Acoustique de l’Environnement

Les travaux de l’équipe AE portent sur la caractérisation et la prévision des impacts du bruit. Ils sont articulés autour de l’étude expérimentale, numérique ou théorique, des sources de bruit, de la propagation acoustique, et des effets du bruit sur l’homme et la biodiversité.

Site : Strasbourg ; 11 agents permanents impliqués dont 5 chercheurs permanents. L’équipe AE du Cerema est une des composantes de l’UMR AE que le Cerema et l’Ifsttar ont créée en janvier 2018.

Enjeux de société

Le bruit environnemental constitue un problème sociétal majeur, dont l'impact sur la santé est significatif en particulier en zones urbaines et périurbaines où les sources de bruit sont nombreuses et variées. Les opinions sur les problèmes environnementaux ont certes pu évoluer ces dernières années, mais le bruit n'en reste pas moins une des principales inquiétudes des Français résidant particulièrement en zones urbaines, comme en témoignent des sondages récents TNS-SOFRES (mai 2010) et IFOP (octobre 2014). En milieu urbain, la circulation est citée comme source principale de bruit que ce soit dans l'habitat individuel ou collectif. Son traitement représentait en 2007 une dépense publique évaluée à 788 millions d'euros uniquement pour le bruit des transports (remplacement des silencieux des pots d'échappement, murs anti-bruits, recensement et résorption des points noirs « bruit ») et 833 millions d'euros pour les dépenses liées à l'isolation des bâtiments, soit un total d'environ 1,6 milliard d’euros (+6% par an de 2000 à 2007).

À plus long terme, les sociétés humaines sont confrontées au défi d’assurer leur pérennité car l’humanité d’aujourd’hui met gravement en danger la biosphère. Il s’agit en particulier de limiter le changement climatique et d’enrayer la perte de biodiversité. La lutte contre le changement climatique a des implications en termes de modes de transport (transports collectifs) et de production (matériaux du génie civil), de production d’énergie renouvelable (aérogénérateurs), de réhabilitation thermique des bâtiments. La lutte contre la perte de biodiversité nécessite à la fois de mieux connaître la biodiversité et de quantifier les impacts des activités humaines sur celle-ci. L’acousticien est en mesure de contribuer à ces différents sujets que ce soit pour évaluer des impacts acoustiques ou pour développer des méthodes de caractérisation fondées sur l’acoustique.

AE : Acoustique de l’Environnement

 

Problématique scientifique

La caractérisation et la prévision des impacts du bruit passent avant tout par une bonne connaissance de trois dimensions du problème : les sources de bruit, les phénomènes intervenant dans la propagation acoustique, ainsi que les effets du bruit sur le vivant (Homme ou animal). Les activités de l’EPR AE abordent ces trois dimensions à travers des approches expérimentales, numériques ou théoriques. Les axes de recherche de l’équipe reprennent ces 3 dimensions :

  • Axe 1 : Les sources sonores dans l’environnement ;
  • Axe 2 : La propagation acoustique du bruit dans l’environnement, et les outils de prévision du bruit ;
  • Axe 3 : L’impact du bruit sur l’homme et la biodiversité.

Les principaux enjeux de recherche de l’équipe sont :

  • La caractérisation fine de l'émission sonore de sources non stationnaires ou mobiles pour permettre la prévision d'indicateurs événementiels ;
  • La modélisation des sources sonores : aérogénérateurs, ferroviaire ;
  • L’estimation des Incertitudes de mesures et de prévision en acoustique extérieure ;
  • Le développement de modèles de simulation acoustique 3D temporels prenant en compte les différents phénomènes physiques propres à l'environnement extérieur ;
  • L’évolution de l'équation de transport comme outil pour l'acoustique du bâtiment : la précision sans le coût des éléments finis.
  • La connaissance du comportement multi-physique, dont acoustique, des matériaux bio-sourcés ;
  • l’identification des sources sonores biologiques en environnement multi-sources.
  • L’impact de bruits sous marins anthropiques sur des mammifères marins

Plusieurs verrous scientifiques sont abordés :

  • Problème mal posé de l'identification des termes sources ferroviaires à partir d'un nombre réduit de capteurs.
  • Identification robuste de sources sonores d'origine animale ou anthropique.
  • Application de l'équation de transport à l'acoustique intérieure. Problématiques des locaux encombrés, du couplage intérieur/extérieur.
  • Caractérisation du comportement acoustique des bâtiments à structure légère (notamment ossature bois), et génération de bruits solidiens par transferts vibratoires de la structure.
  • Modélisation des effets micro-météorologiques sur la propagation acoustique en milieu urbain et en milieu ouvert.
  • Prise en compte des milieux particuliers dans les méthodes d'ingénierie et les méthodes de référence : forêts et cultures.
  • Effarouchement d’animaux (loup, corbeaux) par des moyens acoustiques.
  • Caractérisation de l'impact du bruit sous marin sur la faune marine.

