CHAPITRE 1 : DU BRUIT A LA GENE EN SITUATION DE MULTI-EXPOSITION SONORE
5. Résumé et conséquences méthodologiques
Ce chapitre a permis une revue des différentes composantes liées à la problématique dans laquelle nous nous inscrivons. Plus précisément, la section 1 a expliqué le phénomène sonore d’un point de vue purement physique. Un tel phénomène sonore est ensuite interprété comme un bruit suivant la perception que l’auditeur en a, notamment par l’image que lui renvoie la source émettrice et le sens que l’individu lui attribue. Nous avons également récapitulé les indices les plus couramment employés pour décrire les bruits de l’environnement.
La section 2 s’est intéressée plus particulièrement au bruit provenant de la circulation routière et au bruit industriel. Concernant les bruits industriels, nous disposons de résultats de travaux récents portant sur les bruits industriels permanents et stables. Ces travaux ont notamment fait émerger des catégories perceptives de bruits industriels qui ont fait l’objet d’une caractérisation physique et perceptive notamment par la proposition d’indices spécifiques. Ces résultats constituent une base pour les travaux à mener dans le cadre de cette thèse. Concernant les bruits de la circulation routière, nous avons mis en évidence la diversité des sources (type de véhicules et type de sources acoustiques des véhicules) qui résulte en des bruits de composition spectrale et de structure temporelle variée. Notamment en milieu urbain, nous avons vu que le bruit du groupe moto-propulseur était généralement dominant. Les indices spécifiques du bruit routier ont été également passés en revue. Ils sont essentiellement basés sur des indices énergétiques dont les limites ont été soulevées en section 1.
La section 3 est consacrée au concept complexe et multi-facettes de gêne sonore, que nous avons défini en nous appuyant sur la littérature disponible. Nous avons notamment distingué gêne à court-terme et gêne à long-terme qui sont respectivement étudiées en laboratoire ou au moyen d’enquêtes in situ, et montré en nous focalisant sur la gêne due au bruit de la circulation routière et la gêne due au bruit industriel, que de tels moyens d’études sont complémentaires et permettent d’accéder à des aspects différents de la gêne sonore (facteurs acoustiques et non-acoustiques). Au niveau des procédures employées pour étudier la gêne sonore en laboratoire, un panel de méthodes héritées de la psychophysique a été rappelé. Ces méthodes s’avèrent très utiles et efficaces, notamment lorsqu’il s’agit de trouver des tendances principales. A ces méthodes classiques nous avons montré qu’il serait
61 profitable en amont d’associer une approche cognitive de développement récent, afin de développer de nouveaux indices et indicateurs impliquant des caractéristiques et attributs pertinents du point de vue de l’individu.
Enfin, la section 4 a été consacrée à l’étude de la gêne sonore en situation de multi-exposition. Des phénomènes complexes ont été mis en évidence à travers de précédentes études in situ ou en laboratoire. Jusqu’à lors, aucune des nombreuses propositions de modélisation de la gêne totale en situation de multi-exposition ne fait consensus au sein de la communauté scientifique. Il conviendra donc de produire des données qui nous permettront de proposer de nouveaux modèles ou d’améliorer l’existant de manière à prendre en compte les phénomènes complexes mis en évidence.
Dans l’objectif de contribuer à l’amélioration des cartes de bruit par la proposition d’indicateurs pertinents du point de vue de l’individu, pour rendre compte de la gêne due à l’exposition au bruit de la circulation routière, puis à une multi-exposition au bruit de la circulation routière et au bruit industriel, nous proposons à travers ces travaux de thèse d’adopter une démarche en trois étapes principales. Cette démarche est synthétisée en Figure 1.9.
