Vibrations en ville

Voici l’article numéro 6 sur 17 qui a été publié dans le magazine « Actu Environnement« 

Chaque lundi, vous retrouverez un nouveau numéro qui sera diffusé sur le site.

Ces articles vous permettront de comprendre le travail des acousticiens.

Bien évidemment les membres de CINOV GIAC de notre région Languedoc Roussillon sont à votre disposition pour vous donner les solutions sur le terrain.

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Si vous le souhaitez vous pouvez lire ou relire l’article numéro 5

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Les bruits et les vibrations d’origine environnementale et présents dans les villes sont assez souvent liés aux infrastructures de transports mais peuvent également être générés par des activités industrielles, de loisirs, de chantiers, voire humaines. Les voies ferrées sont par nature assez impliquées dans les impacts vibratoires du fait d’un contact de deux éléments métalliques en mouvement. Contrairement au bruit qui est véhiculé dans l’air, un milieu homogène, la vibration se déplace dans le sol, un milieu hétérogène qui rend sa propagation un peu plus complexe, complexité renforcée par les réponses des bâtiments soumis à ces vibrations basses fréquences.

Dans la plupart des cas, les riverains se plaignent à la fois des bruits et des vibrations avec la combinaison des deux phénomènes qui renforce la gêne ressentie par les occupants et qui même quelquefois procure de l’inquiétude, car un excès de vibration fait tout de suite penser à un risque pour l’intégrité du bâtiment. Le verre qui bouge sur la table en est un parfait exemple ! Face à toutes ces interrogations, certains acteurs du GIAc se positionnent depuis quelques années comme des spécialistes de premier plan en intervenant dans les comités normatifs, dans le développement de méthodes et de modèles prédictifs.

Une réglementation peu présente

Contrairement à l’acoustique qui est très bien règlementée, la vibration est peu soumise à des textes réglementaires et les indicateurs sont actuellement en phase de discussion au niveau européen. Les valeurs limites sont pour la plupart celles qui relèvent des retours d’expérience avec toute la diversité que cela comporte. Les sociétés Acouphen et Sixense Environment s’appuient sur leurs retours d’expérience pour mener à bien les études qui leurs sont confiées soit par les opérateurs de transports ferroviaires pour limiter les impacts des nouvelles infrastructures soit par les promoteurs qui viennent construire à proximité des voies ferrées.

De nos jours, des solutions existent pour réduire à la source ces pollutions sournoises mais il reste encore des innovations à développer car les spécialistes ont acquis une bonne maîtrise du comportement vibratoire des matériels, des constructions et plus récemment du sol qui malgré sa complexité peut être un allié de circonstance avec son « effet ressort ».

Cas d’étude 1 : prédiction des vibrations pour un métro en tunnel

En milieu urbain, les métros enterrés constituent une source de gêne purement vibratoire pour les riverains vivant à proximité directe de ce moyen de transport. Cette gêne vibratoire est très particulière dans le sens où elle a d’une part, pour origine la perception tactile et d’autre part, une nuisance acoustique liée à la mise en vibration des murs générant du bruit solidien. Ce phénomène se décompose en trois grandes catégories à savoir la génération des vibrations à la source, la propagation dans le sol puis la transmission dans le bâtiment à proximité.

Au niveau de la source, le contact roue-rail est à l’origine de la génération des vibrations et se transmet dans le radier du tunnel puis dans le sol. Suivant le type de matériel roulant, la rugosité du contact roue-rail ainsi que les caractéristiques de la plateforme ferroviaire, la vibration transmise dans le sol est plus ou moins importante. Dans le but de réduire la transmission vibratoire, des systèmes de désolidarisation sont mis en place dans certains cas qui vont de la semelle sous rail à la dalle désolidarisée en passant par des attaches de rail spéciales.

