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.