Modélisation de la transmission acoustique des entrées d'air de fenêtres
Une part grandissante de la population mondiale est confrontée à des nuisances sonores. Le réseau routier, les voies ferrées, les aéroports, les zones d'activités et le voisinage sont autant de sources potentielles de bruit affectant les habitants, particulièrement en milieu urbain. 35 à 40% de la population française, et plus de 50% dans les grandes agglomérations considère les nuisances sonores comme un problème majeur. Au-delà de la gêne ressentie, les conséquences de la pollution sonore sur l'économie, la productivité et la santé sont de plus en plus reconnues. Dans ce contexte, l'Agence Européenne de l'Environnement estime à plus de 100 millions le nombre d'européens exposés à des niveaux de bruit jugés nocifs, ce qui fait des nuisances sonores le second facteur environnemental provoquant le plus de dommages sanitaires en Europe, après la pollution atmosphérique.
Malgré l'amélioration des performances thermiques et acoustiques des bâtiments, certains éléments de façade tels que les fenêtres, les coffres de volets roulants ainsi que les parties vitrées restent des points faibles en matière d'isolation acoustique. Si les progrès relatifs à la conception des fenêtres (améliorations des joints, double ou triple vitrage, ...) permet de gagner quelques décibels d'atténuation, leur indice d'affaiblissement acoustique reste bien inférieur à celui des murs. Par ailleurs, les impératifs de renouvellement de l'air intérieur ont évolué, afin de répondre aux exigences sanitaires. Si jusqu'au milieu du 20ème siècle, l'aération se faisait de façon incontrôlée, principalement par les défauts d'étanchéité du bâti, la ventilation doit aujourd'hui être maîtrisée en termes de débit d'air neuf. En effet, les performances énergétiques des bâtiments et les effets de confinements sont deux paramètres à contrôler dans un logement. D'une part, le renouvellement de l'air intérieur, qui peut être 5 à 10 fois plus pollué que l'air extérieur, est nécessaire pour la santé du bâtiment et de ses occupants. D'autre part, cela s'accompagne d'une déperdition énergétique qu'il faut minimiser pour assurer un rendement maximal au bâtiment.
Ainsi, les entrées d'air de fenêtres sont devenues indispensables au renouvellement de l'air intérieur. Or leur intégration dans les fenêtres provoque une diminution importante de l'isolation acoustique de ces dernières. Il devient donc nécessaire de maximiser l'affaiblissement acoustique des entrées d'air tout en garantissant un débit d'air neuf suffisant.
Les travaux menés dans le cadre de la thèse de Julien Puig, financée par le Cofifab, vise à prédire la transmission acoustique des entrées d'air de fenêtre au moyen d'un modèle numérique représentatif d'un essai de certification de ces système. Lors des essais de certification, l'entrée d'air est placée entre deux chambres acoustiques de plusieurs dizaines de m3. L'une des principales difficultés de ce travail réside dans les différentes échelles présentes au sein du système. En effet, cela va du mètre pour les dimensions des salles au millimètre pour certaines dimensions de l'entrée d'air. Pour traiter ces différentes échelles, nous avons appliqué la méthode PTF (pour Patch Transfer Functions), qui est une méthode de décomposition de domaine. Pour réduire les temps de calculs des quantités d'intérêt, une approche hybride a été adoptée pour les salles acoustiques. Celle-ci est basée sur des calculs analytiques sur base modale accélérés par une solution quasi-statique calculée numériquement.
(a) Modèle éléments finis de référence
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(b) Modèle PTF
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(c) Comparaison FEM - PTF
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Pour valider le modèle proposé, nous avons réalisé des mesures au sein du laboratoire d'essai de la société Anjos Ventilation, leader mondial de la fabrication d'entrées d'air.
Partenariats académiques et industriels :
- Codifab (Comité professionnel de développement des industries françaises de l'ameublement et du bois)
- Anjos Ventilation