Plancher porteur massif et acoustique

Un plancher est constitué d'une structure porteuse à laquelle s'ajoutent un élément tel que, par exemple, une couche d'égalisation, une chape flottante ( chape flottante coulée ou Chape flottante légère/sèche ), un plancher surélevé , ainsi qu'une finition . La structure porteuse peut être soit massive, soit légère. Elle peut aussi être conçue comme un système double. Les dalles massives sont constituées d'une certaine masse, généralement du béton, mais il peut aussi s'agir de matériaux céramiques ou de bois.

Elles sont utilisées d'une part pour assurer l'isolation aux bruits aériens entre plusieurs locaux, et d'autre part, grâce à leur masse importante, elles assurent une certaine isolation aux bruits d'impact entre pièces adjacentes. Si la performance acoustique obtenue est élevée pour les bruits aériens, elle l'est moins pour les bruits d'impacts. Elle peut être améliorée en dissociant le plancher de la finition, avec une chape flottante par exemple.

Les structures massives créent une charge importante pour la structure, ce qui n'est pas toujours possible en cas de transformations/rénovations. Pour les constructions neuves, le problème ne se pose généralement pas. Les structures massives ne se prêtent pas aux solutions flexibles.

Quels sont les différents types de planchers porteurs massifs ?

On peut les distinguer selon leur matériau :

• planchers en béton,
• planchers composites,
• planchers en bois massif.

Ce dispositif aborde ces différents types ainsi que leur influence sur l'isolation aux bruits aériens et d'impact, ainsi que sur l'absorption sonore.

Plancher en béton

• Dalles plates

  Ce plancher « classique » est soit coulé sur place dans un coffrage, soit préfabriqué. On crée alors une armature uni- ou bidirectionnelle.

  • L' isolation aux bruits aériens d'une dalle massive plate est définie par la loi de masse.
  • L' isolation aux bruits d'impact d'une dalle massive plate est définie par la formule indiquée dans les principes théoriques et les valeurs pratiques.

• Prédalles

  Une prédalle est un élément préfabriqué composé d'une fine enveloppe de béton renfermant l'armature inférieure. L'armature supérieure est posée sur place, avant le coulage.

  © Isodal

  © Isodal
  • En ce qui concerne l' isolation aux bruits aériens et d'impact , les prédalles peuvent être considérées comme des dalles de sol plates, compte tenu de la masse totale de l'élément préfabriqué et de la chape de béton.

• Hourdis

  Les hourdis précontraints sont des éléments préfabriqués en béton caractérisés par des alvéoles parcourant la masse en continu. Ils incluent une armature précontrainte longitudinale. L'éventuelle armature supérieure est posée sur place, avant le coulage.

  (Source : Collinet )
  • En ce qui concerne l' isolation aux bruits aériens et d'impact , les hourdis peuvent être considérés comme des dalles de sol plates si le volume des cavités n'excède pas 15% du volume total (cf. norme ISO 12354-1). Si c'est le cas, il faudra tenir compte de la masse totale du hourdi et de la chape de compression.
  • Pour une masse donnée, les hourdis sont plus rigides que les dalles plates ; leur fréquence critique est donc un peu moins élevée, ce qui peut contribuer à améliorer légèrement l'isolation acoustique. Toutefois, la forme et la position des hourdis peuvent également avoir une influence négative; dans la pratique, on considérera donc qu'ils permettent d'obtenir la même isolation acoustique qu'une dalle plate de même masse surfacique (kg/m²).

• Éléments de plancher TT / Dalles nervurées

  Ces dalles sont constituées d'éléments précontraints en forme de double T avec tablier fin. Une chape de compression peut éventuellement être coulée sur ces éléments.

  (Source : ArchiExpo )
  • Pour les éléments TT, il est erroné de déterminer l'isolation aux bruits aériens et d'impact en considérant la masse surfacique moyenne (kg/m²). Les nervures ont certes une masse importante, mais elle n'est que locale et on ne peut donc pas l'inclure dans la masse surfacique pour calculer l'isolation aux bruits aériens et d'impact.
  • Les nervures permettent en revanche de rigidifier la structure, améliorant ainsi légèrement l'isolation acoustique par rapport à une dalle plate de masse identique à celle du tablier de l'élément TT. Cette amélioration dépendra de l'intervalle et de la hauteur des nervures, ainsi que de l'épaisseur du tablier, et ne dépassera pas 3 à 5 dB au maximum.
  • Les nervures permettent une certaine diffusion dans le plafond, ce qui améliore l'acoustique de la pièce concernée. Mais en règle générale, la présence des nervures ne rend pas une absorption supplémentaire dans le plafond superflue.

