Isoler acoustiquement le bâtiment

Introduction : principes généraux

Pour assurer l’isolation acoustique, il faudra toujours être attentif aux points suivants lors de la composition de la structure et des parois :

Créer de la masse : selon la « loi de masse », plus un matériau est lourd (dense et épais), plus il isole, particulièrement des bruits aériens (les ondes de l'air auront plus de difficulté à faire vibrer un élément lourd qu'un élément léger). La masse a cependant moins d'impact sur les bruits de chocs.

Déphaser les ondes : Le spectre du son comporte toute une série de fréquences et de longueurs d'ondes différentes. Chaque matériau, par ses propriétés physiques et sa masse, absorbe une tranche sélective de ces ondes. La création d'un complexe de couches hétérogènes est donc particulièrement efficace dans le captage de la globalité des phases du son. Il s'agit de varier l'épaisseur et la densité volumique des matériaux employés dans l'élément acoustique. C'est le principe Masse/Ressort/Masse. Avec si possible un « ressort » qui absorbe les mouvements et dissipe l'énergie.

Désolidariser : Afin d'éviter la propagation des vibrations et bruits d'impact, la désolidarisation des différents éléments (cloison – plancher, mur – plancher, canalisation – mur, etc.), au moyen de joints souples, doit être maximale. On limite ainsi les transmissions latérales (« flanking transmission »). Il est parfois nécessaire de créer des coupures dans la structure pour empêcher la transmission des bruits de chocs.

Etanchéité à l'air de l'enveloppe : Les effets des efforts d'isolation acoustique ne s'additionnent pas : c'est le point le plus faible d'une paroi qui détermine sa performance d'isolation. Un trou, une fente, le passage d'une canalisation, un mauvais jointoiement au pourtour d'un châssis ou une fissure peut ruiner les efforts acoustiques de toute une paroi. Il faut donc rechercher une étanchéité et une homogénéité maximale de la paroi pour limiter le risque de fuites sonores. C'est simple : là où l'air passe, le bruit passe. Une bonne isolation acoustique suppose nécessairement une bonne étanchéité à l'air qui ne doit toutefois pas s'opérer aux dépends d'une ventilation saine des espaces (voir Dossier | Eviter les polluants intérieurs et Dossier | Concevoir un système de ventilation énergétiquement efficace).

Entre l’intérieur et l’extérieur : isolation acoustique des façades

L’isolation aux bruits aériens d’une façade dépend de :

• la nature des éléments constitutifs de la façade (mur, fenêtres, grilles de ventilation, etc.), via leur superficie et leur indice d’affaiblissement acoustique pondéré R_w ;
• le volume du local de réception ;
• la forme de la façade ;
• l’orientation de la façade par rapport à la source de bruit (route, chemin de fer, activités bruyantes, etc.).

Points d’attention

Une façade n'est jamais constituée d'un seul matériau, mais est une combinaison de différents éléments. Les éléments les plus faibles de la façade déterminent l'isolation acoustique globale de la façade. Le listing ci-dessous donne un aperçu des éléments de façade auxquels il faut faire attention :

• Fuites sonores : là où l'air passe, le son passe. Il faut donc accorder une attention particulière à l'étanchéité des joints des fenêtres, aux caissons de volets encastrés, aux raccords des fenêtres et des portes.
• Grilles de ventilation : les grilles de ventilation sont un maillon faible. Cependant, pour des raisons évidentes, elles ne peuvent être rendues totalement étanches. Néanmoins, un niveau d'isolation plus élevé peut être atteint grâce à des grilles acoustiques qui empêchent le passage direct du son.
• Constructions en panneaux légers (panneaux sandwichs, etc.) : comme il s'agit de constructions légères, l’isolation acoustique est réduite. La solution se trouve donc dans la déduplication des structures.
• Fenêtres : le verre, le cadre de la fenêtre et les joints d'étanchéité jouent un rôle important.

Indicateur

Les indicateurs employés pour l’isolement acoustique pondéré de pan de façade sont le D_A,tr et le D_2m,A.

Exigences

Voir les exigences à respecter sur le D_A,tr et le D_2m,A à la Page | Objectifs > Bruits aériens à travers les façades.

