Phénomènes à l´origine du bruit de contact pneumatique/chaussée

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Rayonnement sonore par effet dièdre (ou effet de corne)

Ce mécanisme ne provoque pas de bruit en soi, mais amplifie le bruit généré par les autres phénomènes. Le son peut être répercuté plusieurs fois dans la corne d´air (ou dièdre) formé par le pneumatique et le revêtement routier, ce qui a pour effet de l´intensifier (figure 5). Il s´agit de réflexions successives de l´onde sonore dans le dièdre sur des revêtements fermés à l´avant et à l´arrière de la roue. Sur les revêtements ouverts ou drainants, l´absorption acoustique due aux vides entraîne une diminution de cet effet d´amplification.

Absorption du bruit

Les revêtements routiers ont une capacité à absorber le son qui dépend notamment de la porosité. Les vides reliés contenus dans le revêtement absorbent non seulement le bruit de contact pneumatique/chaussée mais également le bruit du moteur ainsi que les autres bruits environnants (figure 6). Ce qui est particulièrement intéressant en zones urbaines pour des vitesses faibles où les bruits de moteur sont importants. Pour obtenir une absorption efficace, le revêtement doit avoir une bonne porosité. L’absorption augmente avec l’épaisseur.
Les connaissances théoriques actuelles sont insuffisantes pour permettre de définir précisément les caractéristiques d´absorption avant la réalisation de la route. Les recherches en la matière se poursuivent. Il y a cependant des données empiriques qui permettent d´établir des prévisions. Ainsi, d´après Goubert (2008) une étude belge fondée sur une série de mesures réalisées sur des revêtements ouverts ou drainants présentant une épaisseur et un pourcentage de vides variables, l´absorption acoustique du bruit de roulement (ɑL) peut être exprimée en fonction de l´épaisseur de la couche (e) et du pourcentage de vides (v). La formule est la suivante :
ɑL= 0,005 ev
ɑL exprimé en dB (A)
20 mm< e < 40 mm
15 % < v < 25 %

Méthodes de mesure des performances acoustiques des chaussées

Il existe deux méthodes de mesure qui sont complémentaires : les procédures de mesure « au passage » (nomes NF EN ISO 11819-1 et NF S 31-119-2) et les procédures de mesure en champ proche ou en continu (normes XP S 31 145 et ISO 11819-2).

Procédure de mesure « au passage »

Les mesures sont effectuées à 7,50 m de l´axe de la bande de roulement et à une hauteur de 1,20 m (figure 7). Les conditions opératoires exigent un tracé linéaire, sans pente, sans obstacle direct, revêtement sec,…C´est la méthode la plus utilisée en France. Elle permet de caractériser le bruit de contact pneus/chaussée produit :
 soit par le passage d´un échantillon de véhicules du trafic,
 soit par des véhicules d´essai pris isolément hors du trafic.
Cette méthode nécessite la mesure du bruit au passage d´au moins 80 véhicules pour chaque classe. Des corrections de température sont appliquées. Angst (2008) confirme l’efficacité et la pertinence de ces corrections.

Procédure de mesure « en continu » ou en champ proche

Des mesures de bruits émis par un ou plusieurs pneus d´essai sur des véhicules en mouvement sont réalisées en champ proche de la roue (figure 8). Les mesures sont effectuées continuellement le long du tronçon de route à caractériser. Ainsi l´homogénéité de l´itinéraire peut être apprécié.
Selon la norme ISO 11819 – 2, les principales exigences à respecter sont les suivantes :
 mesure du bruit en simultanée par deux microphones ;
 roue d’essai (roue du véhicule ou roue montée sur la remorque) ;
 vitesse stabilisée ;
 niveau sonore et vitesse sont échantillonnés de façon continue ;
 plusieurs passages peuvent être effectués ;
 niveau sonore de l’échantillon recalé en fonction de la vitesse et pour une vitesse de référence donnée ;
 calcul du niveau sonore moyen du tronçon de route considérée et de la dispersion autour de cette moyenne.
Le résultat d’une mesure est la moyenne des niveaux sonores enregistrés par les deux microphones.