• Dalles gaufrées

  Un plancher nervuré coulé sur place et nervuré dans les deux sens pour former un gaufrage.

  © Bruxelles Environnement
  • Pour les dalles gaufrées également, il est erroné de déterminer l'isolation aux bruits aériens et d'impact à l'aide de la masse surfacique moyenne (kg/m²). Les nervures ont certes une masse importante, mais elle n'est que locale et l'on ne peut donc pas l'inclure dans la masse surfacique pour calculer l'isolation aux bruits acoustiques et de contact.
  • Comme pour les éléments TT, les nervures permettent en revanche de rigidifier la structure, améliorant ainsi légèrement l'isolation acoustique par rapport à une dalle plate de masse identique à celle du tablier des dalles gaufrées. Cette amélioration dépendra de l'intervalle et de la hauteur des nervures, ainsi que de l'épaisseur du tablier, et ne dépassera pas 3 à 5 dB au maximum. L'amélioration apportée par ce type de sol sera plus importante qu'avec un sol en éléments TT dans la mesure où les nervures le rigidifient dans les deux sens.
  • Les nervures permettent une certaine diffusion dans le plafond, ce qui améliore l'acoustique de la pièce concernée. Mais en règle générale, la présence des nervures ne rend pas une absorption supplémentaire dans le plafond superflue.

• Dalles creuses

  Il est possible d'inclure des éléments creux ultralégers dans la plupart des types ci-dessus, par exemple des blocs de polystyrène, des balles de plastique... qu'il est toujours possible d'ajouter à une dalle inférieure préfabriquée ou in situ.

  Plancher Airdeck®

  © Airdeck

  prédalle à éléments ultralégers

  © Bruxelles Environnement

  dalle de sol épaisse avec éléments ultralégers

  © Joostdevree
  • En ce qui concerne l' isolation aux bruits aériens et d'impact , les dalles creuses peuvent être considérés comme des dalles de sol plates si le volume des cavités n'excède pas 15% du volume total (cf. norme ISO 12354-1). Si c'est le cas, il faudra tenir compte de la masse totale de la dalle.
  • L'économie de poids obtenue est généralement plus importante (ordre de grandeur de 35 à 50%). Dans ce cas, l'isolation aux bruits aériens et d'impact pourra soit diminuer suite à des défauts locaux, soit s'améliorer grâce à la structure plus rigide. L'effet de l'économie de poids dépend donc pour beaucoup de la configuration et du phénomène prédominant. Dans la pratique, on peut considérer de manière générale que l'isolation acoustique obtenue sera identique à celle d'une dalle plate de même masse surfacique (kg/m²).

Sols composites

• Dalles mixtes acier-béton

  Les dalles d'acier profilées (en queue d'aronde, palées ou nervurées) sont fixées sur une structure de poutres (de bois, d'acier, de béton...). On coule ensuite une chape de béton pour laquelle la dalle d'acier sert également d'armature inférieure. Si nécessaire, une armature supérieure supplémentaire est posée avant coulage.

  © Saragos

  © Joostdevree
  • En ce qui concerne l' isolation aux bruits aériens et d'impact , on peut considérer les hourdis comme des dalles plates.
  • La présence de la plaque d'acier profilée crée une certaine diffusion dans le plafond qui bénéficie à l'acoustique du local. Dans la plupart des cas, cette diffusion ne suffit pas: une absorption supplémentaire reste nécessaire.

• Poutrains et claveaux

  Un plancher en poutrains et claveaux est appelé plancher composite. Il se compose de poutres de béton (en T) précontraint avec éléments de remplissage (béton, brique, polystyrène ou bois) et complété par une armature. Une chape de compression de béton est coulée sur place.

  © Bedrachape

  © FEBE
  • L' isolation aux bruits aériens et d'impact de ce système dépend de la conception et des matériaux choisis. Les structures localement plus minces peuvent réduire l'isolation acoustique, mais la plus grande rigidité de la structure peut également l'améliorer. Le choix des matériaux de remplissage intervient également, sachant que chaque matériau a sa propre fréquence critique.
  • Dans la pratique, on peut dire que l'isolation aux bruits aériens et d'impact de ce système sera un peu moins performante que les dalles plates de masse surfacique identique. La différence dépendra de la configuration et du choix des matériaux ; elle peut atteindre 4 dB environ.