Dans une première étape nous réaliserons une caractérisation physique et perceptive des bruits de la circulation routière afin de proposer des indices et des indicateurs de gêne sonore caractéristiques du bruit de la circulation routière qui soient plus pertinents du point de vue de l’individu que les indices actuellement employés. Au préalable, nous devrons savoir quels bruits de la circulation routière nous allons caractériser, et nous constituer un matériel sonore de qualité par des enregistrements in situ afin de mener nos travaux en laboratoire. Ces points sont abordés au Chapitre 2 . Une fois ce matériel sonore constitué, nous nous proposons d’utiliser les apports d’une récente approche cognitive, utilisant une procédure de catégorisation libre et verbalisation libre, afin de proposer une typologie perceptive et cognitive de bruits de la circulation routière. De cette manière chaque catégorie pertinente du point de vue de l’individu sera ensuite caractérisée par des indices plus adaptés à rendre compte de la gêne ressentie. Pour cela, pour chaque catégorie perceptive et cognitive, la gêne sera évaluée en conditions imaginaires en laboratoire, en utilisant une procédure expérimentale (recueil de réponses de gêne au moyen d’une échelle numérique continue avec présentation par stimulus unique) déjà éprouvée par son efficacité dans de précédents travaux. Nous étudierons un ensemble de facteurs influents sur la gêne sonore à court-terme en utilisant les recommandations de la norme ISO 15666 [ISO03] pour la formulation de questions relatives au recueil de réponses de gênes. Cela fait l’objet du
Chapitre 3 .
Dans une deuxième étape, nous nous proposons de réaliser une caractérisation physique et perceptive des situations de multi-exposition sonore au bruit de la circulation routière et au bruit industriel. Pour ce faire, nous combinerons des bruits de chaque catégorie de la typologie perceptive et cognitive proposée en étape 1 à un bruit industriel permanent et stable auparavant enregistré in situ (cf. Chapitre 2 ). L’évaluation de la gêne sera menée en conditions imaginaires en laboratoire en adaptant le protocole utilisé en étape 1 et en respectant les spécificités méthodologiques liées à l’étude de la multi-exposition sonore, rappelés dans ce chapitre. Les objectifs de cette deuxième étape sont multiples. Nous veillerons notamment à mettre en évidence les phénomènes soulignés dans l’étude bibliographique et évaluer leur importance dans les jugements de gênes recueillies. Puis nous testerons sur ces mêmes données les modèles prédictifs de la gêne totale résumés dans ce chapitre, afin de voir si un ou plusieurs modèles se dégagent au fil des expérimentations menées pour chaque catégorie. Cela fera l’objet du Chapitre 4 .
Dans une troisième étape, nous confronterons le ou les modèles de gêne totale, mis en avant à l’issue de l’étape 2, aux données récoltées par une expérience en environnement
62 simulé d’une part et aux données d’une enquête in situ d’autre part. L’objectif de la première confrontation est de proposer une expérimentation aux conditions moins abstraites que les
expérimentations menées dans la deuxième étape32. Nous devrons pour ce faire reconstituer
des séquences d’environnement sonore de longue durée, constituées de bruit de la circulation routière (séquences reconstituées à partir des enregistrements in situ effectués dans la première étape) et de bruit industriel (séquence longue reconstituée à partir des enregistrements in situ effectués dans la première étape). L’objectif de la deuxième confrontation est de tester les modèles mis en avant en laboratoire à des données récoltées en contexte réel au moyen d’une enquête in situ. L’enquête a été réalisée dans le cadre d’un projet de recherche financé par l’AFSSET (cf. [MV09]) et analysée sous l’angle de la multi-exposition dans le cadre d’un projet de recherche PREDIT financé par l’ADEME (contrat n°0866C0066) [EEO10, PMMR+12]. Les résultats de cet te enquête, présentés dans les références citées ci-dessus, sont résumés dans l’ANNEXE A de ce document. Cette dernière étape fait l’objet du Chapitre 5 .
32
Pour une présentation synthétique ultérieure, le terme « en laboratoire » désignera l’évaluation de la gêne par des sujets placés en contexte imaginaire et dans l’écoute. Le terme « en environnement simulé » désignera l’évaluation de la gêne par des sujets en contexte imaginaire dans un environnement simulé et sans être placés dans l’écoute.
63
65
Chapitre 2 : Constitution du matériel
sonore : enregistrements in situ de bruits
de la circulation routière et de bruit
industriel
Ce deuxième chapitre présente la manière dont nous avons constitué notre matériel sonore pour mener à bien les différentes expérimentations prévues.
