22 Août 2019  |  Environnement
Publié dans Sécurité Environnement 01/2019

Simulation du bruit ferroviaire – bruit virtuel

Le bruit ferroviaire est gênant. Les trains provoquent de nombreuses nuits blanches, en particulier à proximité des zones résidentielles. Il est donc d’autant plus important d’optimiser les trains et les voies de manière à atténuer les bruits. Des chercheurs de l’Empa ont mis au point une simulation informatique qui montre comment le bruit ferroviaire est créé et quelles mesures techniques sont efficaces pour le prévenir.

Le train se rapproche, le niveau sonore augmente, il y a un bruit désagréable lorsque les wagons s’entrechoquent. Quelques secondes plus tard, le bruit s’apaise et les wagons disparaissent au loin. Ce qui, à première vue, peut sembler être un enregistrement normal d’un train qui passe, est en fait beaucoup plus que cela. Ni les bruits que l’on entend à travers les haut-parleurs ou les écouteurs, ni les images que l’on voit ne sont réels. Tout a été créé dans une simulation informatique.
 
Les trains provoquent de nombreuses nuits blanches, en particulier à proximité des zones résidentielles.
 
 
Le bruit: un ensemble de plus d’une centaine de sources sonores
«Le bruit se compose de différents éléments. Les roues, les rails, la ventilation, le moteur génèrent des bruits et causent les émissions sonores du train», explique Reto Pieren, chercheur au laboratoire d’acoustique et de lutte contre le bruit de l’Empa, responsable de la programmation de la simulation développée dans le cadre du projet de l’Union européenne «Horizon 2020». Reto Pieren et son équipe ont développé des algorithmes individuels pour la centaine de sources sonores d’un train en mouvement. Ceux-ci permettent de rendre l’ensemble du train «audible» – ou seulement certaines parties, comme les roues, par exemple.
Outre les diverses sources sonores d’un train en mouvement, la simulation tient également compte des influences de l’environnement. Il s’agit notamment de la présence de murs antibruit, de l’état des voies, de la température ambiante, de la vitesse à laquelle le train circule, et même de l’état du sol. L’objectif de la simulation n’est pas seulement de révéler le potentiel d’optimisation des compositions de trains existantes, mais aussi de pouvoir prédire comment de nouvelles roues ou de nouveaux composants – ou toute autre mesure – peuvent affecter le bruit perçu d’une ligne ferroviaire.
 
La simulation de bruit de l’Empa fonctionne également avec des lunettes de réalité virtuelle, et en stéréo. On peut alors voir ce que l’on est sur le point d’entendre. (Image: Empa)
 
 
Des sons générés sur l’ordinateur
La simulation de l’Empa est novatrice, car les programmes précédents utilisaient des enregistrements audio réels. Reto Pieren a, quant à lui, généré les différents sons sur ordinateur. Le signal acoustique est calculé pour chaque composant du train, en tenant compte des paramètres physiques, tels que l’état de surface et les matériaux des voies et des roues. Le chercheur obtient ces paramètres à partir de ses propres mesures, de celles des constructeurs des véhicules ferroviaires, ainsi que de calculs informatiques, puis les intègre dans la simulation. L’algorithme utilise ces données pour calculer le niveau de pression sonore émis qui, à son tour, est utilisé pour simuler le son à un point d’écoute donné.
Mais cela n’est pas simple: «Pour le bruit de roulement, par exemple, le système de freinage des wagons est compris dans le calcul. Derrière ces simulations se cachent des ensembles de données qui décrivent la microstructure superficielle des roues. Une structure de surface individuelle est calculée pour chaque roue», explique Reto Pieren. Cette structure de surface joue un rôle déterminant dans le frottement entre les rails et les roues et donc dans le développement du son et du bruit. Moins il y a d’irrégularités à la surface des roues et des rails, plus le bruit de roulement est doux.
 
La simulation peut être testée sur des volontaires dans une salle insonorisée de l’AuraLab de l’Empa.
 
 
La simulation reconstitue les modifications du son
Un train qui passe fait du bruit, c’est évident. La façon dont un résident perçoit ce bruit, dépend en grande partie de l’environnement local et de la propagation du son.
Le son subit divers changements au cours de sa propagation. Il est absorbé par l’air, ce qui fait que les fréquences plus élevées sont davantage atténuées que les basses. Il en va de même des murs antibruit: alors que les hautes fréquences ne sont en fait pas aussi fortes derrière ceux-ci, les sons plus graves sont courbés au-dessus du mur. Tous ces facteurs peuvent être reconstitués dans la simulation, ainsi que l’emplacement spécifique de l’auditeur.
Reto Pieren a testé le bruit généré artificiellement en utilisant des volontaires dans une expérience audio. Ces volontaires ayant jugé les simulations et les sons artificiels très plausibles, la simulation a pu être utilisée pour rendre audibles les effets des diverses mesures. Par exemple, le chercheur effectue la simulation, puis place une barrière antibruit et fait passer un autre train. «Si nous disons qu’une mesure spécifique réduit le niveau sonore de trois décibels, presque personne ne peut imaginer ce que cela signifie réellement. Si je rends ces trois décibels audibles par comparaison directe, l’effet devient immédiatement clair», explique Reto Pieren.
La simulation ne fonctionne pas seulement en laboratoire ou avec un jeu de réalité virtuelle; des vidéos sur YouTube affichent également la comparaison et mettent en évidence ce dont la simulation est capable. À l’avenir, elle devrait épauler le processus de prise de décision concernant la construction et l’extension des lignes de chemin de fer, ainsi que la composition des trains. À long terme, les opérateurs ferroviaires, les planificateurs et surtout la population pourraient en bénéficier.
 
Ce que l’auditeur entend est en fait une combinaison de nombreux sons individuels. (Image: Empa)
 
 
Bibliographie
R. Pieren, K. Heutschi, J.M. Wunderli, M. Snellen, D.G. Simons, Auralization of railway noise: Emission synthesis of rolling and impact noise, Applied Acoustics, 2017, DOI: 10.1016/j.apacoust.2017.05.026
 
Reto Pieren
Accoustique/contrôle du bruit
Tél. 058 765 60 31
reto.pieren@empa.ch
 
Jean-Marc Wunderli
Accoustique/contrôle du bruit
Tél. 058 765 47 48
Jean-Marc.Wunderli@empa.ch


24 Octobre 2019  |  Environnement

Un site franco‐suisse dédié au radon et à la qualité de l’air intérieur

Lancé en 2016, le projet Interreg France‐Suisse JURAD‐BAT se consacre à la thématique du radon et de la qualité de l’air intérieur. Cette démarche interdisciplinaire a abouti à la création d’une plate-forme, véritable boîte à outils conçue pour informer le grand public, sensibiliser et former les professionnels de la construction et accompagner les collectivités publiques dans la gestion des risques associés.
07 Novembre 2019  |  Environnement

Transformer les boues d’épuration en énergie et en sels minéraux

Un dispositif mis au point par la start-up TreaTech permet de transformer les boues des stations d’épuration en minéraux valorisables – sous forme de fertilisant, par exemple – et en biogaz. Soutenue par plusieurs partenaires publics et privés, la jeune entreprise construit actuellement un prototype à grande échelle. La première mise en service dans une station d’épuration est prévue pour 2022.
POLYMEDIA SA | Av. de Riond-Bosson 12 | CH-1110 Morges | T: +41 (0)21 802 24 42 | F: +41 (0)21 802 24 45 | info@polymedia.ch