Les enrobés phoniques utilisés en France

Définition

Dans leur ouvrage de base, Sandberg et Ejsmont (2002) définissent un revêtement silencieux (enrobés phoniques) comme un revêtement de chaussée qui lorsqu’un pneumatique roule dessus, génère un bruit inférieur d’au moins 3 dB(A) à celui des types de revêtements usuels (bétons bitumineux classiques).

Caractéristiques des enrobés phoniques

Les caractéristiques des revêtements de chaussée jouent un rôle essentiel dans les phénomènes liés au bruit. Pour que des enrobés puissent offrir de bonnes performances acoustiques, il faut agir sur l’ensemble des caractéristiques influant significativement sur le bruit de roulement :
 le revêtement doit comporter une structure de surface homogène et avoir le minimum d’irrégularités de grande dimension afin d’éviter les phénomènes de vibrations des pneumatiques ;
 les surfaces cylindrées (compactées au rouleau) sont significativement moins bruyantes que les surfaces comportant un gravillonnage superficiel ;
 le revêtement ne doit pas être lisse mais au contraire présenter des aspérités de taille horizontale inférieure à 1 cm en quantité suffisante. La granularité doit être fine, si possible inférieure à 8 mm. La texture ouverte favorise la propagation de l’air ;
 le revêtement doit avoir également une bonne porosité pour disposer d’une capacité d’absorption acoustique significative. L´absorption augmente avec l’épaisseur ;
 les revêtements possédant de bonnes propriétés viscoélastiques (par adjonction de polymères) permettent d’amortir les vibrations du pneu et donc d’absorber le bruit de façon mécanique.
 les couches inférieures doivent présenter une bonne stabilité bien que le bruit de roulement soit dû au contact entre les pneumatiques et la couche supérieure de la chaussée. Si l’assise est instable, la couche supérieure ne tardera pas à se fissurer puis à se fragmenter, produisant ainsi un bruit de roulement excessif.
Afin de pérenniser les performances acoustiques, certaines mesures doivent être prises :
 introduction de filler spécial à fort pouvoir rigidifiant pour éviter les déformations plastiques d’origine mécanique ou thermique ;
 introduction de liant à fort pouvoir cohésif pour parer à l’arrachement de granulats et ainsi maintenir dans la durée la rugosité de surface.

Genèse et évolution

La plupart des revêtements de chaussée sont de l’un des types : bétons bitumineux, bétons de ciment, pavés, enduits superficiels. En France, les bétons bitumineux sont majoritairement utilisés. Il est possible de citer le SMA, les enrobés drainants mono ou bicouches, les bétons bitumineux minces, très minces et ultra minces qui sont très développés pour lutter contre les bruits de la circulation routière. Ces matériaux de revêtement présentent des performances acoustiques respectivement croissantes.

Le SMA

Le SMA (Stone Mastic Asphalt), littéralement « pierres enrobées d’un mastic bitumineux » est un compromis entre le béton bitumineux dense et le béton bitumineux drainant. Il s´agit d´enrobé bitumineux, à granularité discontinue avec un fort pourcentage de granulats et un fort taux de filler. L’adjonction d’un mortier bitumineux (fines+sable+fibres+bitume) aux granulats forme le SMA (figure 9).

