72 3.9.4 - Allure stabilisée (Figure 3.36) Allure stabilisée - route horizontale (Figure 3.36 graphiques du haut) Dès 40 km/h environ, les nouvelles valeurs d'émission des VL pour la catégorie R3 J sont les mêmes que celles du GdB80 : aux moyennes et hautes vitesses, le bruit de trafic VL sur des revêtements de la catégorie R3 est le même aujourd'hui qu'il y an 25 ans27. En deçà de 40 km/h les nouvelles valeurs d'émission sont plus faibles. Ceci peut s'interpréter comme résultant d'une réduction de la composante bruit moteur du parc entre les années 80 et aujourd'hui. La réduction sur le bruit de trafic est d'environ 3 dB(A) à 25 km/h. Les nouvelles valeurs d'émission des PL sur R3 J ne sont identiques à celles du GdB80 qu'au delà de 70 km/h. A 25 km/h, le bruit de trafic PL donné par le nouveau guide (R3 J) est inférieur de 9 dB(A) à celui donné par le GdB80. Allure stabilisée - montée (Figure 3.36 graphiques du milieu) Anciennes et nouvelles valeurs (R3 J) d'émission en montée se confondent à partir de 80 km/h pour les VL et 60 km/h pour les PL (déclivité 6%). Les écarts à 25 km/h entre nouvelles valeurs et GdB80 sont, pour les VL, plus importants ( L = -10 dB(A)) et, pour les PL, moins importants ( L = -4 dB(A)) que ce qui est observé sur route horizontale. Allure stabilisée ­ descente (Figure 3.36 graphiques du bas) Pour les VL, mêmes résultats et mêmes commentaires que allure stabilisée/ route horizontale. Selon le GdB80 les PL roulant à allure stabilisée font le même bruit en descente que sur route horizontale. Selon les nouvelles estimations une déclivité au delà de -2% augmente l'émission acoustique des PL. L'émission des PL donnée par le nouveau guide sur R3 J est inférieure à l'émission donnée par le GdB80 en deçà de 70 km/h environ. L'écart atteint -6 dB(A) à 25 km/h. Au delà de 70 km/h les niveaux sont pratiquement les mêmes. 27 Cf. supra §3 Commentaires et analyses 73 Figure 3.36 - Allure stabilisée. Emissions GdB80 et nouvelles valeurs (sans effet vieillissement). Gauche : VL. Droite : PL. Haut : route horizontale. Milieu : Montée (6% pour le nouveau guide). Bas : descente (6% pour le nouveau guide) 74 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.9.5 - Allure accélérée (Figure 3.37) Allure accélérée - route horizontale (Figure 3.37 graphiques du haut) En allure accélérée les émissions VL sur la catégorie R3 J sont pratiquement égales à celles du GdB80 au delà de 55 km/h. L'écart aux très basses vitesses est du même ordre que celui observé à allure stabilisée. Pour les PL, les différences aux basses vitesses sont plus faibles que celles observées à allure stabilisée (à 25 km/h, L = -6 dB(A) à allure accélérée contre L = -9 dB(A) à allure stabilisée). Nouvelles valeurs sur R3 J et valeurs GdB80 se confondent à partir de 70 km/h. Allure accélérée ­ montée (Figure 3.37 graphiques du milieu) Les valeurs d'émission des VL en montée/ allure accélérée ne sont données dans le GdB80 que pour des vitesses inférieures à 60 km/h. Elles sont supérieures de 3 dB(A) à 4 dB(A) aux nouvelles valeurs (R3 J). L'émission des PL en montée est, pour le GdB80 comme pour les nouvelles valeurs (rampe 6%), la même à allure accélérée qu'à allure stabilisée. Anciennes et nouvelles valeurs se confondent à partir de 60 km/h. L'écart entre valeurs à 25 km/h est L = -4 dB(A). Allure accélérée ­ descente (Figure 3.37 graphiques du bas) La configuration allure accélérée/ descente est la seule pour laquelle les nouvelles valeurs d'émission VL s'avèrent très proches de celles du GdB80 sur toute la plage de vitesse28. Selon le GdB80 et le nouveau guide, un PL roulant à allure accélérée en descente fait le même bruit qu'à allure accélérée sur route horizontale29. Pour les observations cf. donc supra allure accélérée/ route horizontale. En deçà de 70 km/h environ, l'émission PL donnée par le nouveau guide sur R3 est inférieure à celle donnée par le GdB80. L'écart est environ -5 dB(A) à 25 km/h. Au delà de 70 km/h les niveaux sont pratiquement les mêmes. Les valeurs d'émission VL sont considérées être indépendantes de la déclivité, pour le GdB80 comme pour le nouveau guide . Les valeurs du nouveau guide ne sont établies que pour des déclivités ne dépassant pas 6%. 29 Les valeurs d'émission PL à allure accélérée/ descente sont indépendantes de la déclivité, pour le nouveau guide comme pour le GdB80. Les valeurs du nouveau guide ne sont établies que pour des déclivités ne dépassant pas 6%. Commentaires et analyses 75 28 Figure 3.37 - Allure accélérée. Emissions GdB80 et nouvelles valeurs (sans effet vieillissement). Gauche : VL. Droite : PL. Haut : route horizontale. Milieu : Montée (6% pour le nouveau guide). Bas : descente (6% pour le nouveau guide) 76 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.9.6 - Allure décélérée (Figure 3.38) Allure décélérée - route horizontale (Figure 3.38 graphiques du haut) Contrairement à ce qui est observé dans la plupart des autres cas, les nouvelles valeurs d'émission sur R3 J s'avèrent dans certaines plages de vitesse supérieures à celles données par le GdB80 (entre 40 km/h et 100 km/h pour les VL, en deçà de 95 km/h pour les PL). La démarche utilisée pour construire les nouvelles valeurs considère que la décélération est obtenue, par certains en utilisant le frein à pied, par d'autres en utilisant le frein moteur. En conséquence, la composante moteur et l'émission globale sont plus importantes à allure décélérée qu'à allure stabilisée. Les valeurs d'émission GdB80 à allure stabilisée et à allure décélérée sont tracées sur un même graphique Figure 3.39. Selon le GdB80 un VL en décélération émet plutôt moins de bruit qu'à allure stabilisée (graphe de gauche), un PL en décélération émet beaucoup moins de bruit qu'à allure stabilisée (graphe de droite). Figure 3.39 - GdB80 Route horizontale. Allures stabilisée et décélérée. Gauche : VL. Droite : PL Allure décélérée ­ montée (Figure 3.38 graphiques du milieu) GdB80 et nouveau guide donnent, à partir de 50 km/h, mêmes valeurs d'émission pour les VL en montée/ allure décélérée. A 25 km/h l'écart entre valeurs atteint -6 dB(A). Selon le GdB80 le PL à allure décélérée fait plus de bruit en montée que sur route horizontale. Selon les nouvelles estimations, le PL à allure décélérée fait le même bruit en montée que sur route horizontale. Les nouvelles valeurs (R3 J) s'avèrent pratiquement égales à celles du GdB80 au delà de 60 km/h. L'écart à 25 km/h est de l'ordre de -4 dB(A). Allure décélérée ­ descente (Figure 3.38 graphiques du bas) Les valeurs d'émission VL données par le GdB80 pour la configuration descente/ allure décélérée sont les plus basses de toutes. Sauf aux très faibles vitesses elles s'avèrent inférieures aux nouvelles valeurs (R3 J). Pour le GdB80 comme pour le nouveau guide, les valeurs d'émission PL en descente de 6% à allure décélérée sont les mêmes qu'à allure stabilisée. L'émission des PL donnée par le nouveau guide sur R3 J est inférieure à l'émission donnée par le GdB80 en deçà de 70 km/h environ. L'écart atteint -6 dB(A) à 25 km/h. Au delà de 70 km/h les niveaux sont pratiquement les mêmes. Commentaires et analyses 77 Figure 3.38 - Allure stabilisée. Emissions GdB80 et nouvelles valeurs (sans effet vieillissement). Gauche : VL. Droite : PL. Haut : route horizontale. Milieu : Montée (6% pour le nouveau guide). Bas : descente (6% pour le nouveau guide) 78 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 3.9.7 - Conclusion Mis à part le cas de 3 allures/configurations, les valeurs d'émission du nouveau guide sur la catégorie R3 (sans effet de vieillissement) se confondent pratiquement avec celles du GdB80 aux hautes vitesses, domaine où le bruit de roulement prédomine. Il apparaît donc que le bruit de roulement sur les revêtements de la catégorie R3 correspond au bruit de roulement sur les revêtements des années 70, pour les VL comme pour les PL. Ce n'est pas trop surprenant dans la mesure où les techniques de revêtement utilisées dans les années 70 sont, pour leur grande majorité, classées dans la catégorie R3. Ceci implique cependant que les caractéristiques acoustiques des pneumatiques ont peu changé depuis les années 70 (cette stabilité acoustique des pneumatiques a été constatée par Sandberg pour la période 1920-1980 [32]). Aux basses vitesses les nouvelles valeurs d'émission sont en général inférieures à celles du GdB80. Ceci peut s'interpréter comme résultant d'une réduction de la composante moteur du parc entre les années 80 et aujourd'hui. Les réductions de bruit observées à 25 km/h sont de l'ordre de 3 B(A) pour les VL et de l'ordre de 5 dB(A) pour les PL. 3.9.8 - Quelques valeurs caractéristiques Vitesses critiques La vitesse à partir de laquelle les valeurs d'émission du nouveau guide sur R3 restent pratiquement égales à celles du GdB80 dépend de la catégorie du véhicule et de la configuration (Tableau 3.40). VL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil horizontal 40 80 x montée 80 x 50 descente 40 80 x PL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil horizontal 70 70 x montée 60 60 60 descente 70 70 70 Tableau 3.40 - Vitesses (en km/h) à partir desquelles les valeurs d'émission du GdB80 et du nouveau guide (R3 )restent pratiquement égales. Différences à 25 km/h Aux basses vitesses les nouvelles valeurs d'émission sont en général inférieures à celles du GdB80. Les différences à la vitesse de 25 km/h sont données Tableau 3.41. VL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil horizontal -3 -3 x montée -10 -4 -6 descente -3 -3 x PL allure stabilisée allure accélérée allure décélérée profil horizontal -9 -6 x montée -4 -4 -4 descente -6 -5 -6 Tableau 3.41 - Différences en dB(A) entre les valeurs nouveau guide (R3) et les valeurs GdB80 à 25 km/h. 3.9.9 - L'équivalent Poids Lourd L'équivalent poids lourd est une notion introduite dans la méthode simplifiée du GdB80 pour simplifier les calculs. Il permet d'évaluer le bruit de trafic à partir une seule équation où figure une seule vitesse, celle des VL. L'expression est de la forme30 : Leq = 10 log(QVL + E qPL × QPL ) + 20 log V + ... (52) 30 le facteur d'équivalence acoustique et le niveau d'émission sonore sont désignés par le même symbole E dans le GdB80 . Nous proposons d'utiliser E qPL ici pour éviter toute confusion. Commentaires et analyses 79 QVL : débit représentatifs des VL, QPL : débit représentatif des PL, E qPL : facteur d'équivalence acoustique entre PL et VL V vitesse du trafic. L'équivalence est aussi exprimée par la relation 1PL = E qPL × VL (53) E qPL prend en compte le fait que la vitesse de circulation des PL peut être différente de celle des VL. Les valeurs proposées dans le GdB80 sont reportées dans le Tableau 3.42 : 2% Autoroute VRU Voie urbaine 4 7 10 3% 5 9 13 4% 5 10 16 5% 6 11 18 .6% 6 12 20 Tableau 3.42 - Facteur d'équivalence E qPL acoustique entre PL et VL : 1PL = E qPL × VL (GdB80 méthode simplifiée) Nouvelles valeurs Sauf à retrouver les correspondances de vitesse entre PL et VL utilisées dans le GdB80 pour les différents types de voies, il est impossible de donner, pour les nouvelles valeurs, une équivalence PL qui puisse être comparée à celle de la méthode simplifiée. Il est proposé de considérer un facteur d'équivalence E qPL avec comme hypothèse sur les vitesses V 100 km/h : VL et PL roulent à la même vitesse, V > 100 km/h : les PL roulent à 100 km/h. Les niveaux d'émission pris ici pour le nouveau guide sont ceux correspondant à un revêtement âgé. Les valeurs E qPL correspondant aux nouvelles valeurs d'émission sont tracées Figures 3.43 (vitesse stabilisée route horizontale), 3.44 (vitesse stabilisée, montée de 6% et descente de 6%) et 3.45 (accélération et décélération sur route horizontale) pour les 3 catégories de revêtements. Les valeurs du GdB80 sont ré-évaluées à partir des abaques de la Figure 1 du GdB80. D'une façon générale le facteur d'équivalence est fonction de la vitesse. Pour les nouvelles valeurs et aux vitesses supérieures à 100 km/h, il diminue lorsque la vitesse augmente : le bruit des VL augmente avec la vitesse alors que les PL continuent à rouler à la vitesse de 100 km/h. Les facteurs d'équivalence sur R1 et R2 sont proches, et supérieurs au facteur d'équivalence sur R3. 