Calcul

La norme EN 12354-3 fournit une méthode simplifiée du calcul de D_A,tr, basée sur la relation suivante :

$D_{A,tr}={R^{\text{'}}}_{A,tr}+∆L_{fs}+10·\log \left(\frac{V}{3·S}\right)$

Il s’agit d’une vérification par pan de façade.

où :

• R’_A,tr : Isolation acoustique composée du pan de façade [dB]
• ΔL_fs : terme correctif [dB] pouvant être positif, négatif ou nul, dépendant de la forme de la façade (plan de la fenêtre par rapport au mur, présence de balcons, etc.). Pour une fenêtre dans le plan de la façade : ΔL_fs = 0 dB
• Rapport volume/superficie du local, avec :
  • V : volume du local [m³]
  • S : surface du pan de façade à protéger [m²]

Le calcul du D_2m,A est similaire, l’isolation acoustique composée du pan de façade étant calculé à partir des indice d’affaiblissement acoustique des éléments de construction R_A.

Isolation acoustique composée du pan de façade R’_A,tr [dB]

L’isolation acoustique composée du pan de façade R’_A,tr  tient compte :

• d’éléments de façade ordinaires tels que châssis, portes, parois, panneaux de remplissage, etc. ;
• de petits éléments de façade : j d’une surface inférieure à 1 m² (tels que les grilles de ventilation, etc.).

Elle vaut :

${R^{\text{'}}}_{A,tr}=-10·\log \left(\sum _{i=1}^n\frac{S_i}{S_{tot}}·{10}^{-\frac{R_{A,tr,i}}{10}}+\sum _{j=1}^m\frac{10}{S_{tot}}·{10}^{-\frac{D_{n,e,A,tr,j}}{10}}\right)$

avec :

• S_i : surface de l’élément ordinaire i [m²] ;
• S_tot : surface totale [m²] ;
• R_A,tr,i : indice d’affaiblissement acoustique d’un élément de construction i [dB] (R_A,tr  = R_w + C_tr) ;
• n : nombre d’éléments ordinaires ;
• S_j : surface du petit élément j [m²] ;
• S_tot : surface totale [m²] ;
• D_n,e,A,tr,j : isolement acoustique d’un élément de construction j [dB] (D_n,e,A,tr = D_n,e,w + C_tr) ;
• m : nombre de petits éléments.

Les valeurs R_A,tr,i et D_n,e,A,tr,j sont déterminées en laboratoire. Par sécurité, des marges sont prises :

• pour les éléments ordinaires R_A,tr : - 2 dB ;
• pour les éléments ordinaires D_n,e,A,tr : - 3 dB.

Les éléments les plus faibles déterminent l’isolation du pan de façade complet.

L’isolation acoustique composée du pan de façade R’_A peut être déterminé à partir des grandeurs R_A,i (R_A  = R_w + C) et D_n,e,A,j (D_n,e,A = D_n,e,w + C).

Exemple

Mesure

L'isolation des façades est mesurée in situ selon la norme NBN EN ISO 140-5. Elle s’effectue en 2 étapes :

Détermination de D_2m,nT,w

Détermination de D_A,tr

L’isolement acoustique pondéré de pan de façade D_A,tr s’obtient en ajoutant le terme d’adaptation de spectre C_tr :

$D_{A,tr}=D_{2m,nT,w}+C_{tr}$

A l’intérieur du bâtiment : Isolation aux bruits aériens

Stratégie

Pour diminuer la transmission des bruits aériens entre 2 pièces, il convient de veiller aux différentes voies de transmission.

