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Caractéristiques et indicateurs de la gêne due au bruit des avions

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Synthèse INRET n° 29. juin 1996 . Michel VALLET

Chapitre II de la synthèse INRET

Au cours du chapitre précédent les considérations sur le bruit et la gêne présentent une portée générale. On va examiner ci-dessous les différentes étapes de l'élaboration d'un indice acoustique spécifique de l'exposition au bruit aéronautique. Au cours de ces étapes on présente une comparaison des avantages et des inconvénients des indices proposés reconnus dans les divers travaux de recherche et d'étude réalisés depuis plus de 30 ans.

2.1 Le choix d'un indice d'exposition de la population au bruit

Un indice est une expression mathématique que l'on utilise pour représenter simplement une situation complexe, variable dans le temps et dans l'espace. C'est bien le cas de la situation acoustique des riverains d'aéroports, qui est bien plus complexe que celle des riverains de routes compte tenu de la distance source/récepteur et des trajectoires d'avions. Si on admet volontiers qu'un indice acoustique est une expression réductrice de la situation, c'est aussi un outil qui permet une mesure et surtout des comparaisons de la situation du bruit en différents points géographiques, à divers moments de la journée ou de l'année.

Un indice acoustique chiffré va donc représenter l'impact du bruit sur un individu, du point de vue de la santé et de la gêne ressentie par l'ensemble des habitants. Cet indice correspond à une exposition sonore moyenne de la population, c'est à dire établie sur l'année, qu'on ne peut considérer individuellement.

L'indice va être aussi utilisé pour définir des zones autour des aéroports et préciser l'urbanisme possible pour ces différents secteurs, c'est à dire de concilier l'utilisation des sols et l'exploitation des aérodromes par la création de documents d'urbanisme.

Un indice va aussi permettre de contrôler la qualité sonore autour des aéroports, de fac,on instantanée par exemple lors du passage d'un avion bruyant au cours de la journée et encore à plus long terme en chiffrant l'évolution du bruit d'année en année.

Pour être utiles les indices doivent avoir plusieurs qualités, dont le meilleur ordre semble être le suivant:

Au cours du chapitre 1, le bruit a été considéré sans tenir compte de la durée, en faisant seulement intervenir son intensité (décibel) et sa répartition spectrale (pondération A par exemple). Le temps pendant lequel on subit un bruit et l'évolution du spectre pendant cette durée ont une grande importance pour représenter les états de gêne.

On présente des exemples de situations de bruit qui sont très différentes par leur évolution temporelle et identiques par leur évaluation à l'aide d'un indice acoustique.

Sur la figure n°12 qui représente 3 situations acoustiques, la courbe I montre 2 véhicules qui passent à une distance de 25 mètres, la courbe II est caractérisée par une émission plus lointaine et donc par une faible variation, alors que la courbe III représente un bruit constant. Les trois signatures sonores ont la même valeur d'indice L50 (*), on se rend bien compte que les différences d'évolution temporelle du niveau de pression sonore risque de provoquer des gênes différentes.(20)

Figure 12: 3 courbes de même valeur d'indice, mais d'évolutions différentes.


I)ans la figure 13 les bruits I et II ont la même valeur de l'indice LEQ (moyenne énergétique .intégrée) (**) mais des profils acoustiques très différents: le profil Bruit I correspond a un bruit quasi stationnaire alors que le Bruit II, avec ses 2 événements qui atteignent 68 dB(A) et qui émergent d'un bruit de fond de 43 dB(A), présente un profil irrégulier. Ce profil Bruit II,qui peut s'apparenter à un bruit d'avion, peut être mieux caractérisé par un indice qui prendrait en compte à la fois le nombre des événements et le niveau de crête de chacun des événements

nota

20/ Chapon A., Pachiaudi G., Bruyère J-C.: Moyens d'évaluation du baut et tolérance humaine. IRT.CERNE, 1972, 130 pages.

* L50: niveau atteint ou dépassé pendant 50 % du temps de mesure (médian)

(**) La formule du Leq est donnée au § 2.4.2.
.

