Formation Bâtiment Durable - environnement.brussels · 2 Objectif(s) de la présentation Donner...

Bruxelles Environnement

Isolation aux bruits aériens : principes et matériaux

Manuel VAN DAMME

Acoustical Expert – VK Group

Formation Bâtiment Durable :

Acoustique : conception et mise en œuvre

2

Objectif(s) de la présentation

● Donner des outils pour aider à choisir au mieux les

matériaux destinés à l’isolation aux bruits aériens.

3

Les indicateurs acoustiques,

Influence du choix du matériau sur la

performance acoustique d’une paroi simple

Performances acoustiques des parois doubles

Performances acoustiques des matériaux

écologiques et spécificité de mise en oeuvre

Plan de l’exposé

4

L’Indice d’affaiblissement acoustique

transmise

incidente

E

EdBR lg10)(

ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT

Energieincidente

Energietransmise Energieréfléchie

Energieabsorbée

= “résistance de 1 m² d’un élément de construction contre le passage du bruit”

20 dB = rapport E de 100

40 dB = rapport de 10.000

60 dB = rapport de 1.000.000

Caractérisation acoustique des matériaux

5

Mesure en laboratoire de l’indice d’affaiblissement acoustique aux bruits aériens


6


Montage de l’élément

7


Montage de l’élément à tester en laboratoire

Caractéristique principale des cellules d’essai : transmissions latérales extrêmement faibles

émission réception

Mesure impérativement en laboratoire voie directe

8

Types d’éléments testés en laboratoire


Eléments testés en laboratoire et caractérisés par

l’indice d’affaiblissement R :

Murs, parois intérieures, façades, planchers,

plafonds, toitures, écrans autoroutiers, fenêtres,

vitrages, portes...

9


Montage de l’élément à tester en laboratoire

Pour les petits éléments : baie adaptée

10


Mesure de l’indice d’affaiblissement acoustique

0

20

40

60

80

100

120

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000

Fréquence (Hz)

Niv

ea

u (

dB

)

Principe de détermination de l’indice d’affaiblissement R en laboratoire.

Source de bruit utilisée : le bruit rose - même énergie par bandes de fréquence

11


Mesure de l’indice d’affaiblissement acoustique

On mesure : le niveau d’émission L1 (bruit rose +/- 100 dB ), par 1/3 d’octave,

le niveau de réception L2, par 1/3 d’octave,

le temps de réverbération de la salle de réception T, par 1/3 d’otave,

la surface de l’élément testé S et le volume de la salle de réception V.

A partir de ces valeurs, on calcule R par :

R n’est donc pas une valeur unique mais bien une valeur par 1/3 d’octave:

On a ainsi le spectre des valeurs de R à 100, 125, 160... 5000 Hz.

Principe de détermination de l’indice d’affaiblissement Rw en laboratoire.

A

SLLR lg10

21

T

VA 161.0

12


Mesure de l’indice d’affaiblissement acoustique : valeur unique Rw

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150

Fréquence (Hz)

R (

dB

)

Procédure normalisée par

ISO 717-1

Valeur unique Rw

Indicateurs acoustiques

Caractérisation du bruit L niveau de pression acoustique (en dB) - p.ex: LAinstal,nT

Caractérisation de l’absorption acoustique α coefficient d’absoption

Caractérisation de l’isolation acoustique (indices à valeurs valeurs uniques (w), en dB)

Bruits de choc Bruits aérien

Mesures in situ L’nT,w niveau de pression du bruit de

choc standardisé mesuré in situ

DnT,w isolement acoustique standardisé

mesuré in situ entre deux locaux

donne le niveau de bruit résultant

du côté inférieur du sol

donne la diminution du bruit mesurée

entre deux locaux

Mesures en

laboratoire Ln,w niveau de pression du bruit de

choc mesuré en labo

Rw Indice d’affaiblissement acoustique

mesuré en labo

donne le niveau de bruit résultant

du côté inférieur du sol

caractérise l’aptitude d’un matériau ou

d’une paroi à atténuer la transmission

directe du bruit

14


Termes d’adaptation C et Ctr

Importance du type de source

40

45

50

55

60

65

70

75

80

20

31,5

50

80

125

200

315

500

800

1250

2000

3150

5000

8000

fréq . (Hz)

