XIV. Analyse des méthodes utilisées et des difficultés rencontrées
XIV.1. Analyse des méthodes utilisées
XIV.1.9. Méthodologie spécifique de l’étude acoustique
XIV.1.9.1. Méthodologie de calcul
La cartographie des niveaux sonores en milieu extérieur est basée sur l’utilisation d’un logiciel de simulation acoustique CadnaA version 4.4. La modélisation du site d’étude est réalisée en 3D. Elle intègre les paramètres suivants :
la topographie ;
le bâti ;
les sources de bruit (infrastructures de transport) ;
les obstacles (écrans, murs, talus, etc.).
Les données de géométrie du projet d’aménagement par voies auxiliaires d’entrecroisement sont également intégrées dans le modèle de calcul.
La vérification de la nature du bâti est réalisée manuellement à partir des vues aériennes disponibles sous Google Earth© et Bing Cartes©.
Les niveaux sonores sont calculés en façade des bâtiments répertoriés comme étant, soit des habitations, soit des bâtiments d’enseignement ou des bâtiments de santé. Les bureaux sont également concernés. Le modèle tenant compte de la hauteur du bâti, les niveaux sonores sont calculés à chaque étage présentant une fenêtre.
La puissance acoustique des voies de circulation est directement déterminée par le logiciel en fonction des caractéristiques du trafic supporté par chaque voie. Les codes de calcul sont conformes à l’état de l’art.
Conformément à la réglementation, les simulations ont été réalisées pour les périodes jour (6h-22h) et nuit (22h-6h).
Les calculs sont effectués selon les normes :
NF S 31-131 « Prévision du bruit des transports terrestres » ;
NF S 31-132 « Méthode de prévision du bruit des infrastructures de transports terrestre en milieu extérieur ».
La méthode est compatible avec la NMPB (Nouvelle Méthode de Prévision du Bruit) 2008 qui permet la prise en compte des conditions météorologiques du site. Cette méthode est décrite dans
la norme NF S 31-133 « Calcul de l’atténuation de son lors de sa propagation en milieu extérieur, incluant les effets météorologiques ».
XIV.1.9.1.1. Paramètres de calculs
Les paramètres de calculs utilisés pour l'étude sont les suivants :
Méthode de calcul : NMPB Route 2008. Il s’agit de la dernière méthode de calcul acoustique éditée par le SETRA. Cette méthode a été intégrée dans la dernière norme de calcul acoustique (NF S 31-133) qui intègre notamment la prise en compte des écrans bas ;
Type de sol (absorption) : ce paramètre permet de modifier le coefficient d’absorption du sol qui influe sur la dispersion d’énergie de l’onde acoustique réfléchie sur le sol. La valeur prise en compte pour notre étude est G = 1, qui correspond à un sol relativement absorbant de type pelouse, champs, etc. ;
Distance de propagation du son : c’est la distance maximale au-dessus de laquelle les émissions sonores ne sont plus modélisées. La valeur choisie pour l’étude est de 1 000 m ;
Nombre de réflexions : c’est le nombre maximal de fois que l’onde sonore modélisée peut se réfléchir sur les obstacles avant que le calcul ne soit terminé. Le nombre choisi pour l’étude est 3 réflexions ;
Température moyenne : 15°C ;
Humidité relative : 70%.
XIV.1.9.1.2. Météorologie
L’effet des conditions météorologiques est mesurable dès que la distance source / récepteur est supérieure à une centaine de mètres et croît avec la distance. Il est d’autant plus important que le récepteur, ou l’émetteur, est proche du sol.
La variation du niveau sonore à grande distance est due à un phénomène de réfraction des ondes acoustiques dans la basse atmosphère (dues à des variations de la température de l’air et de la vitesse du vent).
Les facteurs météorologiques déterminants pour ces calculs sont :
les facteurs thermiques (gradient de température) : la vitesse de propagation est proportionnelle à la température de l’air,
les facteurs aérodynamiques (vitesse et direction du vent) : la vitesse de propagation est accrue si le vent souffle dans sa direction, et l’inverse est valable également.
Les facteurs thermiques
Figure 217 : Effet du gradient de température sur la propagation du son (gauche : condition défavorable, droite : condition favorable)
Condition défavorable à la propagation du son
En journée, les gradients de température sont négatifs (la température décroît avec la hauteur au-dessus du sol), par conséquent la vitesse du son décroît avec la hauteur par rapport au sol. Les rayons sonores sont courbés en direction du ciel. Cette situation est défavorable à la propagation du son et peut créer des « zones d’ombre ».
Condition favorable à la propagation du son
La nuit, les gradients de température sont positifs (la température croît avec la hauteur au-dessus du sol), par conséquent la vitesse du son croît avec la hauteur par rapport au sol. Les rayons sonores sont courbés en direction du sol. Cette situation est favorable à la propagation du son.