Voies de transmission des bruits aériens

• transmissions par la cloison (1) :
  • appliquer la loi de masse : en ajoutant de la masse pour diminuer l'énergie sonore transmise par la paroi ;
  • appliquer le principe masse-ressort-masse : en choisissant un complexe de doublage acoustique dont la performance est fonction de la qualité acoustique de la paroi support, de l'épaisseur du doublage et du poids de son parement ;
  • étudier la fréquence critique des parois à laquelle les performances acoustiques chutent, pour éviter que celle-ci se situe dans la zone du spectre correspondant à l’application voulue ;
• transmissions dues à une mauvaise mise en œuvre (2) :
  • étanchéité à l’air,  transmissions parasites, points de contact via les canalisations, câbles, etc.
• transmissions indirectes (3) :
  • le son est aussi transmis par les structures adjacentes à la cloison (parois latérales, sol, plafond) et par les techniques (gaines de ventilation, etc.) ;
• aux volumes des pièces et à la surface de séparation entre ces pièces :
  • plus la surface de la structure de la cloison est grande, plus l'énergie sonore peut être transmise. Plus le volume de la pièce est important, plus l'énergie transmise est atténuée, donc meilleure est la réduction sonore.

Les exigences des normes en terme de bruit aérien, ne peuvent pas être directement converties en qualité de la construction de la cloison, puisqu'il s'agit d'une isolation acoustique in situ. L'isolation acoustique globale est déterminée par le chemin le plus faible, d’où l’importance de travailler sur l’ensemble des voies de transmission du son.

Matériaux de doublage

Les matériaux ayant un bon comportement acoustique sont bien souvent les matériaux absorbants souples et dont la densité n'est pas trop élevée. On peut retenir entre autre la laine de verre mais également les matériaux plus écologiques comme la fibre de bois, la laine de chanvre de plume ou de mouton. Les isolants thermiques rigides ne jouent généralement aucun rôle positif concernant l’acoustique.

Indicateur

L’indicateur employé pour l’isolation aux bruits aériens est l’isolement acoustique pondéré entre deux locaux D_A

Par ailleurs les indicateurs suivants ont une influence sur D_A :

• indice d’affaiblissement acoustique pondéré R_w ;
• fréquence critique ;
• fréquence masse-ressort-masse.

Exigences

Calcul

Une manière simplifiée de calculer le D_A est donnée par la formule suivante :

$D_A=R_w+C+10·\log \left(\frac{0,32V}{S}\right)-a$

Avec :

• R_w : indice d’affaiblissement acoustique pondéré de la paroi mesuré en laboratoire [dB].

  Dans le cas où des valeurs issues de mesures ne sont pas disponibles, il est possible d’estimer l’indice d’affaiblissement acoustique en fonction de la fréquence f grâce à la masse surfacique de la paroi m’’ : 

  $R\left(f\right)=\frac{40}{3}\log (m"f)-22,6$

  Une diminution de la valeur de l’indice d’affaiblissement est attendue à la fréquence critique f_c :

  $fc=\frac{c^2}{1,8h}\sqrt{\frac{ \mathrm{<a\; class="glossary-item"\; data-bs-target="\#glossary-item-modal-4819"\; data-bs-toggle="modal"\; href="\#glossary-item-modal-4819">\rho </a>}}{E}}$

  Où c est la vitesse du son dans l’air, h l’épaisseur de la paroi, ρ la masse volumique de la paroi et E le module d’élasticité de la paroi. La diminution de l’indice d’affaiblissement est de l’ordre de 6 à 8 dB pour les matériaux de construction standards.

  La procédure de pondération pour l’établissement de l’indice unique R_w est donnée par la norme NBN EN ISO 717-1.

• C : terme d’adptation au bruit aérien normal ou bruit rose
• V : le volume de la pièce de réception [m³]
• S : la surface de la paroi de séparation [m²]
• a : les pertes par voies latérales [dB].

Ces dernières peuvent être estimées de la manière suivante :

 Pour plus de précisions dans les résultats (et tenir compte du type de jonctions entre les parois) ou pour des situations plus complexes, il est nécessaire de se référer aux méthodes de calculs développées dans la norme NBN EN 12354-1.

Mesure

L’isolement acoustique pondéré entre deux locaux D_A est calculé sur base du D_nT,w selon la NBN EN ISO 717-1 à partir du spectre  D_nT qui est mesuré in situ entre deux locaux sur base de la formule suivante tel que décrit dans la norme NBN EN ISO 140-4 :

$D_{nT}=L_1-L_2+10 \log \left(\frac{T}{T_0}\right)$

Avec :

• L₁ : niveau de pression acoustique moyen mesuré dans le local d’émission en bandes de tiers d’octave ;
• L₂ : niveau de pression acoustique moyen mesuré dans le local de réception en bandes de tiers d’octave ;
• T : temps de réverbération à l’intérieur [s] ;
• T₀: temps de réverbération de référence [s].