dB

Dominance

hautes fréquences

Niveau sonore

global Analyse spectrale

Dominance

basses fréquences

15


B ru its à fré q u e n c e s

d o m in a n te s m o y e n n e s e t

h a u te s

B ru its à fré q u e n c e s

d o m in a n te s b a s s e s

R w + C R w + C t r

A c tiv ité s h u m a in e s (p a ro le ,

ra d io , té lé v is io n … )

je u x d ’e n fa n ts

D is c o th è q u e

tra f ic a u to ro u tie r ra p id e (> 8 0

k m /h )

tra f ic ro u tie r le n t (u rb a in )

tra f ic fe rro v ia ire à v ite s s e

m o y e n n e o u é le v é e

tra f ic fe rro v ia ire à b a s s e

v ite s s e

a v io n s à ré a c tio n à c o u rte

d is ta n c e

a v io n s à ré a c tio n à

g ra n d e d is ta n c e

a v io n s à h é lic e s

b ru it d e l ’ in d u s tr ie a v e c

fré q u e n c e s p r in c ip a le m e n t

m e d iu m s e t a ig u ë s

b ru it d e l ’ in d u s tr ie a v e c

fré q u e n c e s p r in c ip a le m e n t

g ra v e s

EN ISO 717

Valeur unique et

termes d’adaptation C et Ctr

Termes d’adaptation C et Ctr

16


Mesure de l’indice d’affaiblissement acoustique : valeur unique Rw

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150

Fréquence (Hz)

R (

dB

)

Spectre de R ramené ainsi à une valeur

unique Rw corrigée de deux termes

Rw (C,Ctr) = 30 (-2;-3) dB

Module : voir www.normes.be

Valeur unique Rw

17

Isolement acoustique <> Indice d’affaiblissement


Les valeurs R mesurées en

laboratoire ne peuvent donc pas

être utilisées directement sur site

modèles de calcul !

Attention car les deux grandeurs

s’expriment en dB !

In situ : Rw

Labo : Rw

X DnT,w

(DnT,w < Rw)



2. Transmissions indirectes

(ou latérales)

1. Transmission directe

18

transmise

incidente

E

EdBR lg10)(


Energieincidente

Energietransmise Energieréfléchie

Energieabsorbée

= “résistance de 1 m² d’un élément de construction contre le passage du bruit”

20 dB = rapport E de 100

40 dB = rapport de 10.000

60 dB = rapport de 1.000.000

L’Indice d’affaiblissement acoustique


19

L’indice d’affaiblissement acoustique

1. Cloisons massives (ou simples) : blocs

de plâtre, de béton, béton cellulaire,

terre cuite, béton coulé…

2. Cloisons à ossature (ou doubles): ossature

bois, métal, plaques de bois ou plâtre

enrobé de carton

En isolation acoustique au bruit aérien, deux grandes familles de parois :

20


L’indice d’affaiblissement d’une paroi massive

La loi de masse : l’indice d’affaiblissement d’une paroi simple augmente avec sa masse

21

fmfctdBR 2..)(

)lg(20 mf


ZONE C :

L’isolement est déterminé par

la masse et la fréquence

Variation selon

R augmente de 6 dB par

doublement de la fréquence

= loi de la fréquence

En pratique, pente de 4 à 6 dB/oct.

Zone C souvent comprise

entre 100 Hz et 3000 Hz

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

50 63 80 10012

516

020

025

031

540

050

063

080

0

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

1000

0

Fréquence (Hz)

R (

dB

)

A B C

La courbe d’isolement présente 5 zones :

Indice d’affaiblissement en fonction de la fréquence

ZONE D :

L’isolement présente une chute à la

fréquence critique (fc) qui est fonction

du type de matériau, de son

épaisseur et de sa rigidité à la flexion.

