Dans le domaine de l’isolation, la simulation de la transmission des sons i.e. l'affaiblissement acoustique des structures multicouches (parois planes et enveloppes de réseaux aérauliques ou de fluides sous pression) est fondamentale, puisque basant la conception de systèmes constructifs s’opposant à la propagation du bruit, ce qui recherché dans de nombreux contextes.
C’est pourquoi l’évaluation de la transmission des sons i.e. l'affaiblissement acoustique au travers des structures multicouches est une tâche assez récurrente pour de nombreux praticiens de l’isolation: son accomplissement dans de bonnes conditions requière un moyen de calcul devant être, tout à la fois, polyvalent vis-à-vis des configurations devant être prises en compte, suffisamment précis pour baser un engagement de performance, et avec des modalités d’utilisation (e.g. convivialité, temps de calcul) qui ne soient pas hors de portée ou en décalage par rapport aux vicissitudes associées au travail quotidien.
Le logiciel de calcul acoustique SILDIS® permet la simulation de la transmission des sons i.e. de l'affaiblissement acoustique des parois et structures multicouches pour la mise au point de systèmes constructifs pour l’isolation e.g. parois planes et enveloppes de réseaux aérauliques ou de fluides sous pression.
Simulation de la transmission des sons i.e. de l'affaiblissement acoustique de parois planes
Fig. 1 Indice d’affaiblissement acoustique d’une paroi double, constituée d’une plaque en acier (d’épaisseur 1 mm) et d’une plaque en aluminium (d’épaisseur 2 mm), avec - on parle alors de tôle ondulée - ou sans ondulations, séparées par un milieu poreux (e.g. une laine minérale ou autre) de résistivité 12.5 kNsm-4, de porosité 0.95. A la fréquence de 500 Hz, l’indice d’affaiblissement acoustique atteint 27.5 dB avec les ondulations, contre 43.0 dB sans les ondulations, ce qui illustre (si la fréquence de 500 Hz est ce à quoi l'on s'attache), une variation considérable de la performance.
Avec le logiciel SILDIS®, la simulation de la transmission des sons i.e. de l'affaiblissement acoustique est possible pour des parois planes (en incluant les parois dont la géométrie comporte des ondulations, pourvu que leur amplitude soit suffisamment faible), qu’elles soient simples (i.e. pour 1 seule plaque ou pour 1 seul ensemble de plaques accolées mais non pas collées) ou multiples (e.g. à double peau, à triple peau) et il s’agit de la limitation de la transmission de puissance acoustique au travers d’un composant d’une enveloppe (mesure normalisée selon la norme NF EN ISO 140-3 Acoustique - Mesurage de l'isolement acoustique des immeubles et des éléments de construction - Partie 3: Mesurage en laboratoire de l'affaiblissement des bruits aériens par les éléments de construction).
L’objectif est souvent d’obtenir une performance acoustique élevée dans une bande de fréquence assez large (dans le secteur du bâtiment : a minima dans les bandes d’octave de fréquence centrale 125 Hz à 4000 Hz), parfois avec des composants légers ou/et de faible épaisseur (cependant les calculs avec le logiciel peuvent également être effectués pour des parois épaisses e.g. carreaux de plâtre, béton), toujours en se prémunissant des effets indésirables que constituent des diminutions (a fortiori : quand elles sont significatives) de l’indice d’affaiblissement acoustique: aux fréquences critiques des plaques (cela est dû au phénomène de coïncidence, en relation avec leur rigidité) et, le cas échéant, aux fréquences de résonnance (dans le cas de parois multiples e.g. à double ou triple peau).
La figure 1 fournit un exemple de résultats de simulation dans un tel contexte avec le Module 2 du logiciel SILDIS® (en relation avec la prévision de la performance acoustique de parois planes).
Simulation de la transmission des sons i.e. de l'affaiblissement acoustique d’enveloppes de réseaux aérauliques ou de fluides sous pression
Fig. 2 Indice d’affaiblissement acoustique d’une canalisation en aluminium, de section transversale circulaire, avec un diamètre D = 0.05 m ou D = 1.00 m (suffisamment loin d’une vanne, avec un couplage entre vanne et canalisation tel qu’ordinairement rencontré en pratique). A la fréquence de 500 Hz, l’indice d’affaiblissement acoustique atteint 77.6 dB pour un diamètre D = 0.05 m contre 38.6 dB pour un diamètre D = 1.00 m, ce qui illustre (si la fréquence de 500 Hz est ce à quoi l'on s'attache), une différence de performance très importante.
