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Cartographie du bruit sur le campus de Jussieu de l’UPMC

La lutte contre les nuisances sonores est devenue un enjeu majeur de société et de santé publique. La réglementation en vigueur en Europe impose aux villes de plus de 100.000 habitants de produire tous les cinq ans, des cartes de niveau sonore, selon un indicateur spécifique, le Lden (day, evening, night), un niveau acoustique pondéré en fonction de la période de la journée. L’équipe « Modélisation, propagation et imagerie acoustique » (MPIA) de l’institut Jean le Rond d’Alembert (IJLA, CNRS/UPMC/Ministère de la culture et de la communication) travaille depuis quelques années sur le projet Mégamicros qui vise à développer un réseau composé d’un très grand nombre de microphones pour l’imagerie acoustique aérienne.

 

Les bureaux d’étude en acoustique produisent des modèles de rue à partir du cadastre pour modéliser la propagation de sources types en fonction de la circulation automobile constatée ou estimée et ainsi calculer des cartes de bruit estimé. Ces modèles peuvent être ensuite comparés avec des mesures locales, ponctuelles et être ajustés.

 

L’originalité du projet repose sur l’utilisation de microphones numériques MEMS (Micro Electronic and Mechanical System) de petite taille et d’assez faible coût. Ces microphones sont élaborés pour l’industrie de la téléphonie mobile. De grandes antennes constituées de microphones servent à l’imagerie acoustique passive : on écoute les bruits environnants, puis on combine les signaux pour détecter la position des sources de bruit et remonter à leurs niveaux acoustiques.

 

Un microphone MEMS (partie métallique centrale) et son conditionnement. D. R.

 

En réalisant des cartes de bruit voire des cartes de la gêne auditive, par des mesures avec antenne et par formation d’images, l’équipe Mégamicros souhaite informer les pouvoirs publics et les habitants des niveaux (ou de la gêne) réels auxquels ils sont confrontés. L’antenne multi-microphones, jusqu’alors uniquement utilisée à des fins de recherche, pourrait devenir à terme un outil courant pour les bureaux d’étude en acoustique aérienne. Ce projet qui s’insère dans le cadre de la chaire UPMC/PSA Renault « Mobilité et la qualité de vie en milieu urbain », passe par la réalisation d’études psycho-acoustiques pour relier les différentes caractéristiques des signaux acquis (contenu fréquentiel, côté stationnaire ou événementiel, niveau acoustique…) à la gêne perçue par les usagés. Le premier système Mégamicros élaboré à l’institut d’Alembert permet l’enregistrement de 128 microphones et le transfert des données vers un ordinateur portable, et est très facile à déployer dans tout type de configurations (dans une rue, une gare ou bien plus localement autour d’un écoulement turbulent dans une soufflerie). La deuxième génération comprendra jusqu’à 1024 microphones. Une expérience menée sur le campus de Jussieu au 24e étage de la tour Zamansky L’équipe Mégamicros s’est installée du 12 au 13 juin 2014 au dernier étage de la tour Zamansky. Une antenne de 128 microphones répartis linéairement sur toute la longueur de la façade est a été placée pour cartographier le chantier à très grande échelle et avec la meilleure résolution possible. La pose d’une telle une antenne en haut de la tour centrale permet d’éviter le masquage de certains sons par d’autres bâtiments et d’enregistrer et d’imager tous les sons du campus.

 

Antenne linéaire de 128 microphones (points noirs) tout en haut de la tour Zamansky. © UPMC - Pierre Kitmacher

 

Mesure en haut de la tour Zamansky (Raphaël Leiba, stagiaire M2 Master SDI Acoustique). © UPMC - Pierre Kitmacher

 

Les scientifiques ont procédé au préalable à des simulations pour dimensionner l’antenne et anticiper les résultats. Pour ce faire, ils ont utilisé trois sources à spectre large (bruits blancs) à des niveaux acoustiques différents (129dB, 132dB et 126 dB) et du bruit décorrélé sur les microphones pour simuler le vent (venant du campus de Jussieu, alors en travaux) se propageant en haut de la tour Zamansky (à 90 mètres d’altitude). Malgré des résultats intéressants, le système a ses limites : si la direction d’arrivée de la source est précise, le positionnement dans la profondeur l’est très peu. Une prochaine étape pourrait être de rajouter une deuxième antenne, par exemple en haut du bâtiment A.

