Acoustique des constructions bois

Acoustique des constructions bois
Dans le domaine de la construction, nous avons tous vécu les grands changements induits par
l’évolution de la réglementation thermique et par le contenu environnemental de l’acte de
construire. Cette évolution a une forte incidence sur la conception et la mise en œuvre des
constructions bois ainsi que sur la prise en compte des paramètres liés à la performance
acoustique.
Le bois et les autres produits biosourcés ont su répondre aux attentes des constructeurs, offrant
une gamme de solutions efficaces pour l’économie d’énergie et pour l’environnement. En
construisant en bois, on stocke du CO2.
Pour que la construction bois prenne vraiment sa place dans le paysage du bâtiment en France, il
reste encore à maîtriser certaines caractéristiques techniques, notamment les qualités acoustiques
des solutions bois. Les problématiques énergétiques dans la construction et les révisions
normatives DTU introduisent des nouveautés en matière d’acoustique pour la filière bois
construction.
FCBA participe à de nombreux travaux sur ce thème, en France, en Europe et en Amérique du
Nord. Pour faire le point sur l’état d’avancement de ces travaux et des connaissances, l’Institut
technologique FCBA a organisé le 24 octobre 2013 à Paris une journée technique sur l’acoustique
des constructions bois en présence de 125 professionnels, bureaux d’études, entreprises,
architectes, maîtres d’ouvrage…
Deux déclinaisons de la journée Parisienne sont en préparation, en région Lorraine et en région
Franche-Comté
Une journée technique pour faire le point…
Structure légère, structure lourde, quelle
importance en acoustique ?
Si traditionnellement on considérait que plus une
structure était lourde et plus elle était isolante
acoustiquement, on cherche aujourd’hui à construire
« léger » et l’acoustique des constructions légères,
dont la structure est beaucoup plus hétérogène, se
pose en termes différents. Selon les dires d’experts
internationaux, dont Eddy Gerretsen du TNO (Pays
Bas), le bois permet d’atteindre des niveaux
similaires aux structures traditionnelles lourdes.
Cependant, le comportement des structures légères
face aux basses fréquences diverge beaucoup plus
qu’avec une structure lourde, il faut donc étendre le
domaine d’analyse aux basses fréquences.
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De la même façon, les transmissions latérales sont
différentes. La marche des occupants et les
vibrations des machines, ont un impact plus fort
qu’avec une structure lourde.
Une solution performante en thermique n’est pas
forcément performante en acoustique. L’interaction
acoustique thermique constitue un axe de recherche
fort.
Travaux sur l’acoustique du bois au
niveau européen
Les outils existants au service de la profession
Il existe d’ores et déjà plusieurs publications ou sites
permettant aux professionnels de se renseigner :
-
-
-
De nombreux travaux de recherche ont été engagés
en France et en Europe, visant à optimiser les
solutions légères en bois et à démontrer leur
efficacité vis-à-vis des attentes de performance et de
confort acoustique.
Au niveau Européen, ces travaux, coordonnés au
travers d’une action COST (European Cooperation in
Science and Technology) portant sur l’acoustique
des structures bois, ont permis non seulement de
faire évoluer les normes, mais aussi d’adapter les
composants de la construction bois et de mieux
définir les méthodes de mesure en laboratoire ou in
situ. 5 présentations ont permis de revenir sur les
résultats des travaux européens. Parmi eux, deux
présentations du FCBA, sur les modes constructifs et
sur la restitution de l’étude AcouBois.
Les travaux sur l’acoustique des constructions bois
portent sur l’impact pour les parquets et revêtements
de sol, sur les panneaux, les menuiseries, les parois
doubles, les planchers poutres en I, les planchers en
CLT, les toitures… Ils portent aussi sur les
transmissions latérales dans les jonctions, sur la
modélisation, sur la validation d’outils de calculs, sur
l’étude d’interaction acoustique thermique, a rappelé
Georges-Henri Florentin, Directeur Général de
FCBA, en introduction.