Le logiciel SILDIS® permet des calculs de la transmission des sons i.e. de l'affaiblissement acoustique pour de nombreux éléments constitutifs de réseaux aérauliques ou de fluides sous pression, avec ou sans calorifug et il s’agit de la limitation de la transmission de puissance acoustique: non pas dans le sens de l'écoulement (ce pour quoi un silencieux serait utile), mais transversalement.
L’objectif est souvent d’obtenir une performance acoustique élevée dans une bande de fréquence assez large (en pratique: dans les bandes d’octave de fréquence centrale 125 Hz à 8000 Hz), pour des constructions (qui ne peuvent être assimilées à des parois planes), ayant une section transversale - de dimension(s) caractéristique(s) modérée(s) - rectangulaire, carrée ou circulaire (y compris parfois: pour des gaines spiralées), toujours en se prémunissant des effets indésirables que constituent des diminutions (a fortiori : quand elles sont importantes) de l’indice d’affaiblissement acoustique, notamment (dans le cas de conduits circulaires) à la fréquence d’expansion circonférentielle (fréquence d’anneau) et, le cas échéant, aux fréquences de résonnance (dans le cas de parois multiples e.g. à double peau).
La figure 2 fournit un exemple de résultats de simulation dans un tel contexte avec le Module 3 du logiciel SILDIS® (en relation avec la prévision des performances acoustiques des parois de conduits).
Simulation de la transmission des sons i.e. de l'affaiblissement acoustique de structures multicouches
Fig. 3 Géométrie des plaques mono-composant prises en compte avec le logiciel SILDIS® (de la gauche vers la droite): plaque pleine (PL) ou perforée (PERF)
La simulation de la transmission des sons (affaiblissement acoustique) au travers de structures multicouches avec le logiciel SILDIS® est notamment basée sur la prise en compte d’une (ou plusieurs) plaque(s) e.g. en métal, en bois, en plâtre, en béton [1] et, le cas échéant (i.e. s’il ne s’agit pas d’une paroi simple) de milieux poreux (e.g. laines - minérales ou autres -, mousses) [2], de surfaçages [3], ou de protections perforées [4].
Avec le logiciel SILDIS®, il peut être pris en compte (comme illustré sur la figure 3) des plaques mono-composant pleines (repère PL) ou perforées (repère PERF).
Il est également possible de considérer (comme illustré sur la figure 4) des plaques bi-composant constituées d’une base i.e. un support, souvent métallique (repère 2-PLY-1) et un matériau amortissant (repère 2-PLY-2) ou encore des plaques tri-composant constituées d’une base i.e. un support - métallique dans le cas de ce que l’on appelle une « tôle sandwich », en verre lorsqu’il s’agit de vitrage feuilleté - (repère 3-PLY-1), un matériau amortissant (repère 3-PLY-2), et une plaque de contrainte, souvent de même nature que la plaque de base, quoique pouvant être d’épaisseur différente (repère 3-PLY-3).
Fig. 4 Géométrie des plaques multi-plis prises en compte avec le logiciel SILDIS® (de la gauche vers la droite): bi-composant (2-PLY) ou tri-composant (3-PLY)
Fig. 5 Géométrie des ondulations des plaques mono-composant (pleines) prises en compte avec le logiciel SILDIS® (du haut vers le bas): avec ondulations sinusoïdales (COR), avec des nervures (RIB) ou avec profil trapézoïdal (CLA)
Selon le contexte, le matériau viscoélastique amortissant peut être très varié e.g. EPDM, PVB ; pour les plaques bi-composant ou tri-composant, les caractéristiques des plaques équivalentes ainsi constituées [1] sont calculées par le logiciel SILDIS® (c'est une étape d'évaluation intermédiaire dans la perspective de la prévision de l'indice d'affaiblissement acoustique) à partir des données d’entrée se rapportant aux différents composants [1] (en tenant compte des épaisseurs respectives).
S’agissant de plaques mono-composant, des simulations sont possibles non seulement pour des parois rigoureusement planes, mais aussi (comme illustré sur la figure 5) en présence d’ondulations sinusoïdales (repère COR), de nervures (repère RIB) ou d'ondulations à profil trapézoïdal (repère CLA).