Plus la paroi est rigide, plus fc

est basse, et plus la profondeur

du “puits” est importante

Si la fréquence critique est dans une

zone où l’oreille est sensible, la chute

de l’isolation est fortement ressentie.

Attention aux matériaux où

100 Hz < fc < 3000 Hz !

R (

dB

)

A B C


0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

50 63 80 10012

516

020

025

031

540

050

063

080

0

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

1000

0

Fréquence (Hz)

A B C D

La courbe d’isolement présente 5 zones :

Rw réel < Rw si la masse seule de la paroi

agissait.

Ne pas se baser sur la loi de masse

expérimentale seule

R (

dB

)

A B C


0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

50 63 80 10012

516

020

025

031

540

050

063

080

0

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

1000

0

Fréquence (Hz)

A B C D

fc =c2

1.9hc1


Tableau des fréquences critiques

Fréquence critique pour différents matériaux

Avec :

fc : fréquence critique du matériau (Hz),

c : vitesse du son dans l’air = 340 m/s,

h : épaisseur du matériau (m),

c1 : vitesse longitudinale du son dans le matériau (m/s)

Exemple : pour une feuille de verre de 8 mm : fc = 340²/(1.9*0.008*4900) = 1552 Hz

Matériau Vitesse longitudinale c1 (m/s)

Acier 5050

Aluminium 5150

Verre 4900

Béton 3400

Brique pleine 3000

Plâtre 2400

Plomb 1250

25

Fréquence critique pour les matériaux courants


100 Hz 2500 Hz

Panneaux légers et souples

(p.e. plaques de plâtre)

400 Hz

Blocs légers

p.e. carreaux de plâtre,

blocs de béton cellulaire

Blocs lourds

basses aigus

26


Rw des parois simples : blocs (carreaux) de plâtre

Masse volumique : 950 kg/m³

Bloc « lourd » : 1100 –1250 kg/m³

Blocs de plâtre pleins, enduits :

70 mm Rw = 30 dB

70 mm acoustiques Rw = 35 dB

100 mm Rw = 38 dB

Fréquence critique

27 ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT

Rw des parois simples : blocs de plâtre

28 ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT

Rw des parois simples : blocs de plâtre

29


Rw des parois simples : blocs de béton cellulaire

Source YTONG

Masse volumique : 550 kg/m³

léger au point de vue acoustique

Source YTONG

30


Rw des parois simples : blocs de béton cellulaire

Béton cellulaire, blocs pleins 550 kg/m³, enduits :

Blocs 100 mm Rw = 41 (-1;-4) dB (carrés)

Blocs 150 mm Rw = 44 (-2;-4) dB (croix)

Blocs 200 mm Rw = 49 (-1;-4) dB (signe plus)

Source YTONG

31


Rw des parois simples : blocs d’argile expansée

Béton d’argile expansé, blocs creux, enduits :

Blocs 90 mm Rw = 40 (-1;-3) dB

Blocs 140 mm Rw = 44 (0;-3) dB

Blocs 190 mm Rw = 47 (0;-4) dB

32


Source YTONG

Influence de de l’enduit sur les blocs maçonnés

33


Amélioration d’autant plus

marquée que le bloc est poreux

Blocs béton cellulaire 14 cm

sans enduit Rw = 25 (-1;-4)

un côté enduit Rw = 43 (-1;-4)

2 côtés enduits Rw = 44 (0;-3)

Influence de de l’enduit sur les blocs maçonnés

35


Rw des parois simples : blocs de terre cuite

Masse volumique :

1100 – 1500 kg/m³

36


Rw des parois simples : blocs silico-calcaires

Cloisons simples : Blocs de grès calcaire (pleins)

Blocs 150 mm enduit : Rw = 50 dB IIb

Blocs 175 mm enduit : Rw = 52 dB IIb

Blocs 214 mm enduit : Rw = 55 dB IIa

Blocs 300mm enduit : Rw = 57 dB / 58 dB IIa / Ib

37


Rw des parois simples : blocs de béton

Cloisons simples : Blocs de béton

Béton lourd, blocs creux, enduits:

Blocs 90 mm Rw = 49 (-2;-5) dB

Blocs 140 mm Rw = 54 (-2;-6) dB

Blocs 190 mm Rw = 57 (-1;-5) dB

Béton lourd, blocs pleins, enduits:

Blocs 90 mm Rw = 50 (-1;-5) dB

Blocs 140 mm Rw = 56 (-1;-5) dB

Rw des parois simples

(450 kg/m³)

Bois massif (contrecollé/contrecloué) 450 kg/m³ Rw (C;Ctr) (dB)

Parois 90 mm 35

Parois Leno 135 mm 39

Parois KLH 5 plis 145 mm 39

www.cstc.be www.cstc.be

Rw des parois simples : le panneau CLT

[email protected]

Le ballot de paille

Le bloc chaux-chanvre (300 – 350 kg/m³)

www.curbain.b

e

Blocs de paille, 150 kg/m³, enduits de 20-30 mm à l’argile

Rw (C;Ctr) (dB)

Murs 320 mm 45

Blocs de chaux-chanvre, 350 kg/m³, enduits Rw (C;Ctr) (dB)

Blocs 150 mm 50(*) www.chanvreervice.com

[email protected]

www.curbain.be

Rw des parois simples :

Le bloc de pierre ponce (700 kg/m³)

Le bloc de terre crue (2200-2400 kg/m³)

empreinte.asso.fr

BLG

Rw des parois simples : matériaux écologiques

Plaque de carton-plâtre 10 kg/m² Rw (C;Ctr) (dB)

Plaque BA13 12,5 mm 28

www.cstc.be

Plaque de Fermacell seule Rw (C;Ctr) (dB)

Plaque 10 mm 31

Plaque 12,5 mm 32

Plaque 15 mm 32

La plaque de carton-plâtre (10-12,5 kg/m²)

le panneau Fermacell (1000-1250 kg/m³)

Rw des parois simples : panneaux

La panneau de bois dense

le panneau d’argile

www.pavatex.fr

www.ipbs-isolation.fr

www.curbain.b

e

www.claytec.be

Rw des parois simples : panneaux écologiques


Rw des parois simples : conclusions

• L’isolation acoustique augmente avec la masse, à raison de 4 dB par doublement de masse.

• L’isolation acoustique augmente avec la fréquence, à raison de 6 dB par doublement d’octave.

• Tous les matériaux possèdent une fréquence critique à laquelle leur isolation est plus faible.

• La fréquence critique des blocs légers (blocs de plâtre, béton cellulaire...) est située dans un

domaine de fréquences (les moyennes fréquences) où l’oreille est particulièrement sensible.

Ces matériaux sont donc peu recommandés pour les travaux d’isolation acoustique.

• A la fréquence critique des matériaux, leur isolation acoustique chute d’autant plus que les

matériaux sont rigides.

• L’étanchéité à l’air a beaucoup d’influence sur l’isolation acoustique des murs maçonnés, dès

lors la pose d’un enduit améliore les performances du mur, surtout lorsque ceux-ci sont

réalisés à partir de matériaux poreux.

45


Rw des parois doubles

Cloisons à ossature (ou doubles):

ossature métal, bois

plaques de bois ou plâtre enrobé de

carton

Double-vitrages

Source : CSTC - CNRJ

Masse-ressort-masse

m1 m2

d

46

Application concrète de la double paroi


• ossature souple

• bande résiliente

• matériau absorbant

• étanche à l'air

• finition périphérique au mastic élastique

47


basses aigus

R

[dB]

Freq. [Hz]

Trois zones importantes dans la courbe

A. Le système suit la loi de masse

A

Comportement des parois doubles

48


basses aigus

R

[dB]

Freq. [Hz]


B. L’isolement chute à la

fréquence de résonance

A B

fres =90

d

1

m'1+

1

m'2

æ

èç

ö

ø÷

m’1 m’2

d


49


100 Hz

fr

basses aigus

R

[dB]

Freq. [Hz]

Envoyer la résonance m-r-m

le plus bas possible

1.5 à 2 x inférieur à la fréquence

pour laquelle une bonne isolation

est nécessaire !