Ces travaux ont permis de contribuer, d’une part, a
une Action COST, dans le cadre d’un programme
financé par l’Union Européenne, dédié à l’acoustique
des constructions bois et réunissant 17 pays (15
pays européens, plus la Nouvelle Zélande et
l’Australie). Les Français ont tenu un rôle important
puisque ce programme était présidé par Michel Villot
du CSTB et co-présidé par Jean Luc Kouyoumji de
FCBA. Ces travaux sont complétés par les travaux
menés dans le projet AcouBois engagé à l’échelle de
la France et qui poursuit les mêmes objectifs. Le
programme AcouBois qui prendra fin en 2014 a
débouché sur la création d’une base de données de
systèmes constructifs ossature bois évalués, et à la
modélisation de l’acoustique des parois à base de
bois prenant en compte les transmissions latérales
au niveau des jonctions des parois avec élaboration
d’un logiciel d’aide au calcul.
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-
Le site catalogue-construction-bois du FCBA
permet de faire des recherches par
performances souhaitées.
Le e-Book du COST FP0702 Chapitres 1 à 4,
http://extranet.cstb.local/sites/cost,
Construction
Bois :
Réglementations,
Normes, Mesures et systèmes constructifs
en Europe.
Le
site
allemand-autrichien
www.dataholz.com
(existe en
version
française) offre des données techniques
concernant la physique du bâtiment et les
paramètres écologiques des différents
matériaux de construction, dont le bois. Le
catalogue contient environ 155 des éléments
de construction et plus de 1800 variantes
constructives. Il est mis à jour constamment
et accessible gratuitement.
le site du projet suédois AkuLite :
http://acuwood.com/tag/akulite/
le site du programme COST Action TU0901
sur les Indicateurs Acoustiques a récemment
publié
son
e-book :
http://costtu0901.eu/tu0901-e-books
Il est question de simplifier l’emploi du bois en
construction. Les connaissances avancent et les
professionnels disposeront des outils nécessaires
pour utiliser des solutions bois dans des cas de plus
en plus nombreux et variés, permettant au bois
d’incarner le rôle de matériau innovant pour le
bâtiment de demain répondant aux enjeux des
projets industriels pour l’avenir sélectionnés par le
gouvernement français, en septembre dernier.
Réglementation
er
Depuis le 1 janvier 2013, pour les logements neufs,
la Maîtrise d’Ouvrage doit produite une « attestation
de prise en compte de la réglementation
acoustique ». Les effets de cette obligation devrait
commencer à se faire sentir, comme ce fût le cas
pour le DPE (Diagnostic de Performance
Energétique) en thermique. Du point de vue des
acousticiens, cette obligation laisse à présager une
croissance de l’activité et un regain d’intérêt.
Pour faire le point, Michel Villot a présenté la
normalisation européenne. Au niveau normalisation
les activités liées à la prise en compte des
constructions légères (bois en particulier) se font
dans les comités de normalisation en acoustique du
2
bâtiment : CEN/TC126 en liaison avec l’ISO :
ISO/TC43/SC. Sont normalisés :
-
-
-
Les méthodes de mesure de performance
d’élément (en laboratoire) et de performance
d’ouvrage (sur site), l’isolement aux bruits
aériens les niveaux de bruit d’impact, le bruit
des équipements;
Les descripteurs de performance d’élément
(R, Ln…) et de performance d’ouvrage ;
particularités constructions bois?
Les
méthodes
de
prévision
des
performances d’ouvrage (série EN12354) ;
actuellement valides pour constructions
traditionnelles « lourdes ».
Les comités de normalisation préparent des outils
pour les structures légères. Dans un proche avenir
ces outils seront agréés et utilisables. Sont en
préparation :
- L’ adaptation des normes de prévision et de
mesure des performances au niveau du
CEN/TC126
- La prise en compte des basses fréquences
dans les descripteurs (indices uniques) au
niveau de l’ISO/TC43/SC2
Les modes constructifs en Europe
Bart Ingelaere, du CSTC (Belgique) a fait un tour
d’horizon des modes constructifs bois européen. Il a
commencé par décrire le comportement acoustique
des murs, des planchers et des jonctions, en
analysant l’influence de chacun des composants. Il a
présenté les pièges à contourner et a défini les parois
formidables à opposer aux parois fort-minables
(Stromae). Enfin, il a exposé comment réaliser une
bonne isolation acoustique tenant compte des
évolutions de la production robotisée, du choix des
matériaux, du choix de positionnement des couches,
de l’interaction acoustique – thermique, de
l’interaction acoustique – feu et de la prise en compte
des basses fréquences en conception. Et pour
illustrer le gain potentiel, il a présenté des mesures
acoustiques sur des murs et planchers présentant
des performances acoustiques très élevées.