Figure 13: Bruits de même Leq


Aussi, dès lors qu'on accepte le principe d'un indice acoustique pour prendre en compte la gêne moyenne des riverains plutôt que leur gêne individuelle, ce qui n'est guère réaliste autour des grands aéroports où il y a souvent plusieurs dizaines de milliers de personnes exposées, I'alternative majeure au choix d'un bon indice est de savoir s'il faut considérer une moyenne énergétique (Leq) qui convient bien pour un trafic routier, où il y a plus de 10 000 bruits par jour, ou bien un indice associant les crêtes et le nombre des événements, lorsqu'ils sont bien détachés comme c'est le cas pour les 500 ou 1000 bruits par jour au dessus des aéroports parisiens.

2.2 Le choix d'une unité pour le bruit aéronautique

2.2.1 Méthode de choix d'une unité

On entend par unité la pondération spectrale appliquée au bruit aéronautique pour l'exprimer en décibel. On sait qu'il faut distinguer la force de la sensation sonore ou sonie et les impressions de gêne parce que, par exemple, à égalité de niveau en dB(A) si on a bien la même sonie, le bruit d'un avion à réaction gêne plus que le bruit d'un avion à hélices.

Des études psychophysiques, qui mettent en relation les caractéristiques physiques du bruit et les réactions psychologiques, ont été conduites particulièrement aux États-Unis, où le développement de l'aviation à réaction a été la plus précoce. A la suite de travaux en laboratoire, des courbes d'égales sensations de sonie ont été tracées pour un individu moyen c'est à dire à partir d'un grand nombre de réponses (figure 14) et des courbes spécifiques d'égale sensation de gêne ont été bâties en suivant une démarche analogue (figure 15). Ce sont les courbes de "noys", unité de gêne probablement nommée ainsi à cause du terme annoyance qui signifie gêne en anglais. Les courbes de pondération A, B et C décrites au chapitre I correspondent respectivement aux courbes d'isosonie 40 dB, 70 dB et 100 dB, La pondération D correspond à la courbe 250 noys.


2.2.2 Le PNdB (Perceived Noise Decibel)

En ce qui concerne le bruit d'avion, les études psychophysiques déjà évoquées tendent à montrer que les dB(A), dB(B), dB(C) et dB(D) ne rendent pas assez compte de la gêne ou nuisance, et qu'une analyse fréquentielle est nécessaire. Une échelle de niveau de perception, désignée par PNdB (Perctived Noise Decibel), a donc été déterminée d'après les travaux en laboratoire de Kryter 21 (1959).

Le calcul d'un niveau de bruit en PNdB est complexe; il nécessite d'abord une décomposition du spectre en tiers d'octave puis un calcul de correction prenant en compte toutes les courbes de noys (cf p 44), selon les fréquences et les intensités des points de ce spectre. Chacune des 24 bandes (correspondant au 24 tiers d'octave) se voit attribuer un niveau Ni reflétant la gêne sonore et exprimée en noys. Un niveau global se calcule alors comme suit:

N = max (Ni) + 0,15 * (EN(i) - max (Ni))

Le niveau de bruit en PNdB à cet instant est alors égal à: 40 + (10/log2) * logN.

Si le spectre comporte des irrégularités, par exemple des raies de fréquences discrètes, une correction est apportée, en fonction de l'émergence du niveau dans un tiers d'octave par rapport à ses voisins; cette correction est appelée correction de sons purs et l'unité PNdB devient une unité TPNdB (Tone Perceived Noise Decibel).

On peut obtenir rapidement une valeur approchée du PNdB par la relation suivante:

PNdB = dB(D) + 7 à 1 dB près alors que le PNdB = dB(A) + 12 = (+ 4).

La pondération PNdB donne aux fréquences moyennes et hautes de 1000 à 10 000 Hz plus d'importance qu'elles n'en ont dans les autres courbes A, B. Ces fréquences sont trés présentes dans les spectres du bruit des réacteurs et sont responsables de l'accroissement de gêne provoquée par ces spectres, par rapport à leur seule intensité sonore.

