Isolation phonique

Les bruits se transmettent à travers la plupart des murs et des planchers en faisant vibrer l'intégralité de la structure. Ces vibrations génèrent de nouvelles ondes sonores d'intensité réduite de l'autre côté du mur ou du plancher. Le passage du bruit dans une pièce du bâtiment depuis une source extérieure ou une autre pièce est appelé "transmission sonore".

La perte de transmission ou "indice de réduction sonore" (R dB), est une mesure reflétant l'efficacité d'un mur, d'un plancher, d'une porte ou de toute autre barrière en termes de restriction du passage des bruits. La perte de transmission varie avec la fréquence et la perte est généralement plus importante aux fréquences les plus élevées. L'unité de mesure de la perte de transmission sonore est le décibel (dB). Plus la perte de transmission d'un mur est élevée, plus celui-ci sera efficace en tant que barrière au passage des bruits indésirables.

Il existe deux types d'isolation phonique dans les bâtiments : l'isolation contre les bruits aériens et l'isolation contre les bruits d'impact. L'isolation contre les bruits aériens est utilisée lorsque le bruit produit directement dans l'air est isolé. Elle est déterminée par son indice de réduction sonore. L'isolation contre les bruits d'impact est utilisée pour les planchers flottants. Elle est déterminée par le niveau de pression sonore dans la pièce située directement dessous.

 

Isolation sonore 

  1. Transmission sonore directe
  2. Transmission par les flancs
  3. Transmission aérienne
  4. Fuite sonore 
     

a) L'isolation contre les bruits aériens

Lorsqu'une onde sonore est incidente par rapport à la cloison entre deux espaces, une partie de l'onde est réfléchie et une autre partie est transmise à travers la cloison.

R = 10log10 W1/W2 


   R (dB) W1/W2   
 L'isolation contre les bruits aériens
10 10 
20  100 
30  1 000 
40 10 000 
50 100 000
60  1 000 000


Pour les structures constituées d’une simple paroi, telles que les murs en béton homogènes, la transmission suit la loi des masses, qui veut que plus la structure est massive, plus la quantité de bruit transmise est réduite.

Dans les structures légères constituées de couches multiples, telles que les murs en gypse, la loi masse-ressort-masse s'applique. Si des matériaux hautement absorbants, tels que la laine de roche, sont utilisés comme "ressort" entre les deux parois d'un mur, l'isolation phonique s'en trouve améliorée. Plus la cavité est large, plus l'effet absorbant de la laine de roche sera développé. Généralement, une augmentation de 5 à 10 dB de la valeur R peut être atteinte en utilisant une cavité remplie plutôt qu'une cavité vide. La figure ci-dessous montre une structure simple paroi et une structure double paroi de même poids total.

Indice de réduction sonore



Le calcul de l'indice de réduction sonore R repose sur des résultats de test obtenus pour différentes fréquences. Les résultats sont comparés à la courbe de référence entre 100 Hz et 3150 Hz à des intervalles d'1/3 d'octave. Si les mesures sont réalisées sur site (dans un bâtiment réel), les valeurs sont notées R’. La procédure de test standard est définie par la norme EN ISO 140, qui donne des méthodes standard pour les mesures en laboratoire et sur le terrain.

La différence entre les valeurs obtenues en laboratoire et sur le terrain peuvent représenter plusieurs dB, en fonction des finitions du bâtiment et des travaux réalisés.

Si une cloison se compose de plusieurs types d'éléments – par exemple, s'il s'agit d'un mur comportant des fenêtres et des portes aux caractéristiques de transmission sonore différentes – l'indice de réduction sonore total doit être calculé.

L'indice de réduction sonore pour les trous et les fentes est quasiment égal à 0 dB. L'influence des trous et fentes peut par conséquent se révéler importante, par exemple au niveau des raccords entre les murs, au niveau des portes et fenêtres dépourvues de bandes d'étanchéité, et au niveau de toutes les ouvertures nécessaires dans les cloisons. Si un matériau d'absorption acoustique est inséré dans les fentes, celles-ci présenteront un indice de réduction sonore plus élevé.