Pour de telles plaques orthotropes (i.e. dont les propriétés en relation avec l'élasticité diffèrent selon la dimension considérée), les valeurs des rigidités en tous genres (en flexion, en torsion, dans les différentes directions), sont calculées par le logiciel SILDIS® (c'est une étape d'évaluation intermédiaire dans la perspective de la prévision de l'indice d'affaiblissement acoustique) en se basant sur les caractéristiques du matériau considéré et en tenant compte des paramètres géométriques (en tant que de besoin: h, hw, l, r, T, b tels que représentés sur la figure 5), à moins que l’utilisateur n’en dispose par ailleurs, pouvant alors directement utilisées comme données d’entrée pour les prévisions de performance en relation avec la limitation de la transmission des sons (affaiblissement acoustique).
La propagation acoustique est prise en compte dans les différentes couches, en incluant (le cas échéant):
- les interactions à l’interface entre poreux (en relation avec la densité effective des fluides équivalents, et les modifications de tortuosité subséquentes)
- les liaisons entre peaux d'une paroi double (ponctuelles ou linéiques: avec une prise en compte simplifiée)
Modélisation des structures acoustiques multicouches pour l'évaluation de la transmission des sons i.e. de l'affaiblissement acoustique
Pour ce qui concerne la modélisation des structures acoustiques multicouches pour l'évaluation de la transmission des sons i.e. de l'affaiblissement acoustique, il y a lieu de noter qu’avec le Module 2 logiciel SILDIS® (en relation avec la prévision de la performance acoustique de parois planes), peuvent être pris en compte, pour des dispositifs d’isolation acoustique multi-étagés (cf. figure 6):
- de 1 à 4 ensembles (numérotés de 1 à 4 sur la figure 6) milieu poreux + surfaçage + protection perforée + plaque(s)
- 1 ensemble de plaque(s) (numéroté 0 sur la figure 6)
- à l’arrière : l’atmosphère
Le calcul de l’indice d’affaiblissement acoustique (illustrant la capacité d'une structure à s'opposer à la transmissions des sons) est toujours réalisé en considérant une transmission sonore depuis l’amont de l’ensemble d’indice le plus élevé (devant être pris en compte, dans un contexte donné) vers l’atmosphère (qui constitue l’aval).
Pour ce qui concerne le Module 3 du logiciel SILDIS® (en relation avec la prévision des performances acoustiques des parois de conduits) les calculs sont effectués pour 1 couche de base i.e. un support - numéroté(e) 0 sur la figure 6 - considéré(e) seule ou avec un doublage, alors constitué d’un milieu poreux et d’une plaque de finition (numérotés respectivement C et F sur la figure 6), comme dans le cas d'un calorifuge.
Pour ce qui concerne le sens de la transmission sonore, le calcul de l’indice d’affaiblissement acoustique peut être réalisé, d’une part, comme mentionné ci-dessus pour les parois planes (i.e. de l’intérieur vers l’extérieur d’un conduit) et d’autre part, en considérant une sens de transmission sonore opposé.
Fig. 6 Illustration des combinaisons de couches possibles avec le logiciel SILDIS® pour la simulation de l’affaiblissement acoustique des structures multicouches (parois planes) pour l’isolation acoustique (certaines couches pouvant - le cas échéant: facilement - être ignorées, selon la structure acoustique devant être simulée). B, F, J, N, R: plaques - C, G, K, O: milieu poreux - D, H, L, P: surfaçage - E, I, M, Q: protection perforée
Les combinaisons de couches possibles sont nombreuses et variées ; chaque couche est entièrement paramétrable (la couche « atmosphère » tient compte, elle aussi, des conditions climatiques i.e. des propriétés thermodynamiques de l’air): soit en utilisant des éléments de bibliothèque intégrés au logiciel SILDIS® [5] soit à l’initiative de l’utilisateur (concept BYO [6]).
Les capacités de calcul sont ainsi très étendues, quelle que soit la structure acoustique multi-couche considérée dans le contexte d'un projet d'isolation acoustique, permettant des applications pour la mise au point de systèmes constructifs dans le secteur du bâtiment comme dans l’industrie (e.g. pour la réduction de l'exposition au bruit des salariés ou/et la limitation des nuisances sonores dans l'environnement).