La section 1 examine les différents facteurs influençant l’émission et la propagation des bruits de la circulation routière, qui sont pris en compte dans les modèles sur lesquels sont basées les cartes de bruit. Cet examen aboutit en la proposition d’une typologie physique a priori de bruits de la circulation routière.
La section 2 rappelle succinctement les mécanismes de localisation de sources sonores dans l’espace. L’identification de ces mécanismes servira à définir des critères pour le choix d’une technique de prise de son.
La section 3 présente les différentes techniques de prise de son usuellement employées dans notre domaine, et aboutit au choix de la technique de prise de son de temps et d’intensité avec le système ORTF.
La section 4 donne les protocoles d’enregistrement in situ définis pour les bruits de la circulation routière d’une part, et le bruit industriel d’autre part.
66
1. Proposition d’une typologie physique a priori de bruit de
la circulation routière
La directive Européenne 2002/49/CE [PECE02] préconise d’employer la méthode Française NMPB-96 pour calculer les émissions acoustiques dues au trafic routier. Le nouveau Guide du Bruit [SETRA09a, SETRA09b] liste l’ensemble des éléments à même d’influencer l’émission acoustique d’un trafic routier, ainsi que les éléments influençant sa propagation jusqu’à un récepteur. C’est à partir de ces éléments que nous nous proposons de construire une typologie physique de bruits routiers en milieu urbain.
1.1. Eléments influençant l’émission et la propagation du bruit de
la circulation routière
Le Tableau 2.1 résume l’ensemble des éléments influençant l’émission et la propagation du bruit de la circulation routière. Il est réalisé à partir du Nouveau Guide du Bruit [SETRA09a, SETRA09b].
Facteurs influençant l’émission Facteurs influençant la propagation
− Type de véhicules ;
− Débit moyen horaire pour chaque type
de véhicules ;
− Vitesse et allure représentative de
chaque type de véhicules ;
− Catégorie de revêtement de chaussée ;
− Déclivité de la route.
− Conditions météorologiques ;
− Topographie (nature du sol, présence de
bâtiments, etc.)
Tableau 2.1 : Facteurs influençant l’émission et la propagation du bruit de la circulation routière [SETRA09a, SETRA09b].
Le nouveau Guide du Bruit fournit les lois permettant de quantifier les effets de ces différents facteurs. Pour plus de détails à ce propos, le lecteur peut se référer à [SETRA09a, SETRA09b].
Pour rappel nous nous plaçons en milieu urbain où (1) les vitesses des véhicules sont réduites et généralement limitées (à 50km/h ou 30km/h en fonction des zones), (2) les distances entre source et récepteur (en façade des bâtiments par exemple) sont réduites, et (3) le bruit du groupe moto-propulseur domine généralement le bruit du contact pneumatique/chaussée (cf. Chapitre 1 ).
Dès lors certains de ces éléments peuvent être négligés. Il s’agit par exemple des
conditions météorologiques, lesquelles, dès lors que la distance source-récepteur est
inférieure à 100m, n’ont que peu d’influence [AFNOR02]. Pour simplifier et en envisageant un revêtement de sol urbain généralement réfléchissant entre source et récepteur, nous considèrerons que la nature du sol est homogène en zone urbaine et que par conséquent son influence sur la propagation n’est pas discriminatoire. Etant donné que la catégorie du
revêtement de chaussée influe sur le bruit de contact pneumatique/chaussée (cf. Chapitre
1 ), cet élément peut également être négligé, puisque le bruit du groupe moto-propulseur est considéré dominant par rapport au bruit du contact pneumatique/chaussée. La déclivité de
la route soit influe sur la vitesse des véhicules, soit modifie le niveau de bruit émis par le
groupe moto-propulseur [SETRA09a], donc ce paramètre sera pris en compte au travers du bruit du groupe moto-propulseur dominant en zone urbaine à des vitesses limitées. Enfin sur le terrain, il est difficile d’avoir la connaissance de certains types de véhicules. En effet, les
67 comptages automatiques classiquement utilisés ne permettent pas une identification des deux-roues par rapport aux véhicules légers ou des bus et autocars par rapport aux poids lourds.