A l’intérieur du bâtiment : Isolation aux bruits de chocs

Stratégie

Pour limiter la transmission des bruits de chocs, le projet doit opter pour des solutions ayant les caractéristiques suivantes :

• désolidarisation souples et systèmes antivibratiles amortissant les vibrations, à installer partout où il y a un contact rigide. Au plus bas est la couche de désolidarisation dans la composition du mur ou du plancher, au meilleur est le résultat ;

  Voir Solution | Matériaux et systèmes d'isolation pour les bruits de chocs
• utilisation de matériaux présentant une masse importante pour favoriser l’acoustique selon la loi de masse ;
• déduplication de la structure avec dédoublement des murs, sols, plafonds parfois même avec fondation séparée pour offrir un principe de « boite dans la boite ». Par exemple avec l’utilisation d’un plafond suspendu autoportant, etc.

Par ailleurs, le choix de la surface sur laquelle le choc a lieu a également un impact sur les bruits de choc.

Enfin le projet doit veiller aux points d’attention lors de la mise en œuvre des systèmes d’isolation pour les bruits de chocs.

Indicateur

L’indicateur employé pour l’isolation aux bruits de chocs est le niveau de pression pondéré du bruit de choc L’_nT,w.

Exigences

Calcul

La norme EN 12354-2 propose une méthode simplifiée de calcul de L’_nT,w en 2 étapes :

Détermination du niveau de pression pondéré du bruit de choc normalisé L’_n,w

Le niveau de pression pondéré du bruit de choc normalisé L’_n,w, d’un plancher peut être évalué à l’aide de la relation suivante, en tenant compte de la nature du plancher de base, de la chape ajoutée et de la transmission par les voies latérales (secondaires) :

${L^{\text{'}}}_{n,w}=L_{n,w,eq}-∆L_w+K$

• L_n,w,eq : niveau de pression pondéré du bruit de choc normalisé du plancher de base [dB], déterminé en laboratoire.

  Dans le cas où des valeurs issues de mesures ne sont pas disponibles, il est possible d’estimer ce niveau de pression à l’aide de la relation ci-dessous, en fonction de la masse surfacique du plancher m’’[kg/m²] :

  $L_{n,w,eq}=164-35·\log (m")$

• ΔL_w : indice d’amélioration de l’isolation au bruit de choc [dB], caractéristique de la chape ajoutée au plancher (valeurs fabricant déterminées en labo) ;
• K : valeur permettant de tenir compte de l’influence des voies latérales [dB], tabulée en fonction de la masse surfacique du plancher et de la masse surfacique moyenne des éléments latéraux homogènes (on ne tient pas compte des murs latéraux recouverts de doublage).

Détermination du niveau de pression pondéré du bruit de choc L’_nT,w

Le niveau des bruits des chocs est déterminé par la relation suivante, en fonction du volume du local V et du temps de réverbération de référence T₀ [s] :

${L^{\text{'}}}_{nT,w}={L^{\text{'}}}_{n,w}-10·\log \left(\frac{0,161}{10·T_0}·V\right)$

Mesure

Le niveau de pression pondéré du bruit de choc L’_nT,w est déterminé selon la norme NBN EN ISO 717-2 à partir du spectre L’_nT qui est mesuré in situ sur base de la formule suivante tel que décrit dans la norme NBN EN ISO 16283-2:

${L^{\text{'}}}_{nT}=L_2+10·\log \left(\frac{T}{T_0}\right)$

Avec :

• L₂ : niveau de pression acoustique moyen mesuré dans le local de réception en bandes de tiers d’octave ;
• T : temps de réverbération à l’intérieur [s] ;
• T₀ : temps de réverbération de référence [s].

Les mesures sont réalisées à l’aide d’une machine à chocs standardisée.

Machine à chocs standardisée pour la mesure expérimentale du niveau de pression de bruit de choc

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