Applications en relation avec la simulation de la transmissions des sons i.e. l'affaiblissement acoustique des structures multicouches dans le domaine de l’isolation
S'agissant des applications en relation avec la simulation de la transmissions des sons i.e. l'affaiblissement acoustique des structures multicouches dans le domaine de l’isolation, il serait difficile d’établir une liste exhaustive de tous les calculs pouvant être effectués avec le logiciel SIDLIS dans ce domaine, et des applications subséquentes, les fonctionnalités disponibles, en relation avec le confort acoustique dans le secteur de la construction et en relation avec l'insonorisation industrielle et environnementale, étant très diversifiées:
- parois planes (y compris lorsqu’avec un relief modéré): pour le clos et le couvert de bâtiments d’habitation, d’établissements recevant du public (ERP), de bureaux et d’autres locaux de travail, de bâtiments industriels, de bancs d’essais (e.g. planchers - y compris : nervurés -, toitures, murs, bardages - y compris : avec ondulations, ce qui a son importance pour leur comportement en terme de transmission du bruit -, vitrages - y compris feuilletés - ), et aussi pour les portes, les cloisons séparatives (i.e. de distribution, qui divisent l’espace : souvent avec plusieurs sous-ensembles de parements accolés), ainsi que pour les doublages (e.g. de parois maçonnées) ou encore pour les cartérisations de machines et les panneaux d’insonorisation (souvent: métalliques) utilisés en acoustique industrielle pour des capotages et des bâtiments insonorisés, sans oublier les écrans acoustiques (i.e. les murs-antibruit)
- parois d’enveloppes de réseaux aérauliques ou de fluides sous pression : pour les conduites, les gaines, les canalisations, les tuyauteries de section rectangulaire, carrée, ou circulaire (et même: certains tubes spiralés) tels qu’utilisés dans le bâtiment et dans de nombreuses installations industrielles (selon le contexte, et sous réserve d’une dimension transversale modérée: réseaux de ventilation, équipements pour compresseurs, moteurs thermiques de capacité moyenne e.g. gaine d’admission et étage de filtration d’air, gaine d’échappement, cheminées industrielles, mais aussi les éléments de réseaux de transport de fluides ou de vapeur, ainsi que l’enveloppe de silencieux en tous genres)
Il y a lieu de noter que dans le cas d’enveloppes de réseaux aérauliques avec des parois de grandes dimensions e.g. pour des turbines à combustion (notamment pour la gaine d’admission d’air - y compris l’étage de filtration -, la gaine d’échappement, le registre à 3 voies éventuel), pour des chaudières industrielles (et pour des cheminées, des silencieux et d’autres atténuateurs de bruit qui se rapportent à ces sources de bruit ou à d’autres de grande taille), les calculs peuvent être effectués - en cas de section transversale rectangulaire ou carrée - en considérant des parois planes (i.e. avec le module 2 du logiciel SILDIS®).
Il est possible, avec le Module 2 du logiciel SILDIS® (en relation avec la prévision de la performance acoustique de parois planes), d’effectuer, sans limitation - d’aucune sorte - des données d’entrée, et vis-à-vis d’une bande de fréquence d’intérêt quelconque entre 20 Hz et 20 KHz, des calculs prévisionnel se rapportant à des systèmes constructifs pour l’isolation acoustique très diversifiés, e.g. impliquant des plaques (minces ou plus épaisses), associées à des milieux poreux, et éventuellement, à des surfaçages, et des protections perforées pour l’obtention d’indicateurs de performance (avec données de sortie par bande de 1/3 d'octave ou de 1/1 octave basées sur des calculs effectués en bande fine) ayant à voir avec:
- la perte par transmission (des sons au travers de parois): indice d’affaiblissement acoustique R (dB), y compris en terme d'indice pondéré Rw (dB), et aussi (s’il ne s’agit pas d’une paroi simple), pour une couche de base i.e. pour un support donné(e): perte d’insertion (illustrant la variation de performance liée aux couches additionnelles)
Fig. 7 Bardages, portes, vitrages (mais aussi: planchers, toitures et également: cloisons): autant de parois planes dont l''indice d'affaiblissement acoustique peut être calculé avec le logiciel SILDIS® dans le secteur du bâtiment.
Fig. 8 Les écrans acoustiques et les murs anti-bruit sont des structures acoustiques multicouches dont la performance acoustique peut être évaluée avec le logiciel SILDIS®.