Les éléments restants (types de véhicules, présence de bâtiments, type d’allures) sont examinés plus précisément dans les sections suivantes.
1.1.1. Type de véhicules
Pour rappel, nous avons défini 4 types de véhicules au Chapitre 1 :
− Les véhicules légers ;
− Les poids lourds ;
− Les deux-roues motorisés ;
− Les bus et autocars.
Nous avons vu également que ces types de véhicules peuvent être subdivisés en sous-catégories de véhicules suivant un ensemble de paramètres tels que le type de motorisation, le nombre d’essieux, la cylindrée, etc. Ces paramètres peuvent effectivement influencer l’émission acoustique.
Du point de vue de la perception sonore, à notre connaissance, peu de travaux font état de discrimination entre sous-catégories de types de véhicules. Nous pouvons citer l’étude de Gulbol et al. [GVK03a] qui ont montré que différents véhicules légers (de la voiture compacte au minivan en passant par la berline de luxe) de cylindrée et de motorisation différente (« essence » ou « diesel ») sont perçus différemment par les auditeurs d’un test d’écoute. En effet, les véhicules « diesels » sont jugés plus forts/gênants que les véhicules à essence. Ces jugements apparaissent également dépendants de l’allure du véhicule (vitesse constante, accélération ou décélération). Notons tout de même que les enregistrements qui ont servi à la réalisation de ce test d’écoute ont été réalisés en conditions contrôlées (sur une piste d’essai, en champ libre), et donc les caractéristiques des véhicules étaient connues a priori. In situ, il apparaît difficile de pouvoir contrôler de telles caractéristiques et de discriminer les véhicules d’un même type selon ces critères.
Enfin si des expériences de ce type ont été menées pour les véhicules légers, nous n’avons pas connaissance de telles expériences pour les autres types de véhicules. Nous faisons donc le choix pour les raisons évoquées ci-dessus de conserver ce critère (type de véhicule) avec le niveau de détail (véhicules légers, poids lourds, deux-roues motorisés, bus et autocars) tel que donné ici.
1.1.2. Présence de bâtiments
La présence de bâtiments détermine la nature du tissu urbain et le type morphologique
des rues33 dans lesquelles circulent les véhicules. La norme NF S 31-130 [AFNOR08]
distingue deux types de morphologies : (1) rues en « U », et (2) rues en tissu ouvert.
Les rues en « U » sont considérées comme un ensemble constitué par une infrastructure de transport et des bâtiments disposés de part et d’autres de façon quasi-continue et de hauteurs homogènes répondant aux critères suivants [AFNOR08] :
− Hauteur (H) des bâtiments supérieure à 5m de chaque côté de l’infrastructure ;
33
La rue réunit la voie de circulation et ce qui l’entoure, c'est-à-dire ses abords et la première rangée de façade qui la borde [CETUR81].
68 − Le profil minimal d’une rue en « U » doit afficher un rapport d’au moins 0.3 entre la hauteur moyenne des façades de chaque côté et la largeur entre façades sur un arc34 ;
− La longueur des discontinuités (en rouge sur la Figure 2.1) entre façades doit être inférieure ou égale à 20% de la longueur totale de l’arc. Les discontinuités doivent être réparties le long de l’arc (pour chaque côté de l’infrastructure).
Figure 2.1 : Profil d’une rue en « U ».
Une rue en « U » ressemble alors à un espace acoustiquement semi-fermé dans lequel par le biais de réflexions multiples sur les façades en vis-à-vis s’établit un champ
acoustique proche d’un champ diffus35. Elles sont plus fréquemment rencontrées dans les
centres urbains et plus rarement en périphérie.
Les rues en tissu ouvert sont définies par opposition aux rues en « U ». C’est principalement le cas des zones non-bâties, de certaines zones pavillonnaires, ou des zones bordées de bâtiments de part et d’autre de l’infrastructure routière, mais ne remplissant pas les conditions de la rue en « U » [AFNOR08]. Suivant les cas, le champ acoustique
s’établissant en tissu ouvert peut se rapprocher d’un champ libre36.