Les facteurs aérodynamiques
Lorsque le vent souffle dans une certaine direction, sa vitesse est d’autant plus faible que l’on s’approche du sol. L’effet sur la vitesse de propagation du son sera donc différent en fonction de la hauteur au sol.
Figure 218 : Effet du gradient de vitesse sur la propagation du son (dans ce cas si le récepteur est situé à gauche : condition favorable, si le récepteur est situé à droite : condition défavorable)
Condition défavorable à la propagation du son
Le vent souffle dans le sens inverse de la propagation du son. Plus la hauteur est élevée, plus les rayons sonores sont ralentis. Les rayons sonores sont courbés en direction du ciel. Cette condition est défavorable à la propagation du son et peut créer des « zones d’ombre ».
Condition favorable à la propagation du son
Le vent souffle dans le sens de la propagation du son. Plus la hauteur est élevée, plus les rayons sonores sont accélérés. Les rayons sonores sont courbés en direction du sol. Cette condition est favorable à la propagation du son.
Tout au long de l’année, sur un secteur d’étude donné, les conditions météorologiques fluctuent en combinant les deux effets précédemment exposés : on peut se retrouver dans 3 situations :
conditions défavorables à la propagation du son : typiquement un vent soufflant dans le sens inverse de la propagation du son et/ou un gradient de température négatif ;
conditions homogène vis-à-vis de la propagation du son : typiquement absence de vent et gradient de température nul ;
conditions favorables à la propagation du son : typiquement un vent soufflant dans le sens de la propagation du son et/ou un gradient de température positif.
La norme NFS 31-133, « calcul des niveaux sonores dans l’environnement » impose, de modéliser au minimum en conditions homogènes afin de ne pas minimiser les niveaux de bruit calculés.
Cette norme indique, pour 40 villes de France métropolitaine, des moyennes d’occurrences météorologiques favorables à la propagation du son relevées sur une année.
Pour la présente étude, nous avons utilisé les moyennes annuelles d’occurrence météorologiques favorables de la commune de Nantes. Le tableau ci-après indique, dans chacune des directions, les pourcentages de conditions météorologiques favorables à la propagation du son.
Figure 219 : Occurrences météorologiques de la ville de Nantes
Trafics routiers
Les données de trafic routier correspondant à la zone d’étude proviennent du fichier « Trafics modele SIM44_V1.xlsx ». Ce dernier contient des prévisions de trafic routier pour la partie nord du périphérique nantais, et ce pour les situations actuelle (2011), référence (2035) et future avec projet (2035).
Les données utilisées pour la modélisation acoustique sont pour chacune des périodes horaires :
les taux moyens horaires annuels (TMHA) ;
les pourcentages de poids-lourds ;
La vitesse de circulation.
Les vitesses de circulation retenues pour les trois situations étudiées sont les suivantes :
Tableau 117 – Vitesses de circulation routière prises en compte pour la modélisation de chaque situation
Situation étudiée
Initial
(2011) Référence 2035 Projet 2035
Vitesses
Le choix de considérer des vitesses réelles pour modéliser l’état de référence (50-65 km/h sur la section courante) et des vitesses réglementaires pour l’état futur (90 km/h) permet de maximiser la différence entre les niveaux sonores de projet et les niveaux sonores de référence, et ainsi d’être majorant. Il s’agit d’un choix allant dans le sens du riverain car l’hypothèse la plus défavorable est retenue.
Revêtement de chaussée
La norme de calcul NMPB 2008 indique trois classes de revêtements de chaussée différentes :
R3 : enrobé classique ;
R2 : enrobé ayant de bonnes caractéristiques acoustiques ;
R1 : enrobé ayant de très bonnes caractéristiques acoustiques.
Le revêtement de chaussée actuel de la section Nord du périphérique nantais présente de très bonnes caractéristiques acoustiques. Le type R1 est donc retenu pour la réalisation des modélisations.
XIV.1.9.2. Méthodologie de la campagne de mesures de bruit
La méthode de mesure des bruits de l’environnement suit la norme NF S 31.010 intitulée
« Caractérisation et mesurage des bruits de l’environnement - Méthodes particulières de mesurage » de décembre 1996 et la norme NF S 31-085 de novembre 2002 « caractérisation et mesurage du bruit dû au trafic routier ».
Une mesure de longue durée (24 h) est appelée « Point Fixe » (ou PF). Elle permet de connaître directement les niveaux sonores sur les périodes réglementaires diurne (6 h - 22 h) et nocturne (22 h - 6 h).
Elle est basée sur la méthode du « LAeq court », qui stocke un échantillon LAeq par seconde pendant l’intervalle de mesure. Cette méthode permet de reconstituer l’évolution temporelle d’un
environnement sonore et d’en déduire la valeur du niveau de pression acoustique équivalent pondéré A, noté LAeq.