80 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Vitesse stabilisée, route horizontale Figure 3.43 - Facteur d'équivalence E qPL . Vitesse stabilisée - route horizontale. Les facteurs d'équivalence sur R1 et R2 sont de l'ordre de 8 entre 60 km/h et 100 km/h. Celui de R3 est de l'ordre de 6 sur la même plage de vitesse. Pour les trois catégories, le facteur d'équivalence croit significativement aux faibles vitesses. Au delà de 65 km/h le facteur d'équivalence du GdB80 est plutôt proche de celui sur R1 et R2. Montée ou descente à vitesse stabilisée Figure 3.44 - Facteur d'équivalence E qPL . Vitesse stabilisée - GAUCHE : montée. DROITE : descente. Entre 60 km/h et 100 km/h à vitesse stabilisée, le facteur d'équivalence sur R1 et R2 est de l'ordre de 10 à 15 en montée, de l'ordre de 9 en descente. Sur R3 où le bruit de roulement est plus important, le facteur d'équivalence est plus faible (6 à 8 environ). Les équivalences données par le GdB80 ont des ordres de grandeur comparables. Commentaires et analyses 81 Accélération ou décélération sur route horizontale Figure 3.45 - Facteur d'équivalence E qPL . Vitesse stabilisée. GAUCHE : en accélération. DROITE : en décélération. En accélération ou décélération sur route horizontale, les PL sont considérés faire environ 7 fois plus de bruit que les VL, sauf aux très hautes vitesses pour les deux cas et aux très basses vitesses pour la décélération. Le GdB80 donne des équivalences comparables, sauf aux faibles vitesses. 3.9.10 ­ Eléments particuliers Les données relatives aux tranchées, tunnels et couvertures n'ont pas été traitées et réactualisées dans ce guide. Les formules données dans le Guide du Bruit (GdB80 ) restent donc inchangées. Pour information, elles sont reproduites en annexe 5. 3.10 - Répartition spectrale 3.10.1 - Origine des valeurs Les valeurs des spectres fournies sont issues des mesures répertoriées dans la base de données « bruit de roulement » et obtenues selon la méthode au passage. A chaque planche de la base est associé un spectre, obtenu à partir des véhicules mesurés31 (au minimum 80). Des spectres moyens VL et PL en bande de tiers d'octave ont été calculés de la manière suivante : · tous les spectres de la base de données ont été ramenés à une valeur globale de 0 dB(A) ; · par technique de revêtement et par type de véhicule (VL et PL), la moyenne arithmétique par tiers d'octave de tous les spectres a été calculée. Cette moyenne a ensuite été ramenée à une valeur globale de 0 dB(A) ; · ces spectres moyens par technique ont été classés en 4 familles distinguant les VL et PL d'une part, revêtements drainants et non drainants d'autre part. En examinant ces spectres moyens obtenus par technique de revêtement, on observe que dans la famille des revêtements non drainants, l'écart type des spectres est de 1 à 2 dB selon les fréquences pour les VL et de 0,5 à 1,5 dB selon les fréquences pour les PL. Pour les revêtements drainants, les données utilisées concernent essentiellement le revêtement BBDr 0/10, la notion d'écart type n'est donc pas appropriée. Ce spectre est obtenu en calculant, sur chaque bande de tiers d'octave, la régression linéaire des niveaux LAmax des véhicules en fonction du logarithme de la vitesse. Il est donné pour une certaine valeur de la vitesse, appelée vitesse de référence [voir norme 31 119]. 82 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 31 L'examen des représentations graphiques a montré que, à l'intérieur de chacune des quatre familles, les spectres sont de forme similaire. Ils ont donc tous étés intégrés dans le calcul des spectres représentatifs de chaque famille, soit : · 150 spectres VL et 80 spectres PL pour les revêtements non drainants, · 30 spectres VL et 20 spectres PL pour les revêtements drainants. Les spectres représentatifs de chaque famille ont été calculés en effectuant la moyenne arithmétique par tiers d'octave des spectres de chaque technique. Cette moyenne a ensuite été ramenée à une valeur globale de 0 dB(A). Remarque : Les revêtements BBTM de type 2 ne peuvent pas être classés dans la même famille de revêtements que les drainants car les formes diffèrent : leurs spectres présentent un pic vers 1000 Hz, qui est absent dans les spectres des drainants. 3.10.2 - Influence de la vitesse Cette approche de détermination de spectres d'émission sonore des véhicules ne tient pas compte de l'influence éventuelle de la vitesse sur la forme du spectre (l'hypothèse retenue est que la vitesse modifie le niveau et non la forme du spectre). Note : les spectres définis ici sont issus de valeurs mesurées au passage à vitesses élevées. On a considéré qu'ils étaient également utilisables dans le domaine de vitesse où le bruit moteur prédomine. En effet, des observations ont montré que les plages de fréquences mises en jeu pour les deux composantes moteur et roulement sont similaires. 3.10.3 - Représentativité des spectres et intérêt de la séparation VL/PL Les spectres « trafic » composés d'un pourcentage forfaitaire de 85% de VL et 15 % de PL ont été comparé à 15 spectres (dont 4 drainants) mesurés par ailleurs en LAeq (à 7,5 m de la voie et 1,2 m de hauteur pendant une période de 45 minutes). Cette comparaison montre que les spectres forfaitaires (revêtements drainants /non drainants) sont bien dans les fuseaux des valeurs mesurées en moyennes et hautes fréquences, mais qu'ils sont systématiquement en dessous dans les fréquences inférieures à 500Hz. Cependant ces écarts ont peu d'influence sur le niveau global. Afin d'évaluer l'intérêt de présenter deux spectres différenciés VL et PL, l'influence du pourcentage PL a été étudiée en comparant les spectres de bruit construits avec des proportions de PL extrêmes (0% et 40%). On observe que les spectres "trafic" recomposés avec une proportion variable de PL sont très similaires, exceptés dans la plage 400-630 Hz (soit la bande d'octave 500 Hz) pour laquelle la largeur de l'enveloppe atteint 5 à 6 dB pour les revêtements non drainants et 2 à 3 dB pour les revêtements drainants. Au vu de ces résultats, la représentation par un spectre d'émission unique combinant les deux types de véhicules a été adoptée pour la prévision du bruit à faible distance de la route, les deux inconvénients mentionnés (faiblesses dans les graves et variabilité selon le pourcentage de PL autour de 500 Hz) ne paraissant pas rédhibitoires du fait du poids relativement faible des fréquences concernées. 