Après le développement des réacteurs à simple flux (Caravelle) où le jet était la source prépondérante d'un bruit de spectre continu, la deuxième génération de propulsion, dite à double flux, a permis une diminution très sensible du bruit total (- 8 PNdB). Une troisième génération de réacteurs, avec une grande dilution des gaz (Airbus) a procuré un nouveau gain de 8 PNdB. Cependant le ventilateur (la soufflante) disposé à l'entrée du réacteur provoque la génération de raies de fréquences pures, dont la prise en compte est réalisée dans l'unité TPNdB.

Cette méthode est très précise mais aussi très complexe. Elle a été adoptée par les instances internationales, notamment par l'Organisation de l'Aviation Civile Internationale (OACI). Elle est obligatoire pour la certification des avions dans tous les pays.

L'usage de l'unité PNdB ou TrlidB est donc justifié:

- par la nature du bruit aéronautique,

- par la précision de la méthode,

- par son usage universel, qui permet les comparaisons entre tous les avions.

Cependant, cette méthode est complexe et un inconvénient simple est qu'on ne peut pas mesurer directement un bruit en PNdB; il faut le calculer et cela est frustrant pour qui voudrait vérifier les mesures et les calculs.

(21 ::Kryter K: Scaling human reactions to the sound fiom aircraft, J. Acoust. Soc. America, 1959, vol 31.11 1415-1429.)

On notera en outre que la validation de cette unité PNdB s'appuie sur des travaux en laboratoire, avec des bruits enregistrés à une distance réduite des avions et restitués par des chaînes haute-fidélité, auxquels les personnes interrogées attribuent des niveaux de sonie et des notes de gêne.

Or le bruit reçu par un riverain, lorsqu'il est situé à 1 kilomètre ou même à plusieurs kilomètres de la trajectoire de l'avion, subit des modifications lices à plusieurs phénomènes dont certains ont un effet sensible sur la composition spectrale du bruit reçu, ce qui rend plus délicate la prévision du bruit perçu au sol (cf. 2.1.4).

2.2.3 Le dB(A)

Une autre unité de pondération des décibels peut être envisagée parce qu'elle est employée dans de nombreuses situations de bruit de transport terrestre et exceptionnellement pour l'instant, aérien. Il s'agit du dB(A). Les avantages de cette unité sont:

- un usage très répandu, ce qui permet de mesurer des bruits de sources différentes: cet aspect est particulièrement important pour le bruit des avions qui est très rarement la seule source de bruit dans l'environnement des aéroports, car il y a nécessairement d'autres sources extérieures (bruit routier plus ou moins fort) et des sources intérieures (bruits domestiques).

- Une installation systématique de cette courbe de pondération A sur les appareils de mesure, ce qui permet une lecture directe des niveaux de bruit.

Cependant, à la lumière de ce qui vient d'être précisé à propos des modifications de l'intensité du bruit et de sa composition spectrale, à longue distance le bruit des avions sera caractérisé physiquement par un aspect sourd, celui d'un spectre chargé en fréquences graves, les fréquences aiguës s'étant fortement atténuées avec l'absorption de l'atmosphère et du sol. On sait que l'appareil auditif atténuera beaucoup la perception de ces sons graves mais on ignore quelle gêne ce type de bruit va procurer, les travaux expérimentaux pour établir les courbes PNdB ayant été réalisés avec des bruits de proximité.

Dans un travail commun réalisé dans 4 pays européens (France, Allemagne, Pays Bas et Angleterre), comprenant à la fois des mesures acoustiques et des enquêtes psychosociologiques, on a montré que l'unité dB(A) était aussi bien utilisable que l'unité PNdg (22)

22 Vallet M., Pachiaudi G., Depitre A., Tanguy M.: Community reactions to aircraft noise, Convention CEEINRETS n° ENV 739 F, A.E.R. 3 y6, Dé-cembre 1985, 118 pages.