Inconvénients des SMA, BBDr, BBM, BBTM et BBUM

 Pour le SMA, la formulation est très pointue, la pose demande davantage de soins et son coût est plus élevé.
 Pour le BBDr :
– les pores tendent à se fermer à cause de la boue, de la poussière, des matières huileuses,…, ce qui impacte négativement sur les performances acoustiques et drainantes. En cas de gel, l’eau contenue dans les pores rend le revêtement plus glissant.
– la résistance des BBDr aux contraintes tangentielles est plus faible par référence à celle d’une chaussée classique. Ils sont donc inappropriés aux carrefours, au niveau des ronds-points, aux virages serrés,…
– la mise en œuvre est assez délicate lors de la réfection ponctuelle d’une chaussée.
 Les bétons bitumineux minces, très minces et ultraminces sont eux aussi inadéquats aux carrefours, aux ronds-points et aux virages serrés du fait de leur faible résistance aux contraintes tangentielles. De plus, le passage sur une chaussée existante classique en revêtement en couche mince nécessite de réaliser une couche de liaison en plus de la couche de roulement.

Les différents composants des enrobes phoniques Introduction

La composition des enrobés phoniques est identique à celle des autres enrobés par référence à ses constituants qui sont principalement les granulats, le liant et éventuellement des additifs. Ces différents éléments, outre leurs propriétés mécaniques, doivent posséder des caractéristiques permettant de rendre le revêtement de la chaussée silencieux.

Granulats utilisés dans les enrobés phoniques

Les granulats sont des matériaux rocheux concassés ou sableux. Les granulats sont criblés et ensuite mélangés à un bitume pour obtenir des enrobés. Les enrobés phoniques doivent être constitués de granulats à granularité fine, si possible inférieure à 8 mm. L’idéal est une granularité de 3 à 5 mm avec peu de sable afin d’offrir une texture ouverte facilitant la circulation de l’air et diminuant ainsi l’effet de pompage d’air. Les granulats des enrobés silencieux sont particulièrement caractérisés par l’absence d’une classe granulométrique. Par exemple des granulats de dimensions comprises entre 0 et 10 mm et dépourvus d’éléments de dimensions de 2 à 6 mm. C’est la granularité 0/10 discontinue 2/6.
L´absence d’une classe granulaire permet de minimiser l’épaisseur du revêtement, ce qui justifie ce procédé dans la famille des BBM et BBTM. Ce procédé favorise la création d’interstices et donc des performances acoustiques ainsi que les propriétés d’adhérence. Le tableau III donne la composition des BBTM et des BBUM.

Liants utilisés dans les enrobés phoniques

Le liant des enrobés phoniques est constitué d’un bitume pur ou modifié et représente généralement 4 à 7 % environ du poids. Il a une double fonction : agglomérer les différents composants et, en fonction de la compacité du matériau, assurer l’étanchéité des couches inférieures.
En règle générale, le bitume routier constitue la sélection de base pour le liant des revêtements de chaussée souple. Toutefois, pour des conditions particulières de trafic, de chargement, de mise en œuvre, d’environnement, d’esthétique, de sécurité…, il peut s’avérer nécessaire de s’orienter vers un autre type de liant (Bruitparif, 2011). Ainsi pour les BBTM, lorsque le trafic est important, les classes de bitumes purs les plus utilisées sont le 50/70 et le 70/100, quelquefois 35/70 ; mais dans ce cas, les liants utilisés sont modifiés par des polymères et/ou par l’incorporation de fibres.
Les classes des bitumes purs et modifiés doivent être respectivement conformes aux normes EN 12591 et EN 14023.