Les études Acoustiques et Vibration en
Europe
Delphine Bard, de l’Université de Lund en Suède a
présenté la recherche sur les thèmes Acoustique,
vibration et basses fréquences, confort acoustique et
confort vibratoire. La Suède, a depuis le début des
années 2000, fortement investi sur la recherche pour
la mise au point de systèmes constructifs destinés
aux bâtiments multi-étages. Aujourd’hui, 20% des
nouveaux bâtiments multi-étages sont conçus en
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bois. L’acoustique et la vibration sont des
thématiques
qui
orientent
fortement
le
dimensionnement, notamment en basse fréquence.
Le projet AkuLite est donné en exemple, il intègre
des essais acoustiques, des essais d’écoute, des
essais de vibration, des enquêtes de satisfaction, de
la modélisation fine par éléments finis (MEF) et de la
simulation de bruits de marche. Compétence qui
permet aujourd’hui de concevoir des systèmes
innovants qui utilisent des élastomères pour
améliorer les liaisons acoustiques, par exemple. De
plus, les corrélation enquêtes – essais sont bonnes,
elles permettent d’orienter les constructeurs bois
pour les basses fréquences. Enfin, ces travaux
permettent d’orienter les travaux de normalisation :
ISO 16717 et Eurocode.
L’étude AcouBois
Madeleine Villenave de FCBA, a présenté l’étude
AcouBois, en particulier les essais en laboratoire.
L’étude a pour objectif de
- Réaliser des évaluations des standards
constructifs actuels, Isolement en laboratoire
et in-situ et mesures spéciales pour qualifier
les transmissions latérales
- Mettre au point une méthode simplifiée pour
juger de la performance des projets au stade
de leur conception
- Alimenter le Catalogue Bois Construction
- Finaliser une méthode de prédiction de la
performance acoustique
- Vérifier l’acceptabilité des objectifs règlementaires actuels
Les essais ont été réalisés pour cartographier les
performances des constructions les plus utilisées en
France. Ainsi, chaque type de parement a été
décomposé en famille :
- 6 familles de façades
- 5 familles de parois séparatives
- 7 familles de planchers
- 7 familles de toitures
Les essais en laboratoire ont permis d’évaluer et de
hiérarchiser les solutions. L’ensemble de ces
évaluations ont permis d’alimenter le catalogue Bois
– Construction. De plus, les résultats servent à
alimenter le modèle de prédiction et la méthode
simplifiée. Par
ailleurs, l’analyse des basses
fréquences montre que leur intégration ne modifie
pas la hiérarchie des solutions, mais resserre
beaucoup l’échelle en diminuant la dynamique des
performances (cela est très sensible pour les
systèmes double voire triple paroi pour lesquels la
fréquence de résonance se situe sur la bande 50100Hz).
3
L’ensemble des résultats a été mis en forme de base
de données et pour chaque paroi il y a une fiche
descriptive avec l’ensemble des performances :
acoustique, thermique, feu, environnement, la base
est
disponible sur : www.catalogue-constructionbois.fr/
avec des variantes dont la performance est connue
au niveau transmission directe et au niveau
isolement tenant compte des transmissions latérales.
Les retours d’expériences du terrain permettra
d’affiner la méthode simplifiée.