3.10.4 - Propagation à grande distance Pour s'assurer que la contribution de ces fréquences au bruit global reste limitée même à grande distance de la route, des spectres de différentes compositions PL ont été propagés à une distance de 100 m et de 200 m à l'aide d'un modèle théorique, avec une configuration de site simple (route au niveau du terrain naturel, sol plan), pour les deux types de conditions météorologiques favorables et homogènes. Les résultats montrent une faible dispersion des atténuations par rapport à 7,50 m, quels que soient les cas envisagés. Cependant, les résultats obtenus avec 15 % de PL se trouvent plus proches des résultats obtenus pour un trafic comprenant 40 % de PL que de ceux avec 0 %. Un trafic comprenant 10 % de PL a donc été retenu comme valeur intermédiaire (les spectres correspondant, par tiers d'octave, sont donnés au chapitre 2.8). Commentaires et analyses 83 3.10.5 - Modifications par rapport aux valeurs antérieures Le spectre de la NMPB 96 [36] est défini en bande d'octaves, il est donc difficile de le comparer directement aux spectres de la présente méthode (donnés en bande de tiers d'octave). A titre d'information, la figure 3.46 compare les deux spectres de la présente méthode (revêtements drainants et revêtements non drainants) avec le spectre fourni par la norme EN 1793- partie 3 [33] (le spectre de la NMPB 96 est directement issu de ce dernier, par sommation des tiers d'octave). Tiers d'octave 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz 0 -5 -10 dB(A) -15 -20 -25 -30 bruit du trafic, revêtements drainants bruit du trafic, revêtements non drainants spectre EN 1793-3 Figure 3.46 - Comparaison spectres définis/spectre de la norme EN 1793- partie 3 Dans les basses et hautes fréquences, les spectres proposés sont inférieurs au spectre de la norme EN 1793 ­ partie 3, alors que celui ci se trouve plutôt entre les spectres drainants et non drainants dans les moyennes fréquences (fréquences prépondérantes). 84 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 4 ­ Bibliographie 4.1 ­ Références bibliographiques [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Décret n° 95-22 du 9 janvier 1995 relatif à la limitation du bruit des aménagements et infrastructures de transports terrestres (JORF du 10/01/1995). 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[26] Acoustic emission of a passenger car ­ Effect of road gradient ­ J.F. Hamet and J. Lelong, Technical Report SILVIA-INRETS-015-WP5, 2005. [27] Mesure de bruit au passage ­ Méthode VM sur RN et sur piste ­ effet acoustique d'une rampe et de l'accélération sur l'émission sonore d'un VL ­ H. Lefevre, Technical report, LR Clermont-Ferrand, 2004. [28] Mesure de bruit de VL en rampe à faible vitesse ­ Circuit de Charade ­ H. Lefevre, Technical report, LR Clermont-Ferrand, 2004. [29] Bruit des véhicules légers en rampe ­ Analyse des résultats obtenus sur le site de Charade ­ J.F. Hamet and J. Lelong, Technical Report LTE 0437, INRETS, 2004. [30] Bruit des véhicules légers en rampe ­ Analyse des résultats obtenus sur le site d'Orcines la Baraque ­ J.F. Hamet and J. Lelong, Technical Report LTE 0617, INRETS, 2006. [31] Effect of acceleration on vehicle noise emission ­ J. Lelong and R. Michelet, in Forum Acusticum, Berlin, 1999. [32] Six decades of vehicle noise abatement ­ but what happened to the tires ? ­ U. Sandberg, Technical Report 100, VTI, 1984. [33] NF EN 1793-3 (indice de classement : S 31-303), "Dispositifs de réduction du bruit du trafic routier ­ Méthode d'essai pour la détermination de la performance acoustique ­ Partie 3 : Spectre sonore normalisé de la circulation". AFNOR, novembre 1997. [34] Influence de la couche de roulement de la chaussée sur le bruit du trafic routier ­ Note Cftr ­ info n°4, juin 2001. [35] Hamet JF., Besnard F., Lelong J. Nouvelles valeurs d'émission sonore des véhicules routiers. Le tronçon acoustiquement homogène. Rapport INRETS/LTE 0721 Novembre 2007. [36] Bruit des infrastructures routières, Méthode de calcul incluant les effets météorologiques ­ Version expérimentale ­ NMPB-Routes-96, CERTU, CSTB, LCPC, SETRA, Janvier 1997. 4.2 ­ Documents bibliographiques du Sétra Guide du Bruit des Transports Terrestres ­ Prévision des niveaux sonores. CETUR, novembre 1980. Bruit des infrastructures routières ­ Méthode incluant les effets météorologiques ­ version expérimentale ­ NMPB-Routes-96, CERTU, CSTB, LCPC, SETRA, 1997. Bruit et études routières ­ Manuel du chef de projet, Sétra, CERTU, octobre 2001. Calcul prévisionnel de bruit routier ­ Profils journaliers de trafic sur routes et autoroutes interurbaines. Note d'information Economie, Environnement, Conception n°78, Sétra, février 2007, 10 p. Guide méthodologique ­ Prévision du bruit routier ­ 2- Méthode de calcul de propagation du bruit incluant les effets météorologiques (NMPB 2008), Sétra 2009. 86 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes Annexes 87 Annexe 1 ­ Notations et symboles dB(A) le décibel (A), unité dans laquelle est exprimée le niveau sonore, ou niveau de pression, représentatif de l'énergie transmise. Pour tenir compte de la sensation effective de l'oreille humaine, on utilise des courbes de pondération. Pour le bruit routier, ainsi que pour la plupart des bruits dans l'environnement, on utilise la courbe de pondération A véhicules légers, véhicules dont le PTAC est inférieur à 3,5 tonnes poids lourds, véhicules dont le PTAC est égal ou supérieur à 3,5 tonnes niveau sonore défini par la relation suivante VL PL L L = 10 log p p0 LAeq(T) p2 2 p0 moyenne de la pression quadratique ou déclivité du terrain pression de référence, égale au seuil d'audibilité absolue : 2.10-5 Pa niveau de bruit équivalent, exprimé en décibels A, représentant le niveau de bruit constant qui aurait été produit avec la même énergie que le bruit existant réellement pendant la période T considérée. Il exprime donc la moyenne de l'énergie reçue, la pondération A rendant compte de la sensibilité de l'oreille en fonction de la fréquence à partir d'une courbe de pondération normalisée. La formule de calcul du LAeq est la suivante : 1 p2 (t) L Aeq ( T) = 10.log . dt 2 T T p0 T V Vréf Vmin Vmax période considérée vitesse des véhicules vitesse de référence (90 km/h pour les VL et 80 km/h pour les PL) vitesse minimale vitesse maximale puissance acoustique puissance acoustique de référence de valeur W0 = 1 pW niveau sonore maximum observé pendant une période donnée selon les procédures de mesure W W0 LAmax "au passage" LW LW/m LW/m (j) puissance d'émission sonore de formule LW = 10 log puissance d'émission par mètre de voie W W0 puissance d'émission sonore par mètre de ligne source et par bande de tiers d'octave 88 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier LW / m / véh puissance d'émission par mètre de voie de la catégorie de véhicules pour un débit unitaire (1 véh/h). Elle peut être notée également LW/m (1 véh/h). Pour les VL (respectivement PL), on a donc LW / m / VL (respectivement LW / m / PL ). Elle se décompose en deux termes Lr_W/m et Lm_W/m selon la formule suivante : LW/m/véh = Lr_W/m Lm_W/m est la