Plancher en bois massif

• Planchers en CTL (Cross Laminated Timber)

  Le CLT est un produit de construction bois constitué de panneaux de bois monocouche. Les panneaux sont collés les uns sur les autres, en croix, sur plusieurs épaisseurs, pour obtenir des panneaux épais. Ceux-ci forment ainsi une seule dalle massive.

  © architectenweb

  © Binderholz
  • L' isolation aux bruits aériens de ces planchers de bois massif répond à la loi de masse, en tenant compte de la fréquence critique spécifique du bois. Toutefois, étant donné la masse surfacique peu importante du bois (600 à 800 kg/m² environ), cette composition ne permet d'obtenir qu'une isolation acoustique modérée, qui sera insuffisante dans la plupart des cas.
  • Les formules permettant de définir l' isolation aux bruits d'impact d'un plancher massif peuvent être appliquées comme valeur indicative pour l'isolation aux bruits d'impact de ces planchers en bois massif. Cependant, en théorie, cette formule n'est valable que pour les dalles en béton, et on l'utilisera donc avec prudence. Il est préférable de demander un rapport de test de l'isolation aux bruits d'impact auprès du fabricant.
  • La structure de bois peut contribuer à l'acoustique du local. Cette influence reste toutefois relativement limitée si l'épaisseur de la plaque de bois augmente. Dans la plupart des cas, la présence de ces panneaux de bois ne rend cependant pas une absorption supplémentaire dans le plafond superflue. Dans la plupart des cas, la structure bois n'est pas suffisamment absorbante.

Comment fonctionne un plancher porteur massif au niveau acoustique ?

Bruits aériens

Suivant la loi de masse, plus un plancher est lourd, meilleure est l'isolation aux bruits aériens. Lorsque la masse double, l'isolation sonore augmente théoriquement de 6 dB, mais en pratique plutôt de 4 à 5 dB.

La loi de masse se décline en plusieurs versions (en fonction des pays, des structures...). Pour les structures homogènes massives, on applique généralement la loi de masse conformément à la norme NBN EN ISO 12354-1, à savoir que l'indice d'affaiblissement acoustique pondéré pour les bruits aériens R _w de la dalle est défini par la formule suivante, en fonction de la masse surfacique :

R _w = 37,5.log(m") - 42 [dB]

Cette loi théorique ne s'applique cependant qu'aux fréquences inférieures à la fréquence critique. À cette fréquence critique (ou fréquence limite, f _gr ), la longueur d'onde (fréquence) de l'onde sonore incidente (suivant un angle de 90°) coïncide précisément avec la longueur d'onde (fréquence) des ondes de flexion libres de la cloison, ce qui réduit fortement l'isolation sonore à cette fréquence.

Isolation d'une cloison simple

(Source : Tractebel)

• À épaisseur égale : plus le matériau est léger, plus sa fréquence critique est élevée.
• À masse égale : plus le matériau est souple, plus sa fréquence critique est élevée.

• Chaque matériau possède une fréquence critique définie par ses caractéristiques matérielles (structure moléculaire et rigidité) sachant que le produit « fréquence critique f _gr x épaisseur de la cloison d » est constant par matériau.

  Exemple, le produit f _gr .d pour le béton : 17,3 Hz.m è 115 Hz pour 15 cm et 86 Hz pour 20 cm

Alors que dans l'idéal, on choisira précisément un matériau pour lequel cette fréquence critique est moins proche d'un spectre important pour l'acoustique des bâtiments (de préférence f _gr > 2000 Hz ou f _gr < 100 Hz pour les applications ordinaires, f _gr > 3500 Hz ou f _gr < 60 Hz pour les studios d'enregistrement. Au-delà de cette fréquence critique, l'isolation sonore s'améliore.

• Pour les dalles massives, la fréquence critique en cas de masse suffisante, environ 80 à 120 Hz, se situe juste en-dehors du spectre de fréquences important pour l'acoustique au niveau d'un bâtiment. Pour les dalles plus légères (moins de 300 kg/m² environ), on tiendra compte de l'affaiblissement de l'isolation acoustique à cette fréquence critique.
• À poids donné, les hourdis sont plus rigides qu'une dalle pleine, et leur fréquence critique est donc un peu moins élevée.