Les problématiques scientifiques abordées fixent 5 objectifs :

  1. Améliorer les connaissances scientifiques et diffuser les résultats en matière de génération, de propagation et de réception du bruit par le vivant (recherche de type « académique ») ;
  2. Élaborer des outils de prévision acoustique à destination des aménageurs et spécialistes, en proposant simultanément des approches de référence (modèles de laboratoire à destination de la communauté scientifique) et des approches d’ingénierie (spécification, normes, codes de calcul) à destination du monde professionnel (bureaux d’études) ;
  3. Développer et diffuser des méthodes acoustiques de caractérisation expérimentale des sources sonores, des matériaux, des ouvrages et infrastructures, des indicateurs acoustiques et des observables influentes, à destination de la communauté scientifique et technique ;
  4. Proposer des recommandations (seuils d'exposition), solutions de réduction et de protection contre le bruit aux différentes échelles du territoire (optimisation des plans de circulation), de l’ouvrage (, écrans anti-bruit…), ou du matériau (composant d’une paroi de bâtiment, végétalisation de façade…).
  5. Etre un appui technique de référence auprès des acteurs de l’Etat et des collectivités dans le domaine de l’acoustique de l’environnement.
Résultats attendus

Les résultats visés sont souvent le produit de projets collaboratifs :

  • Contribution à la définition et exploitation d’un réseau dense optimisé de capteurs acoustiques urbains autonomes en énergie avec fonctions de reconnaissance automatique de sources sonores ;
  • Méthode de prévision acoustique adaptée aux éoliennes. Méthodes fiables de caractérisation expérimentale du bruit éolien ;
  • Logiciel démonstrateur de prévision du bruit dans des locaux de forme complexe ;
  • Adaptation de la directive 2015/996/CE au contexte français : méthode de détermination des termes sources ferroviaires à partir de bruits de passage, assurance qualité de la partie propagation de CNOSSOS-EU ;
  • Propriétés acoustiques du matériau terre-chanvre ;
  • Contribution à des recommandations sur les valeurs limites de niveau sonore pour la protection de plusieurs espèces de mammifères marins.
Partenariat
  • Établissements publics : IFSTTAR, Météo-France, CSTB, ENTPE, INRA, Ecole Centrale de Lyon, ENSTA, ENTPE, Université de Bretagne Sud, Ecole Centrale de Nantes, ENTPE, CNRS, Univ de Cergy, INRIA ;
  • Universités du Maine (laboratoire d’Acoustique), de Strasbourg (Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien, Institut de Recherche Mathématiques Avancées), La Rochelle (LASIE), de Clermont-Ferrand, de Poitiers (Institut PPRIME) ;
  • Institut Franco-Allemand de Saint-Louis, Laboratoire National d’Essais et de Métrologie ;
  • Institutions étrangères : FFI (NO), TNO (NL), SMRU (UK), WHOI (USA), BAST (DE), Université de Bologne (I), ARPAT (I), NTNU (NO).
  • Entreprises : EDF Renouvelables, SNCF, RATP, Engie Green, Bouygues, Wi6lab.
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Publications récentes

- Curé, C., Isojunno, S., I. Vester, H., Visser, F., Oudejans, M., Biassoni, N., Massenet, M., Barluet de Beauchesne, L., J. Wensveen, P., Sivle, L.D., Tyack, P.L., Miller, P.J.O., 2019. Evidence for discrimination between feeding sounds of familiar fish and unfamiliar mammal-eating killer whale ecotypes by long-finned pilot whales. Anim Cogn.
- Guillaume, G., Aumond, P., Chobeau, P., Can, A., 2019. Statistical study of the relationships between mobile and fixed stations measurements in urban environment. Building and Environment 149, 404–414.
- Jourdain, E., Karoliussen, R., Curé, C., Massenet, M., Barrett-Lennard, L.G., Ellis, G.M., 2019. A case of natural killer whale (Orcinus orca) entrapment in northern Norway: a protocol for assessment and rescue. Aquatic Mammals 45, 14–20.
- Picaut, J., Fortin, N., Bocher, E., Petit, G., Aumond, P., Guillaume, G., 2019. An open-science crowdsourcing approach for producing community noise maps using smartphones. Building and Environment 148, 20–33.
- Wensveen, P., Isojunno, S., Hansen, R., von Benda-Beckmann, S., van Ijsselmuide, S., Lam, F.-P., Kvadsheim, P., DeRuiter, S., Curé, C., Narazaki, T., Tyack, P., Miller, P., 2019. Northern bottlenose whales in a highly pristine environment response strongly to close and distant navy sonar signals. Proceedings of the Royal Society B 286.
- Degrave-Lemeurs, M., Glé, P., Hellouin de Menibus, A., 2018. Acoustical properties of hemp concretes for buildings thermal insulation: Application to clay and lime binders. Construction and Building Materials 160, 462–474. 

