Prescriptions acoustiques

Sommaire

Contexte

Les enjeux liés aux émissions sonores sont une préoccupation importante des utilisateurs de brasseurs d’air. Cette partie détaille l’ensemble des prescriptions acoustiques à respecter lors de l’installation des brasseurs d’air.

L’impact du bruit sur la santé est désormais très bien documenté dans la littérature technique*. Deux facteurs sont primordiaux : la durée et le niveau d’exposition au bruit. Les effets sont bien connus : bien sûr impact sur le système auditif (acouphènes, perte de sensibilité, insomnies, etc.), mais également impacts sur la santé en général (stress, problèmes cardiovasculaires, etc.).

De nombreux appareils domestiques sont sources de bruit et de nuisances : les équipements dont c’est la fonction principale (radio, chaîne hi-fi, etc.), mais également ceux qui impliquent des rotations mécaniques (lave-linge, ventilateurs). En principe, ces équipements n’atteignent pas un niveau de bruit qui génèrerait des dommages sur la santé, mais ils peuvent participer à une sensation d’inconfort dans une habitation (devoir hausser la voix pour parler, difficulté à s’endormir, fatigue auditive, etc.) a fortiori si l’environnement sonore global est calme (notion d’émergence acoustique).

Les normes sur les nuisances sonores sont variables d’un pays à l’autre et les ressentis sont variables d’une personne à l’autre.

Ce chapitre a pour but de décrire et de quantifier les types de bruits émis par les brasseurs d’air domestiques du marché ainsi que de présenter des solutions pour une mise en œuvre la plus silencieuse possible.

*Impact of Noise on Health: The Divide between Policy and Science– Arline L. Bronzaft (Open Journal of Social Sciences)

Auditory and non-auditory effects of noise on health – Mathias Basner et Al (The Lancet) / Impact of Noise Pollution on Human Cardiovascular System – Esther Aluko et Al (International Journal of Tropical Diseases)

How loud is too loud Noise from domestic mechanical ventilation systems – Jack Harvie-Clark et Al (Air infiltration and Ventilation Centre)

Rappels techniques

Une source sonore rayonne de l’énergie acoustique, qui elle-même génère un niveau sonore mesuré en décibel Sound Pressure Level (dB SPL). Une source sonore de même énergie génère un niveau de bruit plus élevé dans une petite pièce qu’en extérieur. Le terme dB est souvent utilisé de manière abrégée au lieu de dB SPL, ce qui peut conduire à des incompréhensions.

En effet, afin de caractériser une source sonore, on ne peut pas utiliser les dB SPL, puisque cette valeur dépend de l’environnement où se situe la source. Il faut donc utiliser une autre valeur, les dB de puissance, qui quantifient l’énergie acoustique délivrée par la source. Un lien existe entre les deux grandeurs, qui est défini par plusieurs normes, selon les conditions de rayonnement.

Par exemple pour un niveau d’émission de ventilateur en puissance de 30 dB, le niveau mesuré SPL sera différent selon le volume de la pièce.

À coefficient d’absorption identique (0,5) dans le cas d’une chambre de 9 m² (h=2,1 m) le niveau SPL mesuré sera de 22 dB alors qu’il sera de 14 dB dans une salle de classe de 91 m² (h=3,0 m).

Règlementation

Des arrêtés précisent le niveau sonore maximum toléré dans une pièce de vie.

La valeur maximum réglementaire de 35 dB(A) en résidentiel fixée par le volet acoustique de la RTAA DOM.

Ce niveau-là est bien un niveau en dB SPL, puisque l’on parle de pression acoustique.

Il y a malheureusement confusion entre le niveau sonore et le niveau de puissance de la source affiché sur les fiches techniques des brasseurs d’air.

Bien que des normes très claires expliquent comment calculer le niveau de puissance de la source à partir du niveau sonore pour un environnement donné, il résulte de nos échanges avec différents constructeurs que ceux-ci ne suivent pas les normes pour effectuer le calcul.

En conséquence, les valeurs indiquées sur les fiches techniques sont peu fiables, et difficiles à interpréter.

Texte de référence : Volet acoustique de la RTAA

DOM : Arrêté du 17 avril 2009 modifié par le décret n°2016-13 du 11 janvier 2016 relatif aux caractéristiques acoustiques des bâtiments d’habitation neufs dans les départements de la Guadeloupe, de la Martinique, de la Guyane et de La Réunion.

Article 8 : Le niveau de pression acoustique standardisé, LnAT, du bruit engendré par une installation de ventilation mécanique en position de débit minimal ne doit dépasser 35 dB(A) dans les pièces principales et dans les cuisines de chaque logement, bouches d’extraction comprises. […]

Identification des sources de bruit d’un ventilateur en fonctionnement

Trois sources de bruits potentielles sont identifiées sur un brasseur d’air : le bruit du moteur (d’origine électromagnétique), le bruit dû à la rotation des pales (d’origine mécanique) et le bruit d’origine aérodynamique. Dans la plupart des cas, c’est ce dernier qui prédomine, notamment quand la vitesse de rotation des pales est supérieure à quelques centaines de tours par minute (typique des ventilateurs dits de table ; les ventilateurs de plafond tournent souvent à une vitesse inférieure).

La référence qui fait autorité pour les ventilateurs est « Les Ventilateurs », d’Alain Guedel. Bien que l’ouvrage ne traite pas spécifiquement des brasseurs d’air, certaines notions et conclusions sont adaptées à cette technologie.