L'objectif de la campagne est notamment de caractériser l'exposition sonore d'un échantillon représentatif de bâtiments ce qui va au-delà de la détermination de la zone d'ambiance sonore.
Les mesures effectuées sont qualifiées de mesures de constat, c’est-à-dire qu’elles permettent de relever le niveau de bruit ambiant en un lieu donné, dans un état donné et à un moment donné.
Durant les périodes de mesurage, les conditions météorologiques ont été relevées et présentent de bonnes conditions à la mesure.
Recueil des données météorologiques
Les conditions météorologiques peuvent influencer le niveau sonore mesuré, notamment à grande distance. Cette influence se traduit par la modification de la courbure des rayons sonores, résultant de l’interaction du gradient de température, du gradient de vitesse du vent et de la direction du vent.
Lors d’une campagne de mesure, l’acquisition des données météorologiques comme le vent, la température et la nébulosité permet d’affiner l’interprétation des résultats de mesure.
Les relevés météorologiques sont issus des données fournies par Météo-France sur la station de Nantes - Bouguenais et permettent de quantifier les données suivantes :
température : entre 14 et 24°C ;
humidité relative : entre 50 et 98 % ;
vitesse et direction du vent à 10 m de hauteur : vent faible à moyen (direction nord entre le 18 et le 19 juin 2011, est le 20 juin 2011 et ouest-sud-ouest les 21 et 22 juin 2011) ;
précipitations : entre 0 et 6,7 mm.
Choix des points de mesure
- Campagne de mesures sonométriques initiale
Les points de mesure sont répartis, en accord avec la maîtrise d’ouvrage, de manière homogène sur l’ensemble de la zone d’étude afin d’obtenir une bonne représentativité des niveaux sonores actuels.
Une campagne de 15 mesures de bruit a été réalisée en juin 2012 par Egis. Elle est composée de 12 mesures de 24 h consécutives (appelées PF) et de 3 mesures d’une heure (appelées PM) effectuées du 18 au 22 juin 2012.
Les trois points de mesures d’une heure ne répondent pas strictement au caractère normatif mais donnent une information partielle de l’exposition sonore des bâtiments. Les points PM3, PM5 et PM13 ne sont donc pas utilisable pour caler le modèle de calcul.
- Campagne de mesures sonométriques complémentaire
La campagne de mesure servant de base pour cette présente étude acoustique a été réalisée par le CEREMA en octobre et novembre 2014 sur la commune d’Orvault. Elle regroupe 10 points de mesure :
quatre points d’une semaine (3 points du 10 au 16 octobre 2014 et 1 point du 22 au 27 octobre 2014) ;
six points de 24 h (4 points le 4 novembre 2014 et 2 points le 6 novembre 2014).
Résultats des mesures in situ
Les tests de validation statistique selon la norme 31-085 ont été effectués :
la répartition Gaussienne : la répartition des niveaux sonores générés par un trafic routier suit approximativement une loi normale (Loi de Gauss) ;
la corrélation des mesures de bruit avec le trafic de jour des mesures.
XIV.1.9.3. Méthodologie d’analyse de l’état initial acoustique L’état initial se compose de trois parties :
une campagne de mesures acoustiques in-situ ;
le calage du modèle de calcul CadnaA en comparant les résultats des mesures et de la modélisation réalisée avec les trafics du jour des mesures ;
la modélisation de l’état initial permettant de déterminer les zones d’ambiance sonore préexistantes avant la mise en place du projet.
La méthodologie générale mise en œuvre pour la réalisation de l’état initial peut être schématisée comme suit.
Figure 220 : Méthodologie de la caractérisation de l’état initial
XIV.1.9.4. Méthodologie d’analyse des impacts acoustiques La méthodologie générale de l’étude d’impact peut être schématisée comme suit.
Figure 221 : Méthodologie de l’étude acoustique de l’aménagement du périphérique nord de Nantes
Pour qu’il soit nécessaire réglementairement de prévoir des protections sonores, il faut donc que deux conditions soient réunies :
Les travaux engendrent une modification significative de l’ambiance sonore sur au moins une des deux périodes jour ou nuit ;
Et
Les niveaux sonores en situation projet sont supérieurs aux seuils réglementaires sur au moins une des deux périodes jour ou nuit.
Caractérisation de la situation de référence : configuration initiale à la date de mise en service
+ 20 ans
Caractérisation de la situation projet à la date
de mise en service + 20 ans
Comparaison des niveaux de bruit (projet – référence) récepteur par récepteur
Différence ≤ 2 dB(A) Transformation non significative
Différence > 2 dB(A) Transformation
Recueil des données, visite de terrain, pré-localisation des mesures
Campagne de mesures sonométriques
Modélisation CadnaA à partir des fichiers 3D
Comparaison entre les résultats des mesures et le résultat des calculs. Un écart de 2 dB(A) est toléré.
Ajustement des paramètres du
modèle
Modèle validé pour la phase de calcul
Modélisation de l’état initial