- Delannoy, G., Marceau, S., Glé, P., Gourlay, E., Guéguen-Minerbe, M., Diafi, D., Nour, I., Amziane, S., Farcas, F., 2018. Aging of hemp shiv used for concrete. Materials & Design 160, 752–762. 

- Delannoy, G., Marceau, S., Glé, P., Gourlay, E., Guéguen-Minerbe, M., Diafi, D., Nour, I., Amziane, S., Farcas, F., 2018. Influence of binder on the multiscale properties of hemp concretes. European Journal of Environmental and Civil Engineering 17.

- Dutilleux, G., Curé, C., 2018. Automated acoustic monitoring of endangered common spadefoot toad populations reveals patterns of vocal activity. Freshwater Biology. 

- Isojunno, S., Aoki, K., Curé, C., Kvadsheim, P.H., Miller, P.J.O., 2018. Breathing Patterns Indicate Cost of Exercise During Diving and Response to Experimental Sound Exposures in Long-Finned Pilot Whales. Front. Physiol. 9. 

- Piégay, C., Glé, P., Gourdon, E., Gourlay, E., Marceau, S., 2018. Acoustical model of vegetal wools including two types of fibers. Applied Acoustics 129, 36–46. 

Thèses en cours

Pierre Gerhard
Caractérisation et modélisation du champ sonore en acoustique du bâtiment : développement de modèles simplifiés spécifiques aux locaux de formes complexes - De la théorie du transport à la modélisation des phénomènes acoustiques
directeur Philippe Helluy (Univ. de Strasbourg/IRMA ), co-directeurs Laurent Navoret (Univ. de Strasbourg/IRMA) et Cédric Foy (Cerema),
Ecole Doctorale MSII (ED 269)
année de soutenance 2018

Benjamin Benti
Characterising interspecific acoustic interactions between cetaceans and their predator, the killer whale
directrice Valérie Dufour (CNRS), co-directeur Patrick Miller (Univ. de St Andrews, UK), co-directrice Charlotte Curé (Cerema)
Ecole Doctorale SVS (ED 414)
année de soutenance 2019

Clément Piegay
Approche conjointe acoustique et thermique pour l'optimisation des laines végétales du bâtiment
directeur Emmanuel Gourdon (ENTPE), co-directeurs Philippe Glé (Cerema) et Etienne Gourlay (Cerema)
Ecole Doctorale MEGA (ED 162)
année de soutenance 2019

Bill Kayser
Modélisation des incertitudes de la prévision du bruit dans l'environnement - Application au bruit des éoliennes
directeur Benoit Gauvreau (Ifsttar), co-directeur David Ecotière (Cerema)
Ecole Doctorale SPIGA (ED 498)
année de soutenance 2020

Thèses soutenues

Pierre Chobeau
Modeling of sound propagation in forests using the Transmission Line Matrix method: Study of multiple scattering and ground effects related to forests
directeur Judicaël Picaut (Ifsttar), co-directeur David Ecotière (Cerema) et Guillaume Dutilleux (Cerema)
Ecole Doctorale SPIGA (ED 498)
année de soutenance 2014

GOLAY Francis
Caractérisation de l'émission acoustique des véhicules étendus par des sources ponctuelles équivalentes
directeur Laurent Simon (Univ. du Maine), co-directeur Guillaume Dutilleux (Cerema)
Ecole Doctorale SPIGA (ED 498)
année de soutenance 2010

Responsable de l'équipe
Membres de l'équipe
Charlotte Curé
chercheuse HDR
Cédric Foy
Chercheur
Gwenaël Guillaume
Chercheur
Frédéric Bickel
Technicien
Fabien Chiappini
Technicien
Thierry Falwisanner
Technicien
Laurent Brendel
Technicien
Clément Piégay
Ingénieur
François Ledure
Ingénieur
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AE : Acoustique de l’Environnement

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