Chantiers remarquables
Nicolas Balanant, QUALITEL, a présenté les
évaluations in-situ de constructions bois ayant des
configurations proches de celles testées en
laboratoire. Les mesures ont été menées sur 35
opérations de logements dont 23 collectifs & 12
individuels. Au niveau bruit aérien, toutes les
mesures sont conformes. Au niveau choc, quelques
mesures sont limites dans la tolérance. Globalement,
respect des exigences réglementaires in-situ. Ceci
est à relativiser lorsque l’on considère les basses
fréquences. En revanche, il faut redoubler de
vigilance sur chutes d’eau et sur bruits de chocs
lourds.
Présenté par Florian Sordoillet (Bouygues), un
programme de 60 logements étudiants à
VERSAILLES, le RdC en Béton et de R+1 à R+4 en
Bois massif LENO (CLT). Du point de vue
acoustique, le programme est Certifié H&E 2008
profil A : Bruits Aériens [DnT,A] ≥ 53dB et Bruits Chocs
[L’nT,w] ≤ 55dB. La présentation s’est articulée autour
des rebondissements de conception acoustique liés
de l’emploi du bois. Finalement, le projet a été réalisé
et a obtenu des résultats satisfaisants : Planchers
53dB ≤ DnT,A ≤ 56dB et 43dB ≤ L’nTw ≤ 53dB ; murs
52dB ≤ DnTA ≤ 56dB.
La campagne de mesure a eu la vertu de donner des
repères aux constructeurs, d’identifier les systèmes
qui fonctionnent, d’ouvrir un nouveau domaine à la
certification, de calibrer puis de valider une méthode
simplifiée de conception.
Méthode
de
calcul
pour
les
transmissions latérales : acoustique,
vibration et basses fréquences, confort
acoustique et confort vibratoire,
Autre volet de l’étude AcouBois, présenté par
Catherine Guigou, sur les méthodes de calcul
acoustique pour la
prise en compte des
transmissions latérales. La méthode plus compliquée
pour le bois que pour les parois homogènes,
cependant, il existe un modèle issu de la recherche
et consenti au niveau européen.
Photo 1 Bouygues : Chantier CLT (Cross Laminated
Timber) à Versailles (78 France)
Globalement, quand une paroi est mise en œuvre,
son indice d’affaiblissement est modifié par des
transmissions vibro-acoustique latérales. Il faut donc
procéder à la correction du chemin direct pour tenir
compte des transmissions latérales. Elles sont faibles
dans le cas du bois, particulièrement quand il s’agit
de jonctions désolidarisées. Dans le cadre
d’AcouBois, des mesures spéciales vibratoires ont
été menées, il a été question de couvrir un maximum
de cas pour avoir des tendances. En général,
l’Isolement de jonction est plus performant dans le
cas du bois que dans le cas du béton. En effet, les
jonctions bois sont moins homogènes donc plus
dissipatives.
Les mesures in-situ ont permis de dériver une
« Méthode simplifiée » de calcul des valeurs
globales. La méthode simplifiée permet de donner
des performances pour des solutions de références
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Photo 2 Bouygues : Phase chantier CLT à Versailles
(78 France)
4
Présenté par Guy Capdeville (Acoustique Gamba) et
Laurent Houdart (NFA), le Groupe Scolaire
Abdelmalek Sayad à Nanterre. Le programme a
nécessité la conception des ambiances acoustiques
(absorption acoustique) et conception des parois
pour l’isolement. L’utilisation de calculs acoustiques
pour les parois bois est pratiquée pour la conception.
Cependant, le niveau de connaissance du
concepteur doit être élevé.
Photo 5 r2k-LASA : Phase chantier Lycée des Eaux
Claires à Grenoble (38 France)
Conclusion de cette journée technique
Dès les phases précoces d’un projet, le bois doit
s’imposer en répondant à toutes les interrogations
techniques et réglementaires. L’acoustique a
longtemps constitué un frein important à l’emploi du
bois.
Photo 3 NFA : Chantier Groupe scolaire Abdelmalek
Sayad à Nanterres (92 France)
Présenté par Samuel Tochon-Danguy (LASA), le
Lycée des Eaux Claires à Grenoble, 1137 lycéens, 9
Logements de fonction. Certification referentiel QEB
Spécifique Région Rhône Alpes s’appuyant sur réf
HQE Giac et CERTIVEA, BBC RT 2005.
