| Quelques notes sur le bruit
Introduction
Les travaux entrepris dans le but de rendre le stand 300 m conforme aux nouvelles normes relatives aux émissions sonores (OPB) ont suscité de nombreuses interrogations. Les lignes qui suivent devraient clarifier les choses, en apportant quelques informations relatives au bruit, aux moyens de le combattre et en rappelant certaines normes fédérales applicables aux installations de tir.
Nous n'aborderons ni les aspects physiologiques du bruit ni son influence sur le confort et la santé. Nous mentionnerons seulement que le bruit, qu'il soit de forte intensité et de courte durée (détonation) ou d'intensité moyenne, mais de longue durée (environnement bruyant), a des effets destructeurs et souvent irréversibles sur l'oreille (à partir de 140 dB, les lésions sont définitives). De plus, ses actions sur la santé et sur l'équilibre psychique ne sont plus à démontrer. Ainsi les législations fixent les niveaux à ne pas dépasser. Par exemple, en Suisse, sur les lieux de travail, l'intensité sonore ne soit pas dépasser 85 dB si la présence dure 8 heures; la durée d'exposition est réduite de moitié chaque fois que l'intensité sonore double (soit + 3 dB).
Quelques notions d'acoustique
Qu'est-ce que le bruit ?
D'une manière générale, le bruit peut être interprété comme la "traduction" que fait le cerveau de variations très rapides de la pression ambiante enregistrées par l'oreille. Cette dernière constitue, en effet, un manomètre différentiel extrêmement sensible.
Ces oscillations de pressions peuvent être très désordonnées, voire aléatoires, on parle de bruit; ou au contraire, être très "harmonieusement" répétitives dans le temps, on parle alors de son pur. Un bruit est constitué par une composition plus ou moins complexe de sons purs.
Dans le cas du son pur, les variations de pression en fonction du temps sont décrites par des équations du genre :
w est la pulsation. Cette dernière est reliée à la fréquence f (qui représente le nombre d'oscillations à la seconde) et à la longueur d'onde l par les relations :
 |
et |
 |
où |
a est la célérité du son |
Variation de pression en fonction du temps pour un son pur
L'unité de mesure de f est le Hertz (Hz), ou son multiplie, le Kilohertz (KHz). La longueur d'onde s'exprime en mètres.
Ainsi, un son de 10 KHz est tel que la variation de pression change de signe 10'000 fois par seconde.
Pour être audibles, ces variations de pression ne doivent pas être trop rapides
(ultrasons) ni trop lentes (infrasons). On peut admettre qu'une oreille moyenne
entend des sons compris entre 20 Hz et 20 KHz. Ces chiffres précisent
l'extraordinaire performance de l'oreille.
Un son peut être caractérisé par plusieurs grandeurs :
| - | Son intensité qui est proportionnelle au
carré de l'amplitude des variations de pression. Elle est mesurée par rapport à
une pression de référence qui correspond grosso modo au seuil de sensibilité (P0 = 2.10-5 [Pa]). Elle s'exprime en Bell, ou
plutôt en son sous-multiple, le décibel (dB). Un jeune pourra percevoir des
sons d'intensité inférieure à 0 dB (par exemple –1 dB). Ces performances
s'amenuisent assez rapidement avec l'âge, les sollicitations brutales, etc. |
| - | Sa hauteur qui dépend de la fréquence;
un son aigu correspond à une fréquence élevée. La voix humaine parlée varie de
150 à 250 Hz pour les hommes et de 180 à 280 Hz pour les femmes. |
| - | Son timbre qui dépend de son spectre;
donc du nombre de sons élémentaires qui le composent et de leur intensité. Le
timbre permet de reconnaître une voix, un instrument de musique, etc. |
Mentionnons encore que le langage parlé utilise une autre composante du bruit, il s'agit de son évolution dans le temps.
Puisque le bruit est lié à des variations de pression, il ne peut se transmettre que s'il existe un support (gaz, liquide ou solide). Dans le vide, le son ne peut pas se propager. Un espace vide, même très mince est un isolant phonique absolu.
Vitesse de propagation du son
Le terme vitesse n'est pas approprié, puisqu'il n'y a pas de déplacement, on devrait plutôt parler de célérité. Par ailleurs, tous les sons ne se propagent pas à la même vitesse. Un son intense se propage plus rapidement qu'un son faible; de même, un son aigu se propage plus rapidement qu'un son grave.