On notera qu'un groupe de travail de l'ISO (International Standardisation Office) réfléchit à l'adoption du dB(A) pour caractériser le bruit des avions. Si un changement d'utilisation du PNdB pour le dB(A) doit intervenir dans une future norme, l'OACI devra statuer avant toute adoption définitive de la nouvelle unité.

2.2.4 Observations sur la précision de l'unité acoustique et des mesures

La précision des mesures acoustiques qu'elles soient en PNdB, dB(A), dB(D) est soumise à des variations importantes.

- Atténuation géographique

Un son émis par une source sonore omnidirectionnelle se propage en espace libre dans toutes les directions de façon uniforme. L'intensité décroît de fac,on inversement proportionnelle au carré de la distance parcourue. Si on a mesuré un niveau sonore Ll à la distance dl de la source, on mesurera à la distance d'un niveau L tel que:

L = Ll-20 log.d sur d1

Cette formule résume la loi d'atténuation géométrique. On voit en particulier que si la distance double, le niveau sonore diminue de 6 dB (20 log 2 vaut environ 6).

- Absorption atmosphérique

A l'atténuation géométrique qui vient de la répartition de l'énergie dans l'espace, s'ajoute une déperdition d'énergie connue sous le nom d'absorption atmosphérique. Ainsi, dans la réalité, la loi d'atténuation de 6 dB par doublement de distance constitue-t-elle une loi minimale.

Cette absorption dépend essentiellement de la fréquence du son et, au second degré, des conditions météorologiques (température, humidité). Aux fréquences élevées, elle est importante, pouvant dépasser 10 dB par 100 mètres, alors qu'aux basses fréquences elle est pratiquement négligeable. Pour un bruit complexe quelconque la propagation se traduit par une atténuation du niveau dans chaque fréquence, plus accentuée dans les aiguës que dans les graves, ce qui entraîne une déformation du spectre lors de la propagation. Suivant la composition spectrale des sons étudiés, les lois d'atténuation correspondent à une réduction de niveau de 6 a 9 dB par doublement de distance.

Lorsque les rayons sonores arrivent au sol sous un angle faible, ce qui est le cas pour les atterrissages, l'atténuation constatée est plus forte que celle due aux effets conjugués de l'atténuation géométrique et de l'absorption atmosphérique. Cette différence dépend du trajet de propagation, de l'angle des rayons sonores avec le sol et des caractéristiques du sol.

Il existe des formulations empiriques de cet effet, qui devient négligeable lorsque l'angle des rayons sonores avec le sol est supérieur à 30 degrés. Lorsque cet angle est faible, par contre, l'atténuation est importante: plus de 10 dB, par exemple, à 1000 mètres de la source sonore.

- Effet de réflexion

Si l'observateur est placé en espace libre, il entend seulement le bruit résultant de l'onde directement émise par la source. S'il est placé sur un sol réfléchissant, à l'onde directe s'ajoute une onde réfléchie dont les effets sonores se composent avec ceux de la première.

Pratiquement, ceci déformera le spectre d'émission et se traduira par une augmentation de 0 à 6 dB du niveau global de pression acoustique, selon que le sol est un absorbant parfait ou un bon réflecteur. Si l'observateur est adossé à un mur réfléchissant, le niveau augmentera encore de 0 à 3 dB en pression acoustique.

2.3 La description d'un événement unique: le niveau sonore d'un passage d'avion

Le bruit d'un avion qui passe sera perçu pendant quelques secondes ou plusieurs minutes suivant son altitude et sa vitesse au dessus du point d'observation et selon le niveau de bruit ambiant. On appelle descripteur la grandeur que l'on utilise pour quantifier le bruit produit par le passage d'un avion. Il existe deux catégories de descripteurs:

- ceux qui ne retiennent que le niveau maximum de bruit perçu au cours du passage de l'avion,

- ceux qui intègrent le phénomène de durée et qui sont fondés sur une mesure d'énergie acoustique. Dans chacune de ces catégories, les descripteurs se différencient par l'unité de mesure du bruit instantané que l'on utilise. Les quatre principaux descripteurs sont:

- LAMAX: niveau maximal de bruit en dB(A)

- LAE ou SEL: niveau de bruit en dB(A) intégrant la durée (SEL = Sound Exposure Level)

- LPNMAX: niveau maximal de bruit en PNdB

- LEPN: niveau de bruit en EPNdB (Effective Perccived Noise Decibel) intégrant la durée.