Présentation sur la phase conception, la phase
chantier, la prévention et la réparation des fuites
acoustiques et le contrôle des résultats.
Comme l’a rappelé Frédéric Staat, Directeur du Pôle
Industries Bois Construction, FCBA travaille sans
relâche pour que la solution bois aille jusqu’au bout
et quelle soit mise en œuvre. Non seulement pour sa
valeur d’estime, mais surtout pour ses capacités qui
constituent de réelles alternatives compétitives,
concurrentielles et innovantes.
De plus en plus de chantiers mettent en scène
l’emploi du bois comme alternative raisonnée. La
solution constructive bois y est utilisée parce qu’elle
constitue la meilleure offre technico-économique.
Un autre axe de recherche actuel est l’interaction
thermique-acoustique. Une solution performante en
thermique n’est pas forcément performante en
acoustique, contrairement à ce que l’on avait imaginé
intuitivement. Il est indispensable d’avoir une
approche multidisciplinaire, prenant en compte les
critères thermiques, acoustiques et de réaction au
feu.
Enfin, les nouvelles pistes de R&D seront intégrées
dans des projets de grande envergure, où
l’acoustique est associée aux autres exigences de la
construction. Les sujets sont : la réhabilitation avec
des parois rapportées, le bâtiment bois en élévation,
les bases de connaissances bois-construction…
Photo 4 r2k-LASA : Chantier Lycée des Eaux Claires
à Grenoble (38 France)
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Il faut désormais raisonner en termes d’acceptabilité
des niveaux de bruits, avec une approche plus
qualitative, in situ (pour compéter les mesures en
laboratoire, situation ne reproduisant pas toute la
complexité d’une situation réelle, les moyens et les
démarches
demandant
notamment
à
être
modernisés), analysant les réactions de familles
5
différentes selon les logements et la nature des
façades et des parois séparant les pièces.
Le projet AcouBois se termine en 2014, les résultats,
base de données acoustique des systèmes les plus
usuels seront disponibles sur un site web : catalogue
bois construction.
Par ailleurs, depuis Janvier 2014, FCBA s’est engagé
dans un projet de recherche européen « Silent
Timber Build », il y est question de développer des
modèles prédictifs basses, moyennes et hautes
fréquences,
en
superposant
les
méthodes
calculatoires : Modélisation aux Eléments Finis
(MEF), Statistical Energy Analysis (SEA) et des
méthodes de transitions. Il est aussi question
d’accroître et de diffuser les connaissances sur les
modèles de prévision , sur les solutions efficaces,
auprès de l’Industrie et des Concepteurs, en créant
une dynamique collective et en capitalisant les
connaissances dans une base de données
européenne.
Contact :
Jean-Luc KOUYOUMJI
Tél. 05 56 43 63 74
[email protected]
FCBA – Pôle Industries Bois Construction
Section Recherche
Allée de Boutaut – BP227 – 33028 Bordeaux Cedex
Le projet « Silent Timber Build » est orienté
stratégiquement vers les futurs marchés du BoisConstruction, notamment la construction de
bâtiments de grande hauteur.
Remerciements
Aux intervenants : Eddy Gerretsen (TNO, Pays Bas),
Michel Villot (CSTB), Bart Ingelaere (CSTC
Belgique), Delphine Bard (Lundt University Suède),
Nicolas Balanant (QUALITEL), Catherine Guigou
(CSTB), Florian Sordoillet (Bouygues), Guy
Capdeville (Acoustique Gamba), Laurent Houdart
(NFA), Samuel Tochon-Danguy (LASA), Madeleine
Villenave, Georges Henri Florentin, Pierre Bonfils,
Frédéric Staat, (FCBA)
Etude financée par
Aux Partenaires : CODIFAB, DHUP, ADEME, FIBC,
FFB, CAPEB, AFSCAM, ASIV, FILMM,
METSAWOOD, SNIP, SFEC, LIGNATEC.
Prochain Rendez-vous :
Déclinaison de la journée en région Lorraine (Epinal,
Septembre 2014) et en région Franche-Comté
(Octobre 2014)
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