Bruits de contact

Pour les planchers homogènes massifs , on peut calculer le niveau de pression pondéré du bruit d'impact normalisé équivalent (L _n,w,eq ) du plancher en utilisant la formule suivante, en fonction de la masse surfacique :

L _n,w,eq = 164 - 35.log(m") [dB]

Il s'agit de l'isolation aux bruits d'impact que l'on obtient grâce au plancher porteur proprement dit (sans structure de plancher supplémentaire ni corrections pour la transmission latérale). Les voies latérales jouent en effet également un rôle dans l'isolation aux bruits d'impact, il faudra donc en tenir compte pour l'isolation acoustique entre deux locaux (voir dossier Assurer le confort acoustique des bâtiments).  

Plus le niveau du bruit d'impact est bas, meilleure est l'isolation.

Quelles valeurs viser en pratique pour un plancher porteur massif ?

On peut résumer comme suit l'isolation aux bruits aériens et d'impact de divers types :

Isolation aux bruits aériens

La norme ISO 12354-1 fournit une estimation théorique de l'isolation acoustique (indice d'affaiblissement acoustique pondéré aux bruits aériens R _w ) des structures homogènes pour quelques matériaux typiques (maçonnerie, béton, blocs silico-calcaires, blocs de plâtre...) en fonction de la masse surfacique du plancher. Il est possible d'inclure le mortier et les enduits dans le calcul de la masse surfacique (kg/m²). Les structures non homogènes telles que les hourdis peuvent être considérées comme homogènes si les alvéoles sont de petite taille et que leur volume représente moins de 15% du volume total.

Estimation pratique : cette norme ISO fournit uniquement l'isolation acoustique R _w de la cloison proprement dite, sans tenir compte des voies secondaires . La norme allemande DIN 4109 s'est efforcée d'intégrer l'effet de ces voies secondaires en calculant une isolation acoustique R' _w (indice d'affaiblissement apparent pondéré) en fonction de la masse. Cette isolation R' _w tient compte des voies secondaires d'éléments de construction latéraux en considérant une masse surfacique moyenne de 300 kg/m². Dans de nombreuses situations, cette dernière valeur R' _w peut être utilisée comme valeur indicative pour l'isolation sonore pratique d'une paroi unique.

Isolation aux bruits d'impact

Pour les planchers homogènes massifs, on peut calculer le niveau de pression pondéré du bruit d'impact normalisé équivalent (L _n,w,eq ) du plancher selon la formule théorique.

Valeurs pratiques

Le tableau suivant fournit le niveau de pression pondéré du bruit d'impact normalisé équivalent L _n,w,eq et l'indice d'affaiblissement acoustique pondéré pour les bruits aériens R _w , C et C _tr étant des termes d'adaptation pour, respectivement, un bruit rose (bruit de trafic rapide) et un bruit de trafic lent. Pour certains masses surfaciques, des exemples de matériaux sont donnés (attention, ces valeurs sont uniquement indicatives).

Si des couches d'égalisation ou des chapes recouvrent le plancher porteur, sans couche intermédiaire (isolation aux bruits d'impact ou isolation thermique), la masse de ces couches pourra être incluse dans le calcul de l'isolation aux bruits aériens et d'impact (voir dispositif Chape non flottante ).

Valeurs théoriques d'isolation aux bruits aériens suivant la loi de masse R _w , valeurs pratiques d'isolation aux bruits aériens R' _w et valeur d'isolation aux bruits d'impact L' _n,w,eq

Quels points d'attention lors de la mise en œuvre d'un plancher porteur massif ?

Compte tenu de la simplicité des dalles porteuses massives, l'étanchéité à l'air constitue l'unique point d'attention spécifique. Elle est toutefois toujours garantie par d'autres éléments.

En cas de percement, on choisira un diamètre adéquat pour que l'ouverture reste minimale. L'ouverture autour de la canalisation ou de la conduite sera colmatée à l'aide de laine de roche ou de laine minérale avec finition étanche à l'air.

Comment améliorer un plancher porteur massif ?

Si l'on est limité par la masse admise sur la structure porteuse, les possibilités d'isolation acoustique par des sols porteurs massifs est parfois limitée.