Indice de réduction sonore pondérée Rw

Dans la norme EN ISO 717-1, une méthode d'évaluation est également donnée, dans laquelle la valeur Rw est complétée par deux termes C qui sont appliqués à deux modèles du spectre du bruit pour divers types de bruits. Ces deux termes, Rw + C et Rw + Ctr, incluent également la plage de fréquences de 100 à 3150 Hz, mais peuvent être étendus à celle de 50 à 5000 Hz. Les bruits industriels et de circulation ont souvent des niveaux sonores élevés situés en dessous de 100 Hz. Il est donc recommandé d'utiliser la plage de fréquences étendue.

La valeur récapitulative Rw + C donne l'indice de réduction en dBA pour un spectre dont le niveau est également élevé dans toutes les bandes de tiers d'octave. Cette valeur peut être utilisée pour:
  • Les activités du quotidien (discussion, musique, radio, TV)
  • La circulation ferroviaire à vitesse moyenne et élevée
  • Le trafic autoroutier à des vitesses supérieures à 80 km/h
  • Le vol d'un jet à faible distance
  • Les usines émettant principalement des bruits à des fréquences moyennes et élevées  
La valeur récapitulative Rw + Ctr donne également l'indice de réduction en dB(A), pour un spectre à dominante basse-fréquence, tel que:
  • La circulation routière urbaine
  • La circulation ferroviaire à faible vitesse
  • La musique d'une discothèque
  • Les usines émettant principalement des bruits à des fréquences basses et moyennes

b) L'isolation contre les bruits d'impact

Une source de bruit aérien crée des vibrations dans l'air qui l'entoure. Celles-ci se dispersent et créent à leur tour des vibrations dans les murs et les planchers qu'elles rencontrent. Une source de bruit d'impact crée des vibrations directement dans les éléments subissant l'impact. Ces vibrations se dispersent sur toute la surface des éléments et dans les éléments reliés à ceux-ci, tels que les murs intérieurs, les parois intérieures des murs externes et les planchers. Les vibrations dans les éléments forcent l'air à proximité à vibrer. Ce sont ces nouvelles vibrations aériennes que nous percevons.

Les planchers doivent réduire à la fois les bruits aériens et, s'ils se trouvent au-dessus d'un lieu de vie, les bruits d'impact. Un plancher solide lourd compte sur sa masse pour réduire les bruits aériens et sur son revêtement souple pour réduire les bruits d'impact à la source.

Un plancher flottant contient une couche d'un matériau hautement résistant qui isole largement la surface de marche de la base. Cette isolation contribue à la fois à l'isolation contre les bruits aériens et les bruits d'impact.
  • Il est important de choisir un matériau adapté et de s'assurer que celui-ci n'est pas contourné par des ponts solides tels que des fixations ou des tuyaux.
  • Les passages aériens, y compris ceux créés par le rétrécissement des matériaux, doivent être évités. Les matériaux poreux et les vides au niveau des joints de la structure doivent être bouchés.
  • La résonance doit également être évitée. Celle-ci peut intervenir si une partie de la structure (telle qu'un revêtement sec) vibre fortement à une fréquence sonore particulière (hauteur tonale) et transmet plus d'énergie à cette hauteur tonale. 
L'isolation contre les bruits d'impact est calculée à partir de mesures du niveau de pression sonore produit par la méthode standard du martelage. Les résultats sont présentés sous la forme d'une courbe entre 50 et 5000 Hz. 

Lors du calcul d'une quantité à un seul chiffre L n,W ou L’n,W, les niveaux pour les 16 fréquences sont comparés à la courbe standard de la même façon que pour le calcul de l'indice de réduction sonore. La seule différence réside dans l'écart entre la courbe mesurée et la courbe standard, qui est dans ce cas supérieure à la courbe standard. La valeur Ln est mesurée en laboratoire, tandis que la valeur L’n est mesurée sur le terrain. Pour les deux valeurs Ln et L’n, plus la valeur numérique est faible, plus l'isolation contre les bruits d'impact est efficace.

Toujours pour l'isolation contre les bruits d'impact, deux termes d'adoption de spectre Ci,100-2500 et Ci,50-2500 sont nécessaires dans le cas d'un plancher avec des poutres en bois. La différence entre les résultats de mesure en laboratoire et sur le terrain s'explique par le phénomène de transmission par les flancs qui se produit dans les bâtiments. Dans un bâtiment réel, le bruit est transmis non seulement par la structure étudiée – par exemple, un plancher – mais également par les structures adjacentes liées au plancher.