Par définition (parfaitement arbitraire), la célérité du son est égale à la vitesse de propagation d'une perturbation infiniment petite. Elle est inversement proportionnelle à la racine carrée de la variation de la masse volumique par rapport à la variation de pression. Donc, plus un corps est rigide, plus la célérité du son en son sein est élevée (Ex. : 5050 m/s dans l'acier, 1440 m/s dans l'eau et 345 m/s dans l'air). Mentionnons encore que, dans les gaz, donc dans l'air, la célérité du son ne dépend que de la température et qu'elle augmente avec la racine carrée de celle-ci.
Rappelons qu'au vu de ce qui précède, un son "réel" se propage toujours plus rapidement que la célérité du son qui est une notion théorique. Cependant, aux intensités sonores habituelles, la différence reste minime.
La propagation du bruit
La dissipation dans l'atmosphère
L'intensité sonore décroît avec le carré de la distance parcourue. Ceci provient du fait que la puissance sonore est dissipée sur une surface qui croit avec le carré de la distance.
D'autres effets viennent amplifier cette dissipation :
| - | la viscosité de l'air qui conduit à un amortissement proportionnel au carré de la
fréquence |
| - | l'absorption moléculaire (la transmission du son d'une molécule à l'autre dissipe de
l'énergie) qui conduit à un amortissement lié à la température de l'air et à son humidité. |
Ainsi, les sons de basse fréquence se propagent plus loin que ceux de haute fréquence (le cor des alpes, qui émet des sons graves, exploite cette caractéristique et permet la "communication" d'une vallée à l'autre).
La propagation du bruit dans l'atmosphère est donc complexe et dépend de nombreux paramètres qu'on ne peut pas maîtriser. De plus, une stratification de l'atmosphère peut conduire à des réfractions importantes (la direction de propagation du son change). On peut avoir ainsi, successivement des zones silencieuses, suivies de zones bruyantes qui proviennent de la réfraction dans une couche de l'atmosphère.
Les effets d'un obstacle
La présence d'un obstacle sur le parcours du bruit entraînera deux effets complémentaires :
| - | un effet d'écran : le bruit est en partie absorbé, une autre fraction est réfléchie, le solde traverse l'écran. |
| - | un effet de diffraction : les frontières de l'obstacle vont disperser le bruit;
l'obstacle se comporte alors un peu comme une nouvelle source de bruit. Cet effet est d'autant plus marqué que les arrêtes sont franches (mur par exemple). |
Le second effet est assez complexe, la propagation ou l'atténuation étant, notamment, fonction de la fréquence du son.
Le coefficient d'absorption de la paroi est directement proportionnel à sa masse et à la fréquence du son. La nature de la paroi intervient aussi, de même que sa géométrie.
En résumé, on limite les nuisances liées au bruit en :
| - | éloignant la source; efficace mais pas toujours facile |
| - | utilisant des matériaux absorbants (parois trouées, etc.) |
| - | interposant des obstacles lourds entre la source et l'endroit sensible. |
Remarques
| - | les arbres ne peuvent être considérés comme des écrans satisfaisants du point de vue phonique. Leur feuillage, aussi dense soit-il, reste trop léger pour être efficace |
| - | il est toujours plus "économique" de limiter le bruit à sa source plutôt que de tenter de protéger des zones sensibles |
Attention, la réflexion peut augmenter localement l'intensité sonore.
Le bruit émis par les armes
Il est de deux types :
| - | Le bruit de bouche dont la source est localisée à la bouche du canon |
| - | Le bruit du projectile dont la source se déplace avec le projectile |
Le bruit de bouche
A l'instant où le projectile quitte le canon, les gaz qui ont servi à le propulser se détendent violemment dans l'atmosphère. En effet, une arme conventionnelle n'utilise qu'une fraction de l'énergie contenue dans les gaz. Pour l'exploiter complètement, il faudrait détendre les gaz jusqu'à la pression ambiante. Ceci nécessiterait des longueurs de canons incompatibles avec l'usage habituel d'une arme. Les canons utilisés étant relativement courts, la pression résiduelle au moment où le projectile sort de la bouche peut valoir plusieurs centaines de fois la pression atmosphérique. La détente de ces gaz engendre un bruit important qui se propage de manière pratiquement sphérique. Il existe, au niveau de l'arme, d'autres sources de bruit mais qui sont moins importantes : combustion de la poudre, bruits mécaniques, perte et emprunt de gaz, etc.