composante de LW/m/véh supposée émise par le contact pneumatique-chaussée, dite aussi "composante roulement". Elle peut être notée également Lroulement est la composante de LW/m/véh supposée émise par l'ensemble des sources mécaniques des véhicules, dite aussi "composante moteur". Elle peut être notée également Lmoteur L1 L2 10 10 représente l'addition énergétique : L1 L2 = 10. log 10 + 10 Lr_W/m Lm_W/m Lr_W/m Lm_W/m Ri TMJA %PL %PL jour %PL nuit %TV jour %TV nuit erreur commise sur le niveau d'émission de la composante "roulement" erreur commise sur le niveau d'émission de la composante "moteur" rapport de boîte trafic moyen journalier annuel pourcentage de poids lourds. C'est la part des PL dans le trafic total pourcentages de poids lourds sur la période de jour pourcentages de poids lourds sur la période de nuit pourcentages du débit tous véhicules sur la période de jour pourcentages du débit tous véhicules sur la période de nuit débit moyen horaire de la catégorie de véhicules débit moyen horaire pour les VL débit moyen horaire pour les PL débit moyen horaire tous les véhicules VL et PL débit moyen horaire par VL pour la période de jour débit moyen horaire par VL pour la période de nuit débit moyen horaire par PL pour la période de jour débit moyen horaire par PL pour la période de nuit débit équivalent de l'emission sonore maximale du flot. Pour une proportion de poids lourds donnée, c'est la valeur du débit tous véhicules qui donnerait, pour la même valeur de %PL et pour les vitesses à vide VL et PL, la puissance d'émission sonore maximale correspondant à la situation de saturation acoustique. Qvéh QVL QPL QTV QVL,jour QVL,nuit QVL,jour QPL,nuit QTV_eq Annexes 89 Qhps %HPS Cvp K j R(j) R1 débit tous véhicules à l'heure de pointe du soir pourcentage du débit tous véhicules à l'heure de pointe du soir par rapport au TMJA équivalence trafic entre VL/PL concentration en véhicules indice de la bande de tiers d'octave répartition spectrale de la puissance d'émission catégorie de revêtements R1 regroupant les techniques de revêtements suivantes : BBTM 0/6 types 1 et 2 BBUM 0/6 BBDr 0/10 BBTM 0/10 type 2 catégorie de revêtements R2 regroupant les techniques de revêtements suivantes : BBTM 0/10 type 1 BBSG 0/10 ECF BBUM 0/10 catégorie de revêtements R3 regroupant les techniques de revêtements suivantes : BC BBTM 0/14 BBSG 0/14 ES 6/10 ES 10/14 Béton Bitumineux Très Mince Béton Bitumineux Ultra Mince Béton Bitumineux Drainant Béton Bitumineux Semi-Grenu Enrobé Coulé à Froid Béton de Ciment Enduit Superficiel âge du revêtement dans le correctif pour le calcul de la composante roulement correctif pour le calcul de la composante moteur des PL émission sonore d'un véhicule définie, par convention, par la relation : R2 R3 BBTM BBUM BBDr BBSG ECF BC ES a L E E = LW - 10 log V - 50 dB( A) Elle est égale numériquement au Leq ,1H provoqué par un véhicule de puissance acoustique LW , circulant à la vitesse V km/h sur une voie rectiligne distante de 50 m du point de mesure, sur site dégagé (pas d'écran ni de bâtiment à proximité), et avec sol réfléchissant 90 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier E qPL GdB80 facteur d'équivalence acoustique entre PL et VL référence au "Guide du Bruit des Transports Terrestres - Prévision des niveaux sonores" CETUR, novembre 1980 Annexes 91 Annexe 2 ­ Formulaire Deux types de niveaux de pression sonore sont utilisés en bruit des transports : · le niveau équivalent adapté à la caractérisation d'un bruit relativement stable ou à évolution lente comme le bruit d'un trafic fluide, · le niveau maximal, adapté à la caractérisation d'un événement comme le bruit au passage d'un véhicule. Les niveaux sonores sont fonction de la puissance acoustique des sources, de leur vitesse, de la distance source/observation. On utilise en bruit des transports des expressions simplifiées. L'objet de ce formulaire est de donner les relations entre les différentes quantités. Le niveau de pression sonore Le niveau de pression sonore s'exprime en décibels. Il est défini par une relation de la forme 2 2 L = 10 log pm /po (1) 2 où pm est une moyenne de la pression quadratique et po une pression de référence. Systématiquement la pression acoustique est prise avec la pondération fréquentielle A. On parle donc de niveau pondéré A. Niveau de pression sonore équivalent Le niveau de pression sonore équivalent caractérise un bruit sur une durée T donnée. Il utilise pour pm la moyenne de la pression quadratique. Il peut dépendre du moment considéré. Noté LAeq ,T (t ) il est donné par la relation : LAeq ,T (t ) = 10 log 2 pT 2 po 2 pT = 1 2 T pA ( ) d T t- t (2) L'évolution du bruit du trafic peut être par exemple caractérisée par l'évolution du niveau équivalent pris sur une heure LAeq ,1H . Niveau de pression sonore FAST Le bruit d'un véhicule en mouvement est caractérisé par l'évolution de son niveau de pression sonore au passage. La moyenne considérée pour la pression quadratique est une moyenne pondérée dite FAST. Le niveau de pression sonore est dénommé niveau de pression sonore FAST. Noté LA, FAST il est donné par la relation LA, FAST (t ) = 10 log 2 pFAST 2 po 2 pFAST = e - t - - 0t,125 2 p A ( ) d (3) 2 où t et sont exprimés en secondes. La contribution de p A ( ) au niveau FAST est d'autant plus faible que t - est important i.e. que l'instant d'occurrence est éloigné de l'instant d'observation t . Niveau de pression sonore d'un véhicule L'émission acoustique d'un véhicule est représentée par l'émission d'un ensemble de sources ponctuelles, le plus souvent omnidirectionnelles. Le niveau de pression sonore provoqué par l'ensemble des sources est pris égal à la somme énergétique des niveaux sonores provoqués chacun par une source32. La relation de base utilisée en bruit des transports pour évaluer les niveaux de pression sonore est celle donnant la pression quadratique provoquée par une source ponctuelle en champ libre33 32 33 On dit que les sources sont non corrélées Il n'y a pas d'écran entre la source et le point d'observation, ni d'élément réflecteur dans le voisinage. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 92 2 pm (t ) = o co Wm (t ) 4 r 2 (t ) (4) Wm est la puissance acoustique efficace de la source34, r est la distance à la source, o est la masse volumique de l'air et co la célérité des ondes acoustiques dans l'air. Le facteur temps permet de prendre en compte le déplacement de la source et la variation éventuelle de la puissance rayonnée (ralentissement ou accélération du véhicule par exemple). L'effet Doppler dû au mouvement de la source est négligé dans cette expression simplifiée. Niveau de puissance sonore Le niveau de puissance sonore LW est défini par la relation LW = 10 log W Wo (5) où Wo est la puissance de référence. Relation entre grandeurs de référence 2 po = o co Wo ro2 (6) quantité valeur unité Pa Watt Ns/m 4 m po Wo 2.10-5 10-12 400 1 o co ro 34 Puissance moyenne prise sur un temps court Annexes 93 Niveau de pression sonore au passage Géométrie Notations p 2 (r ) L p (r ) 10 log 2 po 2 p A,max 2 po (7) LA,max 10 log (8) 2 p A,max est le maximum de la pression quadratique FAST, relevé (en l'absence d'écran) à la distance normalisée d n = 7.52 + 1.22 (distance horizontale de 7.5 m par rapport à l'axe de passage et hauteur de 1.2 m par rapport au sol). Formules L p (r ) = LW - 20 log LA,max Approximations à 0.01 dB r - 10 log(2 ) ro d = LW - 20 log n - 10 log 2 ro r - 7,98 r0 = LW - 25.59 (9) (10) L p (r ) LW - 20 log LA,max (11) (12) 94 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Niveau de pression sonore équivalent Notation LeqT Formules 2 pT = 10 log 2 po (13) LeqT (d ) = LW - 10 log vTd + 10 log LeqT (d ) = LA, max - 10 log - 10 log 2 (14) (15) (16) vTd + 10 log d n2 vT + 10 log LeqT (d n ) = LA,max - 10 log dn L'angle est introduit pour prendre en compte un effet d'écran éventuel (cf. illustration).. Niveaux équivalents sur 1 heure, approximations numériques · · V indique une vitesse exprimée en km/h, d indique une distance en mètres Pour simplifier l'écriture, les grandeurs unitaires seront souvent omises dans les formules (on écrira par exemple log Vd au lieu de log(Vd /Vo d o ) ) Leq1H à la distance d - 33.01 Leq1H (d ) = LA, max - 10 log Vd + 10 log - 7.41 Leq1H (d ) = LW - 10 log Vd + 10 log (17) (18) Leq1H à la distance dn - 41.81 Leq1H (d n ) = LA,max - 10 log V + 10 log - 16.21 Leq1H (d n ) = LW - 10 log V + 10 log (19) (20) Annexes 95 Bruit créé par un tronçon Les nouvelles valeurs d'émission sont exprimées en puissance acoustique par mètre de voie. Ce chapitre donne les formules élémentaires concernant le bruit créé par un tronçon de voie et établit la correspondance entre le niveau de puissance unitaire par mètre de voie LW /m/veh et le niveau maximum au passage LA,max . Puissance sonore par mètre de voie Un débit q veh/s de véhicules du même type, circulant sur une voie à la vitesse v m/s correspond à une densité de voie q /v véhicules/mètre. Si W est la puissance acoustique moyenne des véhicules, la puissance W/m par unité de longueur de voie est : W/m = W q watt /m v (21) Pour un débit Q veh/h et une vitesse V km/h ceci donne W/m = W Q 1000 V watt /m (22) Le niveau de puissance sonore par unité de longueur de voie, noté LW /m , est donné par la relation : LW /m 10 log W/m Q V = LW + 10 log - 10 log - 30 Wo × 1m 1veh/h 1km/h (23) Le niveau de puissance unitaire35 noté LW /m/veh est alors36 LW /m/veh = LW - 10 log V - 30 (24) La correspondance entre LW /m/veh et le LA,max du véhicule est établie en utilisant les équations 10 et 24. On obtient : LW /m/veh = LA, max - 10 log V - 30 + 10 log 2 d n2 Soit à 0.01 dB près : (25) LW / m / veh L A,max - 10 log V - 4,4 Niveau de pression sonore créé par un tronçon (26) 35 36 i.e. correspondant à un débit de 1 véhicule/heure On simplifie ici encore les formules en n'introduisant pas les grandeurs unitaires. Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier 96 Si la puissance acoustique est constante sur une longueur L de tronçon, la pression quadratique créée par cet élément de longueur est [35] : 2 pL = o co 1 W/m d 2 (27) le niveau de pression sonore associé est LeqL = LW/m + 10 log - 10 log d 2 (28) Bruit à très grande distance A très grande distance ( ( L / d << 1) , et sans qu'il soit nécessaire que la puissance acoustique soit constante, on peut écrire 2 pL = o co W ×L 2 r 2 /m (29) et LeqL = LW /m + 10 log L - 20 log r (30) où W /m est la moyenne de W/m sur la longueur L et r est la distance du milieu du tronçon au point d'observation. Annexes 97 Annexe 3 - Note d'information relative au calcul prévisionnel de bruit routier 98 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 99 100 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 101 102 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 103 104 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 105 106 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Annexes 107 Annexe 4 ­ Valeurs d'émission sonore des véhicules Formules en LAmax Principe général LAmax (7,50 m) = Lroulement Lmoteur Lroulement est fonction de la vitesse (V) et de la catégorie de revêtement (R1, R2 ou R3) Lmoteur est fonction de la déclivité (p), de l'allure (stabilisée, accélération, décélération) et de la vitesse (V) Domaine de validité visé en vitesse : Vmin = 20 km/h en allure stabilisée 5 km/h en accélération et décélération Vmax = 130 km/h VL 100 km/h PL Remarque : les formules en accélération et décélération ont été produites à partir de 5 km/h. Toutefois il a été décidé ultérieurement de produire des puissances d'émission spécifiques pour les tronçons de démarrage et d'arrêt, et de ne publier les formules en fonction de V que pour V > 25 km/h. Formules Lroulement Revêtements jeunes (0 à 2 ans) catégorie de revêtements R1 R2 R3 VL 73,3 + 31 log(V/90) 77,3 + 30,1 log(V/90) 79,8 + 31,4 log(V/90) V en km/h PL 82,5 + 30 log(V/80) 85,6 + 30 log(V/80) 86,6 + 30 log(V/80) Sources VL : [h] ; sources PL : [b, m] Pour les PL, les valeurs à 80 km/h proviennent de [b], la pente est imposée égale à 30 [m] comme décrit dans le chapitre 3.5 "Démarche de production des composantes roulement". Effet du vieillissement de 2 à 10 ans [k] · R1 : VL + 4 dB(A) PL + 2,4 dB(A) · R2 : VL + 2 dB(A) PL + 1,2 dB(A) · R3 : VL + 1,6 dB(A) PL + 1 dB(A) Formules Lmoteur VL allure stabilisée, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 20 à 30 60,6 30 à 110 66,3 + 12,0 log(V/90) 110 à 130 64,6 + 31,3 log(V/90) sources : route horizontale : [a, h] ; montée et descente : [i] VL en accélération, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 20 85,7 + 24,1 log(V/90) 20 à 100 70 source : [h] 100 à 130 68,2 + 38,6 log(V/90) 108 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier VL en décélération, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 10 55,5 10 à 25 25 à 80 73,3 + 18,7 log(V/90) 66 + 5,5 log(V/90) source : [h] 80 à 110 66,3 + 12 log(V/90) 110 à 130 64,6 + 31,3 log(V/90) VL combinaisons allure * déclivité Principe général : montée 2% p 6% max(accélération*route horizontale ; allure stabilisée*montée) = décélération*route horizontale source : [g] modifié par [j] descente 2% p 6% = accélération*route horizontale max(décélération*route horizontale ; allure stabilisée*descente) accélération décélération Ce qui donne avec les formules précédentes : montée 2% p 6% = accélération*route horizontale = décélération*route horizontale descente 2% p 6% = accélération*route horizontale = décélération*route horizontale accélération décélération En définitive la déclivité n'intervient donc pas pour les VL. PL toutes allures, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 70 73 + L 70 à 100 73,8 + 13 log(V/80) + L L est un correctif indépendant de la vitesse, fonction de l'allure et de la déclivité. L allure stabilisée accélération décélération 0% p 2% 0 dB(A) 5 dB(A) 0 dB(A) déclivité montée 2% p 6% 2.(p ­ 2) max[2.(p ­ 2) ; 5] 0 dB(A) p en % (valeur absolue) descente 2% p 6% 1.(p ­ 2) 5 dB(A) 1.(p ­ 2) sources des formules : · pour les "combinaisons simples" dans le domaine 20-70 km/h : 0% p 2% [b] [d] [e] déclivité montée 2% p 6% [c] ----descente 2% p 6% [c] ----- allure stabilisée accélération décélération · pour les "combinaisons simples" dans les domaines 5-20 et 70-100 km/h : [f] pour allure stabilisée * route horizontale sur 70-100 km/h, [g] pour les autres ; Annexes 109 · pour les combinaisons allure * déclivité : [g] modifié par [j] (modification sans conséquence pour les PL). Formules en LW/m (1véh/h) Relation entre LW/m(1 véh/h) et LAmax Rappel : LAmax (7,50 m) = LW ­ 25,6 (cf. formulaire INRETS) où LW est le niveau de puissance d'un véhicule. Pour un débit unitaire de 1 véh/h, la densité de véhicules par mètre de voie est 1/(1000.V), avec V en km/h. La puissance par mètre de voie pour 1 véh/h est donc LW/m(1 véh/h) = LW ­ 10.log(V) ­ 30 soit LW/m(1 véh/h) = LAmax (7,50 m) ­ 10.log(V) ­ 4,4 Transcription des formules produites en LAmax On note LW/m(1 véh/h) = A + B.log(V/Vréf) Si la formule de LAmax est de la forme LAmax = a + b. log(V/Vréf), alors A = a ­ 10.log(Vréf) ­ 4,4 B = b ­ 10 Si la formule de LAmax est de la forme LAmax = a + b. log(V), alors A = a + (b ­ 10).log(Vréf) ­ 4,4 B = b ­ 10 Composante roulement Revêtements jeunes (0 à 2 ans) catégorie de revêtements R1 R2 R3 VL 49,4 + 21 log(V/90) 53,4 + 20,1 log(V/90) 55,9 + 21,4 log(V/90) V en km/h PL 59,1 + 20 log(V/80) 62,1 + 20 log(V/80) 63,1 + 20 log(V/80) Revêtements âgés (10 ans ou plus) On ajoute aux valeurs précédentes l'effet du vieillissement, ce qui donne : catégorie de revêtements R1 R2 R3 VL 53,4 + 21 log(V/90) 55,4 + 20,1 log(V/90) 57,5 + 21,4 log(V/90) V en km/h PL 61,5 + 20 log(V/80) 63,3 + 20 log(V/80) 64,1 + 20 log(V/80) Correctif selon l'âge A appliquer à la valeur à 10 ans : VL Age du revêtement (a) Catégorie de revêtements 110 PL 2 à 10 ans 0,5.(a-10) 0,25.(a-10) 2 ans -2,4 -1,2 2 à 10 ans 0,3.(a-10) 0,15.(a-10) R1 R2 2 ans -4 -2 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier R3 -1,6 0,2.(a-10) -1 0,12.(a-10) Composante moteur Remarque : les formules en accélération et décélération ne seront publiées que pour V > 25 km/h. Pour les vitesses inférieures, voir les puissances d'émission spécifiques pour les tronçons de démarrage et d'arrêt. VL allure stabilisée, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 20 à 30 36,7 ­ 10 log(V/90) 30 à 110 42,4 + 2,0 log(V/90) 110 à 130 40,7 + 21,3 log(V/90) VL en accélération, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 20 61,8 + 14,1 log(V/90) 20 à 100 46,1 ­ 10 log(V/90) 100 à 130 44,3 + 28,6 log(V/90) VL en décélération, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 10 31,6 ­ 10 log (V/90) 10 à 25 49,4 + 8,7 log(V/90) 25 à 80 42,1 - 4,5 log(V/90) 80 à 110 42,4 + 2 log(V/90) 110 à 130 40,7 + 21,3 log(V/90) PL toutes allures, toutes déclivités V - km/h Lmoteur 5 à 70 49,6 - 10 log(V/80) + L 70 à 100 50,4 + 3 log(V/80) + L L est un correctif indépendant de la vitesse, fonction de l'allure et de la déclivité. L allure stabilisée accélération décélération 0% p 2% 0 dB(A) 5 dB(A) 0 dB(A) déclivité montée 2% p 6% 2.(p ­ 2) 5 + max[2.(p-4,5) ; 0] 0 dB(A) p en % (valeur absolue) descente 2% p 6% 1.(p ­ 2) 5 dB(A) 1.(p ­ 2) Remarque : pour le cas accélération en montée, l'écriture 5 + max[2.(p ­ 4,5) ; 0] est préférée à max[2.(p-2) ; 5] pour une meilleure cohérence d'affichage avec le tronçon de démarrage (voir plus loin). Annexes 111 Tronçons de démarrage et d'arrêt Ces valeurs s'appliquent sur les 20 premiers mètres en aval ou sur les 20 derniers mètres en amont d'un point d'arrêt. On ne décompose pas en composantes moteur et roulement, les valeurs ci-dessous sont directement exprimées en LW/m(1 véh/h) et ne dépendent pas du revêtement (influence négligeable aux faibles vitesses). Résultats de J.F. Hamet [l] Valables uniquement sur route horizontale : VL V en extrémité, km/h 23,5 22,5 LW/m(1 véh/h), dB(A) 51,1 44,5 V en extrémité, km/h 25 25 PL LW/m(1 véh/h), dB(A) 62,4 58,0 démarrage arrêt Proposition F. Besnard : fixer pour tous les cas une vitesse en extrémité de 25 km/h. Effet de la déclivité Pour les VL, pas d'effet de la déclivité sur la composante moteur (cf. plus haut), donc pas d'effet ici non plus. Pour les PL, la déclivité a un effet sur la composante moteur. Si on considère que la composante roulement est négligeable sur ces tronçons, on peut directement appliquer le correctif L vu plus haut, ce qui donne : - démarrage en montée : LW/m(1 véh/h) = 62,4 + max[2.(p ­ 2) ; 5] ­ 5 = 62,4 + max[2.p-9 ; 0] - démarrage en descente : idem route horizontale ; - arrêt en montée : idem route horizontale ; - arrêt en descente : LW/m(1 véh/h) = 58,0 + (p-2) Synthèse : VL toutes déclivités tronçon de démarrage tronçon d'arrêt p en % (valeur absolue) Les valeurs du tableau ci-dessus ont été établies sans tenir compte de l'effet du vieillissement. En tenant compte de l'effet du vieillissement, les valeurs sont alors les suivantes : VL toutes déclivités tronçon de démarrage route horizontale 0% p 2% 62,4 58,0 51,1 44,5 PL montée 2% p 6% 62,4 + max[2.(p-4,5) ; 0] 58,0 descente 2% p 6% 62,4 58,0 + (p-2) route horizontale 0% p 2% 62,5 58,3 51,3 45,1 tronçon d'arrêt PL montée 2% p 6% 62,5 + max[2.