Dans ce cas, l' isolation acoustique d'un plancher massif aux bruits aériens peut être améliorée :

• en dédoublant la même masse massive pour en faire un système double (voir dispositif Planchers porteurs dédoublés )
• en posant un faux plafond isolant acoustique (voir dispositifs Plafond suspendu, Plafond suspendu antivibratile et Plafond autoportant)

• en choisissant le reste de la structure du plancher en conséquence:

  • exemple : chape flottante avec système antivibratile (voir dispositifs Chape flottante coulée , Chape flottante légère/sèche et Matériaux d'isolation pour les bruits d'impact )
  • exemple : plancher surélevé/creux (voir dispositif Plancher surélevé )

Dans ce cas, l' isolation aux bruits d'impact d'un plancher massif peut être améliorée

• en dédoublant la même masse massive en système double (voir dispositif Planchers porteurs dédoublés )

• en choisissant le reste de la structure du plancher en conséquence:

  • exemple : chape flottante avec système antivibratile (voir dispositifs Chape flottante coulée et Matériaux d'isolation pour les bruits d'impact )
  • exemple : chape flottante légère/sèche (voir dispositif Chape flottante légère/sèche )
  • exemple : plancher surélevé/creux (voir dispositif Plancher surélevé )
• en choisissant une finition souple ou en incluant une couche souple (voir dispositif Finition de sol sur couche souple).
• en posant un faux plafond isolant acoustique (voir dispositifs Plafond suspendu, Plafond suspendu antivibratile et Plafond autoportant)

Cahier des charges

Le cahier des charges doit imposer les exigences suivantes à l'entrepreneur (en fonction du type de devis) :

• Critères d'isolation acoustique in situ (isolation acoustique standardisée pondérée D _nT,w ) à réaliser entre plusieurs pièces, éventuellement avec les termes d'adaptation adéquats C ou C _tr
• Critères d'isolation aux bruits d'impact in situ (niveau de pression pondéré des bruits d'impact standardisé L' _nT,w ) à obtenir entre les divers locaux
• Isolation aux bruits aériens minimale de la dalle en laboratoire (indice d'affaiblissement acoustique pondéré aux bruits aériens R _w ) (cf. NBN EN ISO 10140-2) avec éventuellement les termes d'adaptation C ou C _tr
• Description de la masse minimale de la dalle, soit de la composition à mettre en œuvre

Aller plus loin

Dans le Guide

Pour plus d'informations en lien avec le sujet :

• Dossier | Assurer le confort acoustique des bâtiments
• Dispositif | Plancher porteur dédoublé
• Dispositif | Chape flottante coulée
• Dispositif | Chape flottante légère/sèche
• Dispositif | Plancher surélevé
• Dispositif | Matériaux et systèmes d'isolation pour les bruits d'impact
• Dispositif | Finition de sol

Autres publication de Bruxelles Environnement

• Code de Bonnes Pratiques acoustiques, Référentiel technique d'isolation acoustique pour la prime à la rénovation de l'habitat, Bruxelles Environnement (2015)

Sites Web

• CSTC

  • Isoler les planchers massifs contre les bruits de choc

  • Webinars pour les professionnels

Bibliographie

• Blasco, M. (2012), Bouwakoestiek: Een handleiding voor de architect , NAV vzw, Bruxelles (en néerlandais)

• Fasold, Sonntag (1978), Bauphysikalische Entwurfslehre Band 4 : Bauakustik , Verlag für Bauwesen, Berlin (en allemand)

• Hamayon, L. (2013), Réussir l'acoustique d'un bâtiment , Le Moniteur, Antony

• Rossing, T.D. (2007), Springer handbook of Acoustics , Springer, New York (en anglais)

• Vermeir, G. (2009), Lawaaibeheersing: cursustekst , Faculteit Toegepaste Wetenschappen KULeuven, Acoo, Leuven (en néerlandais)

Normes

• Norme prEN ISO 12354-1: Acoustique du bâtiment – Calcul de la performance acoustique des bâtiments à partir de la performance des éléments – Partie 1 : Isolement acoustique aux bruits aériens entre des locaux
• Norme NBN EN ISO 10140-2 : Acoustique - Mesurage en laboratoire de l'isolation acoustique des éléments de construction - Partie 2: Mesurage de l'isolation au bruit aérien
• Norme prEN ISO 12354-1: Acoustique du bâtiment – Calcul de la performance acoustique des bâtiments à partir de la performance des éléments – Partie 1 : Isolement acoustique aux bruits aériens entre des locaux
• Norme NBN EN ISO 10140-2 : Acoustique - Mesurage en laboratoire de l'isolation acoustique des éléments de construction - Partie 2: Mesurage de l'isolation au bruit aérien