Exemples de liants des enrobés phoniques

 Le Biprène, d’après Eiffage Travaux Publics (2008) est un bitume modifié utilisé dans certaines variétés de BBTM (Microprene, Renfoprene…).
Il est obtenu par mélange d’un bitume routier et de polymères synthétiques. Eiffage Travaux Publics a conçu ce liant et le fabrique dans ses usines pour le livrer prêt à l’emploi aux centrales d’enrobage. Les unités de fabrication sont certifiées ISO 9001.
Ce bitume élastomère, par référence au bitume routier traditionnel, présente un degré de modification élevé qui se traduit par :
– une susceptibilité thermique réduite conduisant à de bonnes résistances à la fissuration à froid et à l’orniérage accrues ;
– une cohésion plus forte sur une plage élargie de températures se traduisant par un meilleur comportement des enrobés sous trafic agressif ;
– une élasticité accrue même à basse température améliorant la résistance en fatigue des enrobés.
 Viaphone (Eurovia et VINCI, 2010) est un microbéton bitumineux silencieux qui utilise comme liant un bitume pur avec ajout de fibres organiques. Suivant le trafic et les contraintes supportées par la chaussée, le bitume pur peut être modifié par des polymères pour donner le Polybitume.
 Bitupolysem 50 est le liant utilisé dans le Microsem (une variété de BBTM), il procure une résistance élevée aux cisaillements et un maintien durable de sa texture.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1. GENERALITES SUR LES BRUITS DE LA CIRCULATION ROUTIERE
Introduction
1.1. Les bruits de la circulation routière
1.1.1. Principales sources de bruits de la circulation routière
1.1.2. Bruits de contact pneumatique/chaussée
1.1.3. Phénomènes à l´origine du bruit de contact pneumatique/chaussée
1.1.3.1 Vibrations des pneumatiques
1.1.3.2. Pompage d´air
1.1.3.3. Rayonnement sonore par effet dièdre (ou effet de corne)
1.1.3.4. Absorption du bruit
1.1.4. Méthodes de mesure des performances acoustiques des chaussées
1.1.4.1 Procédure de mesure « au passage »
1.1.4.2. Procédure de mesure « en continu » ou en champ proche
1.2. Les enrobés phoniques utilisés en France
1.2.1. Définition
1.2.2. Caractéristiques des enrobés phoniques
1.2.3. Genèse et évolution
1.2.3.1. Le SMA
1.2.3.2. Béton bitumineux drainant (BBDr)
1.2.3.3. Béton bitumineux mince (BBM), très mince (BBTM) et ultra mince (BBUM)
1.2.3.4. Inconvénients des SMA, BBDr, BBM, BBTM et BBUM
Conclusion partielle
CHAPITRE 2. LES DIFFERENTS COMPOSANTS DES ENROBES PHONIQUES
Introduction
2.1. Granulats utilisés dans les enrobés phoniques
2.2. Liants utilisés dans les enrobés phoniques
2.2.1. Exemples de liants des enrobés phoniques
2.2 2. Détermination de la teneur en liant
2.3. Additifs utilisés dans les enrobés phoniques
2.4. Mise en œuvre
Conclusion partielle
CHAPITRE 3. RESULTATS DE L’ETUDE EXPERIMENTALE
Introduction
3.1. Les matériaux de la plateforme, des couches d’assise et du revêtement
3.2. Essais de laboratoire
3.2.1. Essais d’identification sur les échantillons de matériaux de la plateforme et des couches d’assise
3.2.1.1. Analyse granulométrique
3.2.1.2. Limites d’Atterberg
3.2.2. Essais de comportement
3.2.2.1. Essai Proctor modifié
3.2.2.2. Essai CBR
3.3. Essais géotechniques sur les enrobés bitumineux
3.3.1. Analyse granulométrique
3.3.2. Densité apparente, poids spécifique et équivalent de sable
3.3.3. Essai de pénétration sur le bitume
3.3.4. Essai Marshall
Conclusion partielle
CHAPITRE 4. DIMENSIONNEMENT DE LA STRUCTURE DE CHAUSSEE AVEC LE LOGICIEL ALIZE 3 – EVALUATION FINANCIERE ET ETUDE DES IMPACTS
4.1. Dimensionnement de la structure de chaussée avec le logiciel Alizé 3
4.1.1. Paramètres du dimensionnement
4.1.2. Modélisation de la structure
4.1.3. Modélisation de la charge
4.1.4. Calcul des contraintes et déformations admissibles dans les différentes couches de la chaussée
4.2. Evaluation financière et étude des impacts
4.2.1. Evaluation financière
4.2.2. Impacts du projet
Conclusion partielle
CONCLUSION GENERALE ET RECOMMANDATIONS
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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