Bruit d’origine électromagnétique

La variation des champs magnétiques entre le rotor et le stator du moteur de brasseurs d’air est source de nuisance sonore. Son niveau est toutefois négligeable en conséquence de la faible puissance électrique nécessaire au fonctionnement d’un ventilateur. C’est uniquement lorsque la vitesse de rotation est très faible et/ou que des composants sont endommagés (condensateurs sur moteurs AC par exemple) que le bruit généré par le moteur peut devenir la source principale de bruit.

Bruit d’origine mécanique

La rotation peut générer du bruit de plusieurs façons. La principale est la présence d’un balourd, c’est-à-dire un déséquilibre de la partie rotative, qui engendre un bruit harmonique dont la fréquence correspond à la fréquence de rotation–et à ses harmoniques. Lorsque l’entraînement se fait via une courroie de transmission, il est possible que celle-ci soit bruyante (grincements). D’autres sources de bruits existent selon le type de brasseur d’air.

Le bruit d’origine mécanique se propage de manière solidienne, c’est-à-dire à travers le boitier, soit via le support jusqu’au plafond. Le second cas est problématique puisque le son peut alors se propager dans les cloisons et s’entendre depuis les pièces environnantes.

Les bruits d’origine mécanique, comme ceux d’origine électromagnétique sont la plupart du temps secondaires, sauf si un véritable problème de pose est rencontré.

Bruit d’origine aérodynamique

Le bruit principal d’un brasseur est d’origine aérodynamique, c’est-à-dire dû à la rotation des pales. Deux phénomènes sont en jeu : l’aspect harmonique et l’aspect turbulent–les deux dépendent de la vitesse de rotation.

Aspect harmonique

La rotation des pales d’un brasseur d’air génère un bruit dit harmonique, c’est-à-dire qu’il contient une fréquence fondamentale et ses multiples (dites harmoniques). Cette fréquence (en Hertz) dépend de la vitesse de rotation et du nombre de pales : F = n*v, où n’est le nombre de pales, et v la vitesse de rotation en tours par seconde (les fiches techniques donnent le plus souvent la vitesse de rotation en tours par minute, elle doit donc être convertie en tours par secondes selon la formule t/s = (t/m)/60). Cela signifie que la hauteur du bruit change selon la vitesse sélectionnée pour un ventilateur donné. Ce phénomène est appelé « bruit de raies ».

Un ventilateur de table avec 5 pales tournant à 3 000 tours par minute (c’est-à-dire 50 tours par seconde) génère un bruit harmonique à 250 Hz et ses harmoniques (500 Hz, 750 Hz,etc.), qui est une fréquence audible pour l’être humain.

En revanche, un brasseur d’air plafonnier à 3 pales tournant à 180 tours par minute (c’est-à-dire 3 tours par seconde) génère un bruit à une fréquence de 9 Hz (et ses harmoniques 18 Hz, 36 Hz), qui est trop grave pour être entendu par l’être humain.

De manière générale, on estime qu’augmenter la vitesse de rotation de 20 % conduit à une augmentation du bruit de 6 dB, c’est-à-dire un doublement de la pression acoustique.

Aspect turbulent

Sans rentrer dans des détails de mécanique des fluides, la rotation des pales génère un déplacement de l’air, qui, pour plusieurs raisons, se comporte de manière turbulente (collision avec les parties fixes, tourbillons…). Ce comportement est source de bruit qui, contrairement au bruit de raies, ne contient pas une fréquence fondamentale et des harmoniques, mais contient de nombreuses fréquences, il est dit « large bande » (proche du bruit d’une cascade ou du vent par exemple, c’est-à-dire un bruit appelé « bruit blanc » ou « bruit rose »).

La turbulence dépend de la vitesse de l’air (et non pas du débit), et donc de la vitesse de rotation des pales. C’est la raison pour laquelle plus un brasseur d’air a un diamètre important, plus son niveau sonore est faible pour un débit d’air donné (cas typique du grand ventilateur de plafond contre le petit ventilateur de table).

Ainsi un BAP de diamètre de 1,32 m génèrera une vitesse moyenne d’écoulement de 2,1 m/s pour assurer un débit de 10 000 m3/h tandis qu’un BAP de diamètre de 2,0 m assurera le même débit pour une vitesse moyenne d’écoulement de 1,39 m/s.

De même, pour des raisons acoustiques, les basses fréquences générées par un ventilateur de grand diamètre, mais à faible vitesse de rotation rayonnent moins facilement que des fréquences plus aigües d’un ventilateur plus petit, mais qui tourne plus vite.

Privilégier les BAP de grand diamètre permet d’optimiser le confort et de limiter les nuisances sonores.

Pistes de réduction du niveau de bruit d’un brasseur d’air

Deux types de solutions existent pour réduire le niveau acoustique d’un brasseur d’air : celles qui réduisent la génération du bruit (implémentables dans le brasseur d’air lui-même), et celles qui empêchent la propagation du bruit (implémentables dans la pièce).

Parmi les solutions envisageables, sont simples et directement applicables par l’utilisateur (correction acoustique de la salle), d’autres sont complexes à mettre en œuvre (annulation active de bruit, silencieux acoustique) et/ou ne sont réalisables que par les fabricants (géométrie des pales).

Nos recommandations sont les suivantes : le brasseur d’air doit être posé dans les règles de l’art, suivant les recommandations du fabricant pour réduire la transmission solidienne, et des parois absorbantes (faux plafonds, îlots…) doivent être disposés à proximité directe afin de limiter les émissions sonores réfléchies dans la pièce.