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Acoustique environnementale : site expérimental permanent du LCPC à Saint-Berthevin (53)
La Station de Long Terme (SLT) a été mise en place dans l’objectif d’appréhender les phénomènes physiques relatifs au domaine de l’acoustique environnementale : si les nuisances sonores peuvent provenir de différentes origines (sources de bruit de type transport routier, ferroviaire et aérien, ou bruit de type industriel), elles présentent cependant des caractéristiques communes lorsque l’on s’intéresse aux phénomènes physiques liés à la propagation acoustique à grande distance. Cette thématique de recherche présente des verrous scientifiques encore importants malgré l’intérêt que lui porte la communauté scientifique internationale et les moyens qu’elle lui consacre depuis quelques dizaines d’années.
Parallèlement, les instances réglementaires et normatives subissent de fortes contraintes liées à la pression publique. En effet, le nombre de citoyens européens aujourd’hui soumis aux nuisances sonores d’origine routière, ferroviaire ou industrielle est de plus en plus important. Ces citoyens font émerger un besoin urgent d’améliorer la fiabilité des outils d’estimation numérique ET expérimentale des niveaux sonores auxquels ils sont/seront exposés.
Les niveaux sonores mesurés et/ou modélisés dépendent d’un grand nombre de phénomènes physiques : diffraction, diffusion, réflexion, etc. En particulier, l’influence combinée des effets micrométéorologiques et des effets de sol conduit à une grande dispersion des niveaux sonores à grande distance d’une source sonore à l’étude. Ces effets varient sur des échelles de temps très variables et leur influence relative sur le champ acoustique dépend fortement de la configuration géométrique étudiée et des caractéristiques du milieu de propagation traversé : gradients verticaux moyens de vent et de température, turbulence atmosphérique.
Ainsi, tout l’intérêt de la mise en place d’un tel site d’observation en continu (« monitoring ») pendant une longue période (10 ans) est de pouvoir quantifier l’influence des conditions micrométéorologiques sur la variabilité d’un champ acoustique à l’échelle locale (celle du site) relativement à l’échelle régionale (celle des stations Météo-France). Ces travaux de recherche portent autant sur l’aspect spatial (effet de site) que sur l’aspect temporel (court/long terme), dans l’objectif d’accéder à l’estimation de la variabilité spatio-temporelle de l’ensemble des grandeurs d’intérêt sur un site quelconque à court, moyen et long terme.
Site expérimental LCPC de St-Berthevin - Vue générale
Cette Opération de Développement (OD) du LCPC a été mise en place en 1999 et est opérationnelle depuis 2001. Elle est prévue pour couvrir une période de 10 ans. Elle s’intègre dans le cadre de l’Opération de Recherche (OR) du LCPC identifiée 11M041 « Propagation acoustique en milieu extérieur complexe » (2004-2007). Bien que plus particulièrement reliées à l’axe 3 de cette Opération de Recherche, les données expérimentales issues de la SLT seront évidemment utilisées pour mener les travaux au sein des autres axes de recherche. En effet, l’ensemble de ces données brutes doit ensuite être traité, validé puis analysé dans l’objectif d’accéder à une caractérisation statistique du site (micrométéorologique et acoustique), afin de dégager les paramètres d’influence majeurs pour la propagation acoustique sur de tels sites complexes, et d’estimer la précision et la représentativité d’une mesure, en particulier sur le « long terme » (axe 2). En outre, les données post-traitées devront contribuer à la validation des modèles numériques acoustique et micrométéorologique développés par le LCPC et/ou les organismes de recherche associés (axe 1).
Ces données consistent donc en une acquisition permanente (« monitoring ») sur 10 ans (échantillonnage temporel : 10 s) des grandeurs acoustiques (niveau global, 1/1 octave, etc.) et micrométéorologiques (vitesse et direction du vent, température de l’air et du sol, pluviomètrie, solarimètrie, etc.) en plusieurs points du site : 5 mâts acoustiques de 5m (2 hauteurs de capteurs), 2 mâts météo de 25m (3 hauteurs de capteurs) et 2 mâts météo de 10m (2 hauteurs de capteurs). Parallèlement, une station de comptage de trafic routier est également en fonctionnement 24h/24 et 365j/an sur le site. Des mesures des caractéristiques de sol sont également régulièrement réalisées (fréquence mensuelle) en 12 points du site (échantillonnage spatial optimisé) afin d’accéder aux propriétés d’absorption de l’énergie sonore par le sol (impédance acoustique).