Augmenter d, m’1 et/ou m’2

Problème de la résonance des parois doubles


50


basses aigus

R

[dB]

Freq. [Hz]

Trois zones importantes dans la courbe


B. L’isolement chute à la fréquence

de résonance

C. Le ressort “transmet mal” l’onde

acoustique et l’isolement est

beaucoup plus important que

celui attendu selon la loi de masse

A B C


51


basses aigus

R

[dB]

Freq. [Hz]

A B C


B. L’isolement chute à la fréquence

de résonance

C. Le ressort “transmet mal” l’onde

acoustique et l’isolement est

beaucoup plus important que

celui attendu selon la loi de masse

Chute de l’isolement à la

fréquence critique

des deux parois


52


m1 = m2

Dans le cas où les parements risquent de rayonner à des fréquences où l’oreille

est plus sensible : pour les parois doubles, il est préférable d’utiliser deux

matériaux ayant des fréquences critiques différentes de chaque côté de la paroi

Fréquence critique des parois doubles

m1 >< m2

Creux plus faibles que dans le

cas d’une paroi simple

53


Ondes stationnaires entre les deux parements

Lp(x) x

Fréquence dont la longueur d’onde correspond au quart de la distance

Double vitrage

4 mm 22 mm 8 mm

fpivot =c

4d=

343

4.0,022= 3898Hz

54


Ondes stationnaires entre les deux parements

Lp(x) x

L’introduction d’un absorbant acoustique dans le vide supprime les ondes stationnaires

55


Limitation des performances des parois doubles

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1k

1,2

5k

1,6

k

2k

2,5

k

3,1

5k

R [

dB

]

Séparation complète

Couplées par des montants

2 x 12 mm triplex

Des couplages structuraux limitent

fortement les performances du « ressort »

de la paroi double

1. Parois massives : mur simple ou double

avec contacts entre les murs

2. Parois doubles : mur double sans

contacts

Indice d’affaiblissement acoustique des parois Rw : deux grands principes d’isolation

14 cm creux :

Rw = 54 dB

2 x 14 cm creux

liaisonnés :

Rw = 58 dB

2 x 14 cm creux

découplés :

Rw = 84 dB !!

m1 m2

d

m1

20

30

40

50

60

70

80

90

100

100 160 250 400 630 1000 1600 2500 4000

R (

dB

)

f (Hz)

Mur blocs 2x14 cm totalement découplés - Rw=84dB

Mur blocs 2x14 cm avec liaisons - Rw=58dB

Mur blocs 2x14 cm en partie avec liaisons - Rw=67dB

57


Comment éviter les couplages structuraux ?

Si les deux parois sont légères (cas de la construction à ossature), on peut dédoubler

l’ossature ou utiliser des profilés souples.

• Rw des parois doubles

58

Ossatures métalliques ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT

Source : CSTC BI

59

Ossatures métalliques ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT

Source : Isover

60


Epaisseur du matériaux absorbant

dans le creux : peu d’influence

Rôle de l’absorbant dans la cavité

Construction en plaques de plâtre:

9.5 mm - cavité 80 mm - 9.5 mm

61


Construction en plaques de plâtre:

9.5 mm - cavité 80 mm - 9.5 mm

Remplissage complet

Différentes densités

Densité du matériaux absorbant

dans le creux : aucune influence !