 

Résultat de simulation de formation d’image de trois sources de niveaux différents D. R.

 

Parmi les acquisitions effectuées le 13 juin 2014 les résultats pour une minute d’acquisition sont présentés à titre d’exemple. Les deux premières figures montrent les résultats de formation d’images acoustiques pour des niveaux instantanés (calculés tous les 125 ms), juste avant et pendant l’apparition d’une disqueuse sur le chantier. On distingue deux sources constantes sur le toit de la rotonde 44 et l’apparition de la disqueuse sur la deuxième image au niveau du patio 44/55. Ce qui correspond exactement au chantier du grand amphithéâtre.

 

Résultat de l’imagerie (sur 125 ms) avant et pendant la disqueuse D. R. (mettre les deux images côte-à-côte serait bien)

 

Les cartes de bruit étant calculées pour des temps longs en faisant des moyennes temporelles, nous faisons de même sur la figure suivante en moyennant le niveau acoustique retrouvé sur la minute d’acquisition.

 

Carte du niveau acoustique équivalent calculé sur la minute d’acquisition D. R.

 

La communauté acoustique semble s’accorder sur le fait que le niveau Lden n’est pas encore suffisamment représentatif de la gêne sonore avec les outils normatifs actuels. Les premiers résultats confortent l’équipe dans leur projet de cartes de gêne sonore. Côté formation Le projet Mégamicros a également servi de support de formation pour des étudiants du Master « Science de l’ingénieur » (M1 et M2, SDI) avec orientation « Ingénierie acoustique » de l’UPMC. Ils ont ainsi pu réaliser plusieurs projets allant de la calibration des microphones à la détection fine de sources, et mettre en application de nombreux sujets abordés en cours. Par ailleurs, plusieurs développements ont été réalisés dans le cadre de stages, comme par exemple SonoCam, un système imageur en temps réel développé par Charles Vanwynsberghe (équivalent d’une caméra acoustique par bande fréquence). Le projet de cartographie des sources sonores a été porté par Raphaël Leiba, étudiant M2 du parcours « Ingénierie acoustique » du Master SDI et qui a suivi la licence de mécanique de l’UPMC. Il a commencé une thèse en septembre 2014 dans le cadre de la chaire UPMC PSA RENAULT « Mobilité et la qualité de vie en milieu urbain ».

Pour en savoir plus :

L’institut Jean le Rond d’Alembert (IJLA, CNRS/UPMC/Ministère de la culture et de la communication)Nouvelle fenêtre

 

La chaire UPMC PSA RENAULT « Mobilité et la qualité de vie en milieu urbain »Nouvelle fenêtre

  • L’équipe Mégamicros, menée par Jacques Marchal est composée notamment de Pascal Chalande, Régis Marchiano et François Ollivier. Cette équipe d’enseignants-chercheurs située à Saint-Cyr l’École est épaulée d’une équipe spécialisée en électronique : Hélène Moingeon et Christian Ollivon. Deux doctorants travaillent sur les sujets novateurs associés au projet Mégamicros : Charles Vanwynsberghe et Raphaël Leiba depuis septembre 2014. Dans le cadre de la Chaire d’excellence « Mobilité et la qualité de vie en milieu urbain » l’équipe Mégamicros collabore avec l’équipe Perception et Design Sonore de l’IRCAM et notamment avec Nicolas Misdariis pour mettre en évidence les liens entre bruit mesuré et gêne sonore perçue.
  • Outre le Grenelle de l’Environnement, la Commission Européenne a, dès 1996, instauré les lignes directrices de lutte contre le bruit à destination des pays européens (livre vert de la Commission Européenne du 4 novembre 1996 sur la politique future de lutte contre le bruit), complété par une directive à destination des états membres de la Communauté Européenne relative à l’évaluation et la gestion du bruit dans l’environnement (directive 2002/49/CE du Parlement Européen et du Conseil). Un rapport de l’Organisation mondiale de la santé chiffre à plus de 1 000 000 de personnes souffrant directement de la pollution sonore, avec pour conséquences la maladie, l’invalidité ou le décès prématurés, ces chiffres ne représentant que les pays occidentaux de la région européenne de l’Organisation mondiale de la santé (OMS, rapport publié en mars 2011).



10/12/14