> LCPC Nantes (B. Gauvreau, Ph. L’hermite, V. Gary) : Responsabilité du Projet de Développement « SLT », animateur de l’Equipe Projet, Gestion administrative et financière, évolution matérielle et logicielle, traitement et analyse des données expérimentales, communication & publications
> CECP Angers (F. Lauzin, C. Berlin, H. Poirier) : développement et maintenance matériel et logiciel de la SLT, , études de faisabilité et mise en ?uvre opérationnelle
> LRPC Blois (B. Bonhomme, H. Boutefol) :maintenance préventive et curative, interventions sur le site, gestion technique et entretien, archivage et traitement des données
> LRPC Clermont-Ferrand (H. Lefèvre) : suivi métrologique de la SLT
> LRPC Lille (J.P. Deparis) : suivi métrologique de la SLT
> LRPC Strasbourg (D. Écotière, S. Doisy) : suivi métrologique de la SLT
> CETE Ouest (C. Brochard) : maintenance préventive et curative de la station de comptage du trafic routier type SIREDO
Unité responsable de l’exploitation :
Division ESAR
Secteur d’activité :
Environnement (Comité de programme M)
Contacts :
- Division Entretien, Sécurité et Acoustique des Routes (ESAR)
- Section Acoustique Routière et Urbaine (ARU)
Un exemple d’application marquant :
En tant qu’ « Equipement pour la Recherche », ce site expérimental n’a pas vocation à produire directement des études, mais plutôt à faire avancer les connaissances scientifiques dans le domaine de la propagation acoustique en milieu extérieur, notamment à travers l’exploitation de la riche base de données qui en est extraite : validation des modèles numériques (acoustique ET micrométéorologiques) et analyse (géo)statistique des données (cf plaquette de présentation au format pdf). Ainsi, ce site expérimental a été retenu dans le cadre du projet de recherche européen HARMONOISE (6 ème PCRD) dans lequel le LCPC était engagé (WP4) sur la période 2002-2004. En outre, un certain nombre de publications scientifiques du LCPC y sont plus ou moins directement rattachées :
> Articles dans des revues avec comité de lecture
> Livres et communications à des congrès avec actes
> Rapports de recherche y compris rapports de contrat de recherche
Caractéristiques techniques :
Le site de Saint-Berthevin a été retenu suivant un cahier des charges qui en définissait les principales caractéristiques d’intérêt :
L’implantation des mâts acoustiques et météorologiques a été réalisée de manière à permettre l’étude de l’influence des différents aspects du terrain : fond de vallée, mi-pente, rupture de pente et plateau. Ainsi, pour chaque aspect, un mât acoustique a été implanté à 280m du bord de la voie autoroutière A81. Cette distance satisfait au critère retenu dans l’article 6 de l’arrêté du 5 mai 1995 relatif au bruit des infrastructures routières, qui impose de faire des études d’impact acoustique intégrant les effets météorologiques pour les sites au-delà de 250m. A chaque mât acoustique correspond un mât météorologique, avec une exception pour la mi-pente : le mât acoustique a été déplacé sur l’autre pente pour servir de référence à la source ferroviaire (ligne SNCF). Un mât acoustique de référence à également été placé près de la voie autoroutière, à proximité d’une station de comptage de trafic routier. L’ensemble des données est rapatrié par un réseau filaire parcourant le site en liaison série type RS485jusqu’à une unité informatique centrale disposée dans un bungalow climatisé en fond de vallée. A minuit heure GMT, la base de donnée est concaténée, l’horloge radio est interrogée pour remettre les 10 centrales à l’heure. L’acquisition pour la nouvelle journée commence par un calibrage automatique des 9 chaînes de mesure acoustique programmé pour débuter à 0H 0min 20s. Ce calibrage peut également être réalisé manuellement à l’aide d’un calibreur classique en utilisant un adaptateur du type RA0009.
Acoustique : tous les mâts acoustiques sont disposés à 280m de la source et présentent deux hauteurs de mesure : 2 et 5m. Le mât en bord de voie autoroutière n’a qu’une hauteur de mesure de 2m au dessus de la voie. Les centrales d’acquisition des 5 mâts acoustiques stockent toutes les 10s les niveaux énergétiques continus équivalents suivants :
Micrométéorologie : deux mâts de 25m de hauteur sont disposés en fond de vallée pour l’un et sur le plateau pour l’autre. Vitesse, direction du vent et température sont disposés à 3, 10 et 25m de hauteur. Deux mâts météo de 10m de hauteur sont placés à mi-pente et en rupture de pente sur le bord du plateau. Ces mâts mesurent, vitesse, direction du vent et température à 3m et 10m de hauteur. De plus, la SLT fournit des mesures de température du sol à 2, 5, 10, 20 et 100 cm de profondeur et une mesure de l’hygrométrie à 3m de hauteur. Le mât sur le plateau dispose également d’un solarimètre et d’un pluviomètre. Les caractéristiques de ces capteurs sont résumées ci-après :
Trafic routier : la station de comptage de trafic de type SIREDO a été adaptée à la problématique concernée. Elle permet à l’aide de deux boucles et d’un capteur piézoélectrique par voie de fournir ? au fil de l’eau ? les informations suivantes :
Évolution
Une évolution matérielle (anémomètres soniques tridimensionnels, capteurs de nébulosité et d’humectation, etc.) et logicielle (passage en 1/3 octave pour l ?acoustique, calculs des paramètres de turbulence atmosphérique, etc.) est envisagée dans le courant de l’année 2006 et 2007. Il est également prévu de développer et de mettre en place un système de surveillance permanent (« monitoring ») des caractéristiques de sol en un point du site (impédance), indépendamment des mesures ponctuelles réalisées régulièrement sur le site, avec un échantillonnage spatial optimisé (12 points de mesure).
Pour en savoir plus :
Plaquette de présentation de la SLT (format poster)