En France, le descripteur utilisé pour l'élaboration des plans d'exposition au bruit autour des aéroports est le LPNMAX. On utilise par ailleurs le LEPN pour la certification des avions à réaction et des avions lourds à hélices et le LAMAX pour celle des avions légers à hélices. La gêne produite à chaque instant par ce bruit, est représentée par le niveau défini ci après en PNdB (ou en TPNdB s'il y a une correction due aux sons purs, figure 16) ou bien en dBA (figure 17).

Figure 16: Calcul d'un niveau en TPNdB

Après avoir repéré le maximum du bruit on apporte une correction de durée, définie par une convention internationale de l'OACI d'octobre 1976. d est la durée pendant laquelle le niveau de bruit se situe au dessus du niveau (Lmax - 10). La prise en compte de cette durée d'exposition conduit à la notion de niveau efficace de bruit perçu, noté EPNL (Effective Perceived Noise Level).

Pour ce calcul il est nécessaire de disposer d'un analyseur spectral et d'un ordinateur. En appliquant de façon scrupuleuse la formule de calcul, on néglige les bruits qui ont un niveau maximal de 90 TPNdB, soit environ 75 à 80 dB(A).

La prise en compte de la durée d'un survol d'avion par l'unité dB(A) suit le même principe. On note sur la figure 17 la correspondance entre les différentes grandeurs. Le passage d'un avion militaire à 350 m de distance et à une vitesse de 600 km/h fournit la signature caractérise par un niveau maximum LAMAX de 101 dB. L'énergie équivalente calculée pour un niveau LAMAX - 10 dB, soit à 91 dB, est de Leq = 97,0 dB, d'une durée de 6 secondes.

Le même calcul pour un niveau de 65 dB(A) fournit, une valeur de 92,8 dB pour une durée de 17,5 secondes, d'où une différence assez grande de 4,8 dB entre les 2 valeurs. Si on ramène ces deux valeurs de Leq à une durée de 1 sec. on obtient respectivement des SEL (Sound Exposure Level) de 105,3 et 105 dB ce qui est plus homogène et qui tend à valider l'intérêt de cette façon de mesurer le bruit 23. De cette façon on saura additionner les bruits de plusieurs avions et calculer une énergie répartie sur une durée de 24 heures, ou sur une période de jour ou bien de nuit, et non plus concentrée sur 1 seconde.

Figure 17: Illustration du SEL

2.4 Le cumul des bruits évolutifs pendant une journée

Contrairement aux bruits routiers où les véhicules sont nombreux et où les pointes de bruit sont courtes, les survols des avions procurent des bruits d'une certaine durée et espacés au moins de 2 à 3 minutes, lorsque le trafic de l'aéroport est à son maximum, intervalle pouvant être réduit à 1 minute 30 secondes en cas de pistes parallèles

On vient d'exposer comment chacun de ces bruits est évalué, soit avec le niveau maximal atteint (en dB(A), dB(D) ou PNdB) soit en tenant compte de l'évolution du bruit pendant la durée de chaque événement, en EPNL ou SEL.

Après un certain temps d'observation (une journée par exemple), il aura été relevé un nombre n important d'événements sonores, caractérisés chacun par une valeur unique, telle que le niveau en EPNdB. La gêne cumuice produite dans ce temps dépend de ces niveaux, du nombre n, et aussi de l'heure de la journée où s'est produit chaque événement, un bruit étant plus gênant à 23h qu'à 11 h. Il faudrait bien sûr, faire intervenir aussi bien d'autres paramètres: le bruit de fond ambiant, l'isolation des fenêtres du logement et "l'équation personnelle" de chacun... La prise en compte du nombre n d'événements dépend de la loi d'intégration adoptée.