Le bruit du projectile
Ce dernier se déplace rapidement, souvent à une vitesse proche ou supérieure à la vitesse du son. Ces régimes, dit transsonique, respectivement supersonique, engendrent des pressions à la surface du projectile qui atteignent des niveaux plusieurs fois supérieurs à la pression ambiante. Ces brusques variations de pression constituent une source de bruit qui se déplace avec le projectile. Si le projectile est supersonique, la perturbation se propage autour de la trajectoire d'une manière sensiblement conique, selon un angle qui varie en fonction de la vitesse du projectile. Pendant tout son trajet, ce dernier émet un bruit, dont l'intensité diminue en même temps que sa vitesse.
On conçoit aisément que, bien que généralement plus intense, il soit plus facile de se prémunir contre le bruit de bouche, puisqu'une protection locale suffit, que contre le bruit du projectile, dont la source se déplace sur des distances qui peuvent être importantes.
La protection contre le bruit des armes.
Protection générale
On peut atténuer le bruit produit par les armes de différentes façons. De manière générale, les résultats seront d'autant meilleurs que le bruit est "piégé" à sa source.
Ainsi, on peut réduire le bruit de bouche par :
| - | Un silencieux monté à la bouche du canon. L'objectif est d'une part de diminuer
fortement la différence de pression entre la sortie et l'atmosphère et
d'absorber les ondes de choc. Cependant, leur efficacité reste limitée et, à
l'exception du petit calibre, les résultats obtenus sont fort éloignés du
"ploff" cher au cinéma. De plus, il alourdit considérablement
l'extrémité du canon entravant l'action du tireur. |
| - | On peut installer le tireur et son arme dans un tunnel absorbant. Si ce dernier
est bien réalisé et de taille suffisante, ces installations sont
particulièrement efficaces; des gains de 25 à 30 dB sont souvent obtenus. On
peut aussi tirer en espace confiné. Ces solutions posent parfois des problèmes
"psychologiques" et peuvent augmenter le niveau sonore pour le
tireur. |
| - | Extrêmement efficace, mais difficile à appliquer si l'intensité sonore est importante, est
la production d'un contre-bruit. On analyse en permanence la composition du
bruit et on émet simultanément un bruit de même intensité mais de signe
contraire. Ce dispositif, utilisé en aviation, dans les voitures de luxe, en
milieu bruyant, etc., supprime tout bruit pour autant qu'il ne soit pas trop
complexe. La difficulté de son application dans le tir provient essentiellement
de l'intensité et de la dynamique du bruit émis. |
La diminution du bruit émis par le projectile est plus difficile à maîtriser du fait que ce dernier se déplace et qu'il faudrait envisager soit une protection qui suive le projectile, soit une protection de grande envergure.
On peut citer :
| - | Utiliser des projectiles subsoniques. Ces derniers ne créent pas d'ondes de choc; ils sont donc pratiquement "silencieux"; mais on ne peut pas tirer à longue distance ni avec des armes à usage militaire.
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| - | Utiliser des projectiles de forme appropriée; le gain est, dans les faits, très limité.
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| - | Placer la ligne de tir le plus près possible du sol pour profiter au maximum de l'absorption de ce dernier. Mais, du fait de la flèche de la trajectoire, ceci n'est possible qu'à courte distance. D'autre part cette configuration n'est pas appréciée des tireurs.
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| - | Placer des panneaux absorbants sur la trajectoire du projectile, latéralement et horizontalement (au sol). Dans l'absolu, on pourrait tirer dans un tuyau… Solution excellente, mais coûteuse si le tir se fait à longue distance. D'autre part, ces parois posent souvent des problèmes de maintenance difficiles à surmonter.
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| - | Placer des disques absorbants sur toute la trajectoire du projectile. On en revient à cumuler les inconvénients des solutions précédentes.
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| - | Construire une butte… si on a de la terre et de la place ! La butte sert d'écran, mais n'absorbe que peu le bruit. Elle le réfléchit et le diffracte. La conséquence est que, si elle diminue le bruit dans certaines directions, elle l'augmente dans d'autres (mais qui peuvent être moins sensibles).