Rôle de l’absorbant dans la cavité

Rw des parois à ossature métallique

Rw des parois à ossature métallique

avec 3 plaques de chaque côté, jusqu’à 69 dB

Rw des parois à ossature bois

profondeur

ossature

50

mm

70

mm

100

mm

BOIS 37 38 38

METAL 42 45 47

1 plaque de carton-plâtre de

12,5 mm de chaque côté

Rw des parois à ossature bois découplée

• 2 plaques de carton-plâtre de 12,5 mm

de chaque côté

• 100 mm de matériau absorbant

jusqu’à 60 dB


Matériaux absorbants

Laines minérales

laine de verre

Port d’un masque et de gands !

laine de roche


Matériaux absorbants

Laines naturelles

Même structure souple

à cellules ouvertes que

les laines minérales

Aussi: lin, laine de

mouton, matelas de

plumes, PET recyclé,

panneau de paille…

flocons de cellulose

laine de bois laine de coton

chanvre

10

20

30

40

50

60

70

80

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

f (Hz)

R (

dB

)

Paroi de base : MS 50 mm + 2x2

plaques de plâtre de 12,5 mm Rw = 43 dB

Influence de la nature de l’isolant – matériaux écologiques Rw des parois doubles

Configurations testées Rw

Paroi de base : MS 50 mm + 2x2 plaques de plâtre de 12,5 mm 43 dB

Paroi de base + laine minérale 50 mm 50 dB

Paroi de base + mousse de cellulose 40 mm (70 Kg/m³) 50 dB

Paroi de base + laine de chanvre 30 mm (30-42 Kg/m³) 49 dB

Paroi de base + laine de bois 50 mm (40 Kg/m³) 48 dB

Résultats comparables en isolation pour les différents absorbants (mais attention : les mousses à cellules fermées ne fonctionnent pas acoustiquement – PU, XPS, EPS…)

Influence de la nature de l’isolant – matériaux écologiques Rw des parois doubles

Tous les absorbants

acoustiques sont des isolants

thermiques, mais l’inverse

n’est pas vrai: les isolants à

cellules fermées n’absorbent

pas le son.

Ils peuvent même, dans certains cas,

détériorer le résultat.

En corollaire, un doublage thermique mal

pensé peut dégrader les performances

acoustiques d’une paroi.

Matériaux de désolidarisation

Aussi: pneus recyclés, latex, mousses de PU élastiques…

Plus écologiques : bandes de coco, de jute ou de liège

caoutchouc recyclé coco

polyéthylène polyéthylène mousse de PVC

liège

L’isolation phonique écologique

J.L. Beaumier - éd. Terre Vivante 2011

Outils, sites internet, etc… intéressants :

75

Guide du bâtiment durable www.ibgebim.be

Accès direct via : guidebatimentdurable.bruxellesenvironnement.be


http://www.ibgebim.be/





http://www.guidebatimentdurable.bruxellesenvironnement.be/





76

ACOUSTIQUE PRATIQUE – J. Desmons – EDIPA, Paris – 2004.

BOUWAKOESTIEK – B. Ingelaere – Wetenschappelijk en

Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, Limelette – 2002.

Articles et conférences du CSTC 2001-2014 – www.cstc.be –

www.normes.be

INITIATION A L’ACOUSTIQUE – A. Fischetti – BELIN, Paris –

2003.

ACOUSTIQUE – R. Josse – Centre Scientifique et Technique du

Bâtiment, Grenoble.

ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT ET LUTTE CONTRE LE BRUIT-

J.J. Embrechts – Université de Liège, Faculté des Sciences

Appliquées – 2001.

BOUWAKOESTIEK – B. Ingelaere – Wetenschappelijk en

Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, Limelette – 2002.

LA PRATIQUE DE L’ISOLATION ACOUSTIQUE DES

BÂTIMENTS – J. Pujolle – Editions du Moniteur, Paris – 1978.


http://www.cstc.be/

http://www.cstc.be/

http://www.cstc.be/

http://www.cstc.be/

http://www.cstc.be/

http://www.normes.be/





77

Contact

Manuel VAN DAMME

Acoustical Expert

Coordonnées :

: 0478/98.98.42

E-mail : [email protected]

mailto:[email protected]

Formation Bâtiment Durable - environnement.brussels · 2 Objectif(s) de la présentation Donner...

Documents

Transcript of Formation Bâtiment Durable - environnement.brussels · 2 Objectif(s) de la présentation Donner...