Fig. 9 Parois de conduit à haute performance acoustique: cheminée d'échappement de turbine à gaz (en cours de construction)
De nombreuses applications sont ainsi possibles, en relation avec le calcul du niveau de puissance acoustique rayonné par des structures multicouches, à température ambiante, dans le secteur du bâtiment (cf. figure 7) ou dans le contexte de projets de protection de l'environnement contre le bruit (cf. figure 8).
Les conditions thermodynamiques (qui font varier les caractéristiques du fluide - qui peut être de l’air ou un autre gaz : O2, N2 , vapeur d’eau, gaz d'échappement -) et donc, le cas échéant, celles des éléments de garnissage et de revêtement absorbants sont prises en compte pour les simulations avec le logiciel SILDIS® (en particulier : des calculs sont possible à Ultra Haute Température), ce qui permet de nombreuses applications dans le secteur industriel (cf. figure 9).
A propos de la prévision de la performance de structures acoustiques multicouches en termes de transmission des sons i.e. d'affaiblissement acoustique avec le logiciel SILDIS®
Des prévisions de la performance de structures acoustiques multicouches (en terme de transmission de sons) avec le logiciel SILDIS® peuvent être effectuées dans le contexte d'un travail de bureau d'études en acoustique ou de Recherche & Développement visant à la mise au point de produits d'isolation acoustique, dans un contexte d'optimisation de la performance et de limitation des coûts de production.
Les conditions d'acquisition, d’apprentissage et d'utilisation du logiciel (au format Excel) ne sont en rien rédhibitoires vis-à-vis d’une utilisation épisodique, la disponibilité de l'outil - qui peut être utilisé même par une main d'oeuvre non hyper-spécialisée) étant - pour les ayants droit - totale ; les temps de calculs ne sont en rien rédhibitoires vis-à-vis d’un usage dans un contexte nécessitant l’obtention rapide de données de sortie.
Vis-à-vis d'essais de performance en laboratoire selon les normes qui ont été citées plus haut, les prévisions de performance acoustique avec le logiciel SILDIS® peuvent parfois (selon le contexte):
- permettre une optimisation de leur préparation en limitant le nombre des configurations testées
- les compléter en étendant le domaine d'évaluation d'indicateurs (e.g. pour d'autres combinaisons de paramètres, en plus basse fréquence ou en plus haute fréquence)
- s'y substituer pour différentes raisons e.g. organisationnelles, ou financières (alors: en apportant parfois de la flexibilité quant au choix de ce sur quoi porte l'évaluation de performance)
- permettre d'obtenir ce que des essais en laboratoire ne permettent pas toujours d'obtenir e.g. des évaluations de performance à haute température
La simulation de la transmission des sons (affaiblissement acoustique) au travers de structures multicouches (parois planes et enveloppes de réseaux aérauliques ou de fluides sous pression) avec le logiciel SILDIS® peut être effectuée soit par la ressource humaine de ITS (qui a développé et qui commercialise ce moyen de calcul: l'édition de logiciels est une activité de ITS évaluée conforme aux exigence requises par la norme ISO 9001), soit en libre-service (avec abonnement) en mode ASP [7].
[1] caractéristiques prises en compte: module de Young, masse volumique, facteur de Poisson, coefficient de pertes, conditions d’installation (libre ou avec encastrement), dimensions
[2] caractéristiques prises en compte: résistivité, porosité, tortuosité, longueur caractéristique thermique, longueur caractéristique visqueuse, masse volumique, épaisseur
[3] caractéristiques prises en compte: résistance au passage de l’air, masse surfacique, épaisseur
[4] caractéristiques prises en compte: porosité, géométrie des perforations, masse surfacique, épaisseur
[5] les caractéristiques spécifiques des matériaux devant être prises en compte pour les calculs - en plus de l’épaisseur et du nombre de couches, ainsi que de leur empilage - sont renseignées
[6] BYO = acronyme anglo-australien qui peut être traduit par "apportez le vôtre"
[7] ASP = acronyme anglais qui peut être traduit par Fourniture d’une Application Hébergée: à partir de 250 €/mois i.e. 277.50 US $/mois ; le prix fixe est celui exprimé en € (le prix exprimé en US $ est valable, comme le 5 décembre 2019, quand 1 € = 1.11 US $) ; TVA au taux de 20 % en sus (si applicable, i.e. seulement pour des clients établis en France) ; frais de mise en service en sus