Notons que dans les premières versions de la norme NF S 31-130 [AFNOR08], on faisait apparaître un troisième type de morphologie : les rues en « L » (avec des bâtiments d’un seul côté de l’infrastructure routière). Cette notion de rue en « L » se justifiait uniquement par des considérations pratiques et ne correspondait pas à l’existence d’un champ acoustique particulier [CERTU98]. Elle a donc été abandonnée.
Le type de morphologies a une influence sur les niveaux de bruit émis par les véhicules constituant le trafic. La Figure 2.2 présente la différence de niveau sonore entre une rue en « U » et une rue en tissu ouvert de même largeur. Plus la rue est étroite, plus cette différence de niveau sonore est élevée.
Du point de vue de la perception sonore, peu de travaux à notre connaissance étudient l’influence du type de morphologies. Nous pouvons citer à ce titre les travaux en laboratoire de Gulbol et al. [GKV03b] qui, à partir d’enregistrements in situ de bruits de passage de véhicules légers dans trois rues aux morphologies différentes (rue en « L » assimilée à une rue en tissu ouvert, rue en « U » large, rue en « U » étroite), ont montré que le bruit est perçu plus intense/gênant lorsque la rue est étroite. Citons également la typologie morphologique
34
Un arc est défini comme une portion de rue entre deux intersections. 35
Les ondes acoustiques d’un champ diffus subissent réflexions et diffractions. En un point, il existe donc une superposition du champ direct (onde directe) et du champ réverbéré (ondes réfléchies et diffractées). Dans un champ diffus « idéal », le champ acoustique est homogène en tout point de l’espace.
36
Les seules ondes acoustiques qui parviennent au récepteur dans un champ acoustique libre « idéal » sont celles du champ direct, en provenance de la source.
69 proposée par Polack et al. [PBRL+07], réalisée à partir de mesures in situ et du recueil d’un ensemble d’informations, puis testée en laboratoire via une procédure de catégorisation libre et verbalisation libre, qui conduit à une distinction entre rues en tissu ouvert et rues en « U ».
D’un point de vue pratique sur le terrain, il semble assez aisé de pouvoir discriminer rue en « U » et rue en tissu ouvert. Pour cela nous conservons ce critère (type de morphologies) avec ce degré de détail (rue en « U », rue en tissu ouvert).
Figure 2.2 : Différence de niveau sonore pour une rue en « U » et une rue « ouverte » [CERTU98].
1.1.3. Types d’allures
Le Nouveau Guide du Bruit [SETRA09] distingue trois types d’allures que peuvent avoir les véhicules composant le trafic routier : allure stabilisé, allure décélérée, allure accélérée. En allure stabilisée, on considère que la vitesse du véhicule ou du flux de véhicules est sensiblement constante. Les allures accélérées et décélérées sont définies de manière similaire. On considère que le véhicule ou le flux de véhicules sont respectivement globalement en accélération ou en décélération.
A notre connaissance, peu d’études ont porté sur les différences de perception entre les bruits émis par un véhicule (ou un flux de véhicules) dans les différents types d’allure. En ce qui concerne la gêne, le lecteur est invité à se référer au Chapitre 1 de ce mémoire de thèse (section 3.2).
Sur le terrain il semble aisé de pouvoir discriminer ces trois allures et nous choisissons donc de conserver ce critère (type d’allures) avec ce degré de détail (stabilisée, accélérée, décélérée).
1.2. Typologie physique a priori
Dans le cadre que nous nous sommes fixés, nous proposons de croiser trois critères physiques a priori : (1) type de véhicules, (2) type de morphologies, (3) type d’allures, pour former une typologie physique a priori de bruits routiers (cf. Tableau 2.2) :
70
Allure stabilisée Allure accélérée Allure décélérée
Véhicules légers Rue en « U » Tissu ouvert Rue en « U » Tissu ouvert Rue en « U » Tissu ouvert Poids lourds Rue en « U » Tissu ouvert Rue en « U » Tissu ouvert Rue en « U » Tissu ouvert Bus et autocars Rue en « U » Tissu ouvert Rue en « U » Tissu ouvert Rue en « U » Tissu ouvert Deux-roues Rue en « U » Tissu ouvert Rue en