(p-4,5) ; 0] 58,3 descente 2% p 6% 62,5 58,3 + (p-2) 112 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Transcription des formules du guide du bruit E = LW ­ 10 log(V) - 50 LAmax (7,50 m) = LW ­ 25,6 LW/m(1 véh/h) = LW ­ 10.log(V) ­ 30 donc donc LAmax (7,50 m) = E + 10 log(V) + 24,4 LW/m(1 véh/h) = E + 20 Sources des formules [a] Mail J. Lelong 19/11/2004 [b] Rapport V. Steimer ­ "Abaques d'émission sonore : Synthèse des mesures en rampe et sur piste", avril 2001. [c] Rapport S. Doisy - "Abaques d'émission sonore ­ Complément TR en rampe et en descente", juin 2002. [d] Décision réunion novembre 2003 + Rapport S. Doisy "Mesures TR accélération/décélération", septembre 2004 [e] Décision réunion septembre 2004 + Rapport S. Doisy "Mesures TR accélération/décélération", septembre 2004 [f] Décision réunion mai 2004 (Transcrite en formule par F. Besnard) [g] Décision réunion novembre 2004 [h] Note "Réactualisation des abaques du Guide du Bruit", J. Lelong, 22 mars 2005. [i] Décision réunion décembre 2005. [j] Décision réunion janvier 2006. [k] Décision réunion 30 novembre 2006. [l] Rapport J.F. Hamet ­ "Le tronçon acoustiquement homogène", chap. 5 (finalisation en cours en janvier 2007). [m] Décision réunion 19 janvier 2007. Annexes 113 Résultats graphiques Les graphes donnés dans ce chapitre représentent les évolutions des niveaux sonores en fonction de la vitesse du nouveau guide de calcul des émissions sonores dues au trafic routier. Chaque graphe concerne une catégorie de véhicules (VL ou PL) et une tranche d'âge des revêtements (âgés d'au maximum 2 ans ou âgés d'au moins 10 ans). Les valeurs d'émission obtenues pour les VL ne dépendent que de l'allure, pas de la déclivité. On représente donc sur chaque graphe, pour les VL sur revêtements jeunes (âgés d'au maximum 2 ans), puis âgés d'au moins 10 ans, les évolutions des niveaux sonores pour toutes les déclivités (cf. figures A). Les valeurs d'émission obtenues pour les PL dépendent de l'allure et de la déclivité. On représente pour les PL sur revêtement jeunes, âgés d'au maximum 2 ans, puis âgés d'au moins 10 ans : - les évolutions des niveaux sonores pour l'allure stabilisée et toutes les déclivités (cf. figures B), - les évolutions des niveaux sonores, pour l'allure accélérée et toutes les déclivités (cf. figures C), - les évolutions des niveaux sonores pour l'allure décélérée et toutes les déclivités (cf. figures D). Le premier ensemble de graphes porte sur les niveaux exprimés en LAmax, le deuxième porte sur ceux exprimés en LW/m/veh. Légende des graphes Des indications supplémentaires sont données sur les graphes pour faciliter l'identification des familles de courbes : a, s ou d pour allure accélérée, stabilisée ou décélérée ; +6%, 0%, ou -6% pour montée 6%, route horizontale, ou descente 6%. 114 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Graphes LAmax ­ VL (Figures A) LA max (log(V)) LA max (log(V)) Annexes 115 Graphes LAmax - PL, allure stabilisée (Figures B) LA max (log(V)) LA max (log(V)) 116 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Graphes LAmax - PL, accélération (Figures C) LA max (log(V)) LA max (log(V)) Annexes 117 Graphes LAmax - PL, décélération (Figures D) LA max (log(V)) LA max (log(V)) 118 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Graphes LW/m/veh ­ VL (Figures A) LW/m/veh (log(V)) LW/m/veh (log(V)) Annexes 119 Graphes LW/m/veh - PL, allure stabilisée (Figures B) LW/m/veh (log(V)) LW/m/veh (log(V)) 120 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Graphes LW/m/veh - PL, accélération (Figures C) LW/m/veh (log(V)) LW/m/veh (log(V)) Annexes 121 Graphes LW/m/veh - PL, décélération (Figures D) LW/m/veh (log(V)) LW/m/veh (log(V)) 122 Prévision du bruit routier - Calcul des émissions sonores dues au trafic routier Page laissée blanche intentionnellement Le précédent guide de prévision de l'émission du bruit émis par le trafic routier remonte à 1980. Le parc automobile, les revêtements routiers, les méthodes d'évaluation des émissions sonores ont évolué. Il devenait donc indispensable de produire un nouveau guide de calcul des émissions. C'est l'objet de ce document. Le calcul des niveaux sonores ainsi obtenu est nécessaire pour ensuite prévoir les niveaux sonores à grande distance en tenant compte des effets de sol et de météorologie sur la propagation. C'est l'objet d'un autre guide ayant pour titre « prévision du bruit routier - NMPB 2008 ­ Méthode de calcul de propagation du bruit incluant les effets météorologiques ». On obtient ainsi les outils utiles destinés principalement aux études d'impact de projets routiers, à la vérification du respect de la réglementation ou d'un objectif acoustique fixé par le maître d'ouvrage, et au dimensionnement des protections acoustiques. Après avoir rappelé quelques définitions spécifiques à l'acoustique (définition des grandeurs physiques, de grandeurs caractéristiques du trafic, présentation des hypothèses de travail ...), le guide étudie les deux composantes du bruit émis. L'émission est en effet décomposée en deux composantes : une composante due au bruit dit «de roulement», due au contact pneumatique-chaussée, et une composante « moteur ». Le guide innove en prenant en compte la catégorie du revêtement et son âge dans le calcul du bruit de « roulement ». La première partie du guide décrit la méthode (démarche et formules). La deuxième partie présente les enjeux associés, les fondements des formules ou des valeurs utilisées, leurs limites, ainsi qu'une comparaison entre les deux guides (celui de 1980 et celui de 2008). Service d'études sur les transports, les routes et leurs aménagements 46 avenue Aristide Briand BP 100 - 92225 Bagneux Cedex - France tél : 33 (0)1 46 11 31 31 fax : 33 (0)1 46 11 31 69 Document disponible au bureau de vente du Sétra 46 avenue Aristide Briand - BP 100 - 92225 Bagneux Cedex - France téléphone : 33 (0)1 46 11 31 53 - télécopie : 33 (0)1 46 11 33 55 Référence : 0924-1- Prix de vente : 19 Couverture - crédit photos : Cete de Lyon/Lebert ; Cete de l'Est/Dutilleux ; DREIF/Gorby Conception graphique de la couverture : Philippe Masingarbe (Sétra) Impression : Caractère - 2, rue Monge - BP 224 - 15002 Aurillac Cedex L'autorisation du Sétra est indispensable pour la reproduction, même partielle, de ce document © 2009 Sétra - Dépôt légal : 2ème trimestre 2009 - ISBN : 978-2-11-095825-9 Ce document participe à la protection de l'environnement. Il est imprimé avec des encres à base végétale sur du papier écolabélisé PEFC. 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