La raideur dynamique

La raideur dynamique est une propriété très importante pour les matériaux poreux, en particulier lorsque ces matériaux sont montés directement entre deux couches solides (élément sandwich, plancher flottant). Pour les laines minérales, elle est exprimée en MN/m3, les laines minérales étant généralement continues.

La laine de roche PAROC se compose d'un matériau solide et d'air. Lorsqu'elle est utilisée comme couche résistante, il convient de déterminer séparément la raideur dynamique pour les fibres minérales et pour l'air. La raideur dynamique est alors sd + sa (sd est la raideur du matériau et sa celle de l'air captif).

Conformément aux normes de test, la raideur dynamique de la laine de roche doit être donnée pour une charge de 200 kg/m2 lorsqu'elle est utilisée sous un plancher flottant en béton. Plus la valeur de raideur dynamique est faible, plus l'isolation des bruits d'impact sera efficace.

Les produits en laine de roche utilisés pour l'isolation contre les bruits de pas sont spécifiquement conçus pour les applications de planchers. L'orientation des fibres est principalement horizontale en comparaison aux panneaux destinés par exemple aux toitures ou aux sols. Les fibres horizontales bloquent mieux le passage du bruit. La différence lors d'une utilisation dans un plancher peut être supérieure à 5 dB, soit une classe de différence.

PAROC ROS


Système masse-ressort-masse

L'idée du plancher flottant est d'utiliser un système masse-ressort-masse. Plus l'élément ressort est souple, plus les vibrations seront atténuées. Il en va de même pour les masses : plus celles-ci sont lourdes, plus elles seront efficaces. Si le plancher intermédiaire n'est pas massif, le plancher flottant ne fonctionnera pas car le système masse-ressort-masse aura été altéré. En pratique, un plancher intermédiaire doit être cinq fois plus massif qu'un plancher flottant.

L'isolation contre les bruits d'impact est mesurée à l'aide d'un appareil de martelage standard. Une bonne valeur d'isolation contre les bruits d'impact L’ n,w nécessite:

Pour un plancher flottant sur béton:

  • Un plancher intermédiaire massif
  • Une couche intermédiaire élastique souple
  • Un plancher flottant massif

Le système masse-ressort-masse idéal:

The ideal mass spring system


Aux extrémités de son déplacement, la masse est au repos et n'a aucune énergie cinétique. Dans le même temps, le ressort est comprimé au maximum et stocke toute l'énergie mécanique du système sous la forme d'énergie potentielle. Lorsque la masse est en mouvement et atteint la position d'équilibre du ressort, l'énergie mécanique du système a été complètement convertie en énergie cinétique.

Tous les systèmes vibrants consistent en ce jeu entre un composant stockant l'énergie et un composant transportant l'énergie.

La fréquence (en Hz, soit le nombre de vibrations par unité de temps) d'un système masse-ressort-masse est définie par


Spring system frequency


k est la constante du ressort (laine minérale) et m est la masse (plancher intermédiaire). Plus la valeur f est faible, plus l'isolation est efficace. En augmentant la masse ou en diminuant la constante du ressort, il est ainsi possible d'obtenir la meilleure isolation.

c) Transmission par les flancs


La transmission par les flancs est une forme de transmission du bruit plus complexe, dans laquelle les vibrations résultant d'une source de bruit sont transmises aux autres pièces du bâtiment, généralement par les éléments d'une structure présente dans le bâtiment. Par exemple, dans un bâtiment à ossature acier, une fois l'ossature elle-même soumise à des vibrations, la transmission effective peut être prononcée.

Dans un bâtiment, une fraction de la transmission du bruit entre deux pièces peut se faire par un élément situé sur les flancs, tel qu'un mur extérieur ou un plafond. Afin d'éviter cela, les instructions des fabricants doivent être scrupuleusement observées. La figure montre les principales solutions pour un mur extérieur.
 Transmission par les flancs
Solutions pour réduire le risque de transmission indirecte

Il existe souvent des exigences de marges de sécurité pour les différentes données sonores des éléments afin d'éviter la transmission par les flancs.