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Protection individuelle
Ce ne sont que des palliatifs, puisque que leur efficacité est très limitée (en fréquence et en intensité). On utilise :
| - | des bouchons d'oreilles souples. Une matière malléable s'adapte plus ou moins bien au conduit auditif. Ils ne filtrent pas les bruits transmis par la boîte crânienne. Leur efficacité est assez mauvaise et ils peuvent poser des problèmes d'hygiène.
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| - | des bouchons d'oreilles solides. Leur géométrie est adaptée une fois pour toutes à celle du conduit auditif. Ils présentent les mêmes défauts que les précédents, mais sont un peu plus efficaces et leur entretien est plus facile.
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| - | des coquilles acoustiques. Pour être efficaces, elles doivent comporter un bourrelet souple mais compact, qui s'ajuste parfaitement à la géométrie du crâne. En apportant une atténuation nettement supérieure à celle des dispositifs mentionnés plus haut, elles présentent de plus l'avantage d'absorber une partie des sons transmis par la boîte crânienne. Pour rester efficace, le bourrelet doit être changé à intervalles réguliers.
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| - | des casques entourant la tête. Plus efficaces, mais pas particulièrement pratiques. |
Notons que des auteurs préconisent, pour le tir (150 à 170 dB), l'emploi simultané des bouchons d'oreilles et des coquilles acoustiques.
Les normes suisses relatives au bruit émis par les armes (OPB, annexe 7)
L'objectif n'est pas de protéger les voisins des lésions dues au bruit mais plutôt de limiter la gêne induite par le tir. Ainsi, dans l'évaluation des limites d'exposition, entrent en ligne de compte non seulement l'importance du bruit émis, mais également la fréquence des tirs.
Sans entrer dans les détails, l'annexe 7 de l'OPB relative au bruit émis par les armes définit le niveau d'évaluation du bruit émis par une installation de tir par :
avec :
Lr : intensité sonore d'évaluation
L : intensité sonore moyenne d'un coup de feu mesuré sur place
Dw : nombre de demi-jours de tir en semaine pendant une année
Ds : nombre de demi-jours de tir le dimanche pendant une année
M : nombre annuel de coups de feu
Seul le premier terme concerne le niveau sonore du coup de feu, les autres évaluent la gêne. Ainsi, on voit que dans l'appréciation de cette dernière, le dimanche compte trois fois plus qu'un jour de semaine. De même, toujours selon ces normes, on peut sensiblement diminuer la gêne en concentrant les tirs sur un nombre restreint de jours.
La norme définit aussi le degré de sensibilité au bruit (classé en 4 catégories, les degrés I et II étant appliqué aux zones résidentielles et le IV aux zones industrielles) et fixe les valeurs limites d'exposition selon le tableau :
| Degré de sensibilité |
Valeur de planification
Lr en dBA |
Valeur limite
Lr en dBA |
Valeur d'alarme
Lr en dBA |
| I | 50 | 55 | 65 |
| II | 55 | 60 | 75 |
| III | 60 | 65 | 75 |
| IV | 65 | 70 | 80 |
Mentionnons encore que :
| - | l'intensité sonore au départ du coup d'un Fass 57 est d'environ 145 dB à 1m; elle diminue
de 6 dB à chaque doublement de distance
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| - | l'intensité sonore au départ du coup d'un Fass 90 est moins élevée d'environ 2 à 3 dB
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| - | l'intensité sonore produite par le passage du projectile de calibre 7.5 est d'environ 125
dB à 1 m; elle décroît de 3.6 dB à chaque doublement de distance
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| - | avant les améliorations apportées au stand 300m de St-Georges, les valeurs limites
étaient dépassées au niveau du CEPTA et du collège des Grandes Communes, de
certains locaux de la rue Gérard de Ternier et à la ferme St-Georges; elles
sont atteintes sur certains immeubles du quartier de la Caroline.
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| - | les travaux réalisés à St-Georges doivent permettre de ramener le niveau sonore à
un niveau compatible avec les normes, dans toutes les situations.
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Michel PERRAUDIN
Sources : j'ai repris les valeurs relatives à l'importance du bruit dans le quartier du stand de ST-Georges de l'étude faite par le bureau, mandaté par les EAN, Urbaplan à Genève.
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