De par le couplage sol/tunnel, les vibrations issues du passage du métro se propagent dans le sol. Cette propagation dépend des caractéristiques mécaniques et géométriques du sol. Classiquement, un sol se définit par une succession de couches possédant chacune des propriétés qui lui sont propres. Cette hétérogénéité du milieu de propagation est un vecteur important de propagation qu’il convient de bien maîtriser. L’atténuation des vibrations dans le milieu de propagation est à l’heure actuelle le cas le plus délicat à traiter surtout de par la difficulté d’accessibilité à ce milieu. Mais l’utilisation d’une méthode innovante non destructive pour caractériser le sol vient d’être développée par la société Acouphen.

Enfin, les vibrations arrivent au niveau des fondations du bâtiment et se transmettent dans celui-ci par les différents éléments porteurs. La description vibratoire précise du bâtiment est extrêmement importante à ce niveau dans le sens où, à l’inverse du sol, le niveau vibratoire peut être amplifié en fonction des éléments structurels du bâtiment et de son couplage avec le sol. La réduction de la transmission vibratoire dans le bâtiment peut être traitée au niveau des fondations en plaçant des matériaux résilients entre le sol et le bâtiment ou au niveau de la superstructure par une désolidarisation vibratoire de celle-ci par l’intermédiaire de plots ou ressorts. D’autres solutions optimisées peuvent être trouvées et doivent être traitées au cas par cas.

Cas d’étude 2 : gestion des vibrations d’un chantier

Les chantiers de construction peuvent aussi être source de nuisances vibratoires, certes de durée limitée dans le temps, mais dont l’impact peut être important. Outre la gêne des riverains, les risques peuvent concerner l’endommagement superficiel des structures (fissuration du crépi, extension des fissures existantes…). Les phases de chantier les plus critiques sont généralement les phases de démolition (avec par exemple l’utilisation d’un brise roche hydraulique (BRH)) et les phases de construction des fondations, qui nécessitent l’utilisation d’engins de grande puissance comme des foreuses ou des hydrofraises pour les parois moulées.

La maîtrise des nuisances vibratoires nécessite que le sujet soit pris en compte très en amont. Il est d’ailleurs courant que la maîtrise d’ouvrage demande à ce que les entreprises réalisent des études préalables ou des mesures de contrôle vibratoire. Les spécialistes en vibrations sont en effet capables de prévoir s’il y a un risque vibratoire avant le démarrage du chantier, en utilisant des modèles de calcul simplifiés ou sophistiqués (calculs 3D par élément fini). Les solutions à mettre en place ne peuvent être efficaces que si elles ont été pensées en amont du projet. On citera par exemple le changement de méthode de travail (ex : démolition à l’aide d’une pince croqueuse au lieu du BRH), la concentration des travaux bruyants dans une plage horaire réduite, la mise en place de coupures vibratoires pour désolidariser les structures avant les travaux, ou la réalisation de tests vibratoires au début de chantier pour valider la méthode de travail.

Conclusion

Face aux attentes fortes des citoyens et à une réglementation quasi inexistante en vibrations, il revient aux acteurs des transports et de la construction de prendre leurs dispositions pour anticiper les nuisances potentielles liées aux vibrations. Les spécialistes disposent d’un savoir-faire pour développer des méthodes d’analyse de risque adaptées aux enjeux, et pour accompagner les décideurs et les entreprises. A l’avenir, il est très probable que les grands projets de construction intègrent une démarche de prise en compte des nuisances environnementales (bruit, vibration, qualité de l’air) de la phase de construction à celle de l’exploitation des ouvrages, afin d’améliorer l’intégration de ces ouvrages dans la ville. En termes d’innovation, on attend beaucoup des capteurs connectés (iOT).

De nouvelles méthodes de mesures dites de « sismique sans source » sont également en développement. Elles permettent de détecter et localiser des défauts dans une structure et également de constituer une source naturelle pour caractériser le comportement du sol, à l’aide de la simple écoute des vibrations ambiantes, qui sont nombreuses en ville. Les vibrations ne sont pas seulement source de nuisances, mais peuvent être utilisées à bon escient…

Alexis BIGOT, Sixense Environment et Denis BOZZETTO, Acouphen