23 U.S. Federal Agency Committee on Noise (FICON): Airport Noise analysis, 1992, 70 pages.

2.4.1 Indice psophique

L'indice psophique (du grec ancien "psophos" qui signifie bruit, fracas) est l'indice utilisé en France pour quantifier l'exposition au bruit autour des aéroports. Il est fondé sur l'utilisation du LPNMAX comme descripteur. La base de temps étant la journée, le descripteur LPNMAX représente l'exposition au bruit d'un trafic journalier.

En complément des critères d'un bon indice d'exposition au bruit, décrits au § 2.1, il existe des spécificités pour le bruit d'avion:

Le trafic de nuit est considéré comme 10 fois plus gênant que le trafic de jour. Le nombre de mouvements de nuit est donc pondéré par un facteur 10.

La formulation de l'indice psophique, IP, est obtenue à partir de la règle de composition des niveaux de bruits instantanés. L'énergie totale ramenée à sa moyenne par minute en la divisant par 1440 (24 heures = 1440 minutes).

 

où Li est le niveau maximal de bruit en PNdB du ième avion, n est le nombre de mouvements de jour (6h-22h) et p est le nombre de mouvements de nuit (22h-6h). On obtient donc une valeur très proche par la formule IP = PNL + 10 log (n + 10p) - 32 où PNL est le niveau moyen des crêtes en PNdB.

L'indice psophique peut aussi étre établi non plus à partir d'un modèle mais selon des mesures réelles. La procédure consiste à mesurer pendant plusieurs jours tous les avions qui survolent la zone concernée. Un système automatique enregistre les niveaux de bruit, le sens du mouvement, I'atterrissage ou le décollage, I'heure. Dans une deuxième phase, les enregistrements sont dépouillés et chaque type d'appareil est caractérisé par deux niveaux moyens de bruit, celui des passages en EPNdB et celui des niveaux (en PNdB). Selon chaque sens d'usage de la piste: exemple Boeing 747 (type 74 B) au décollage: 74,4 / 86,2 atterrissage: 74,6 / 84,3, à 11,25 km de l'extrémité de la piste.

Dans l'enquête INRETS-STNA de 1986 les mesures ont été réalisées pendant 5 jours (200 mouvements jour) à 15 jours selon les sites. A l'aide du catalogue des niveaux de bruit et à partir de la composition du trafic on construit, selon les pourcentages de décollages et atterrissages un calcul de l'indice psophique sur une journée. Connaissant le trafic annuel réel, on parvient à fournir des valeurs représentatives de IP.

2.4.2 Le Leq, indice d'équivalence énergétique

Le Leq est utilisé pour le bruit du trafic routier, en raison du nombre d'événement sonores eL de leur brièveté. Chaque passage de véhicule correspond à une point sonore, alors qu'ils se confondent en un bruit presque constant si le trafic est intense et si l'auditeur est plus loin. Le niveau équivalent est celui d'un bruit continu, entendu pendant un temps T.

Elle est calculée à partir de la connaissance du niveau L(t) à chaque instant, généralement en dB(A), mais d'autres pondérations peuvent être utilisées. Le plus souvent on découpe la dynamique (ou la plage du niveau de bruit) en un certain nombre de classes et on mesure les durées pendant lesquelles le niveau de bruit instantané est situé dans chacune de ces classes; la formulation devient:

Leq est exprimé pour une période donnée, 1 h, 24 h ou bien pour une période de jour, de soirée, ou de nuit.

L'avantage essentiel du Leq est que pour un grand nombre de types de bruit: routier, ferroviaire, équipement de bâtiment, il corrèle bien avec les effets sur l'homme, quelles que soient les sources de bruit et les variations dans le temps. Comme pour l'indice psophique les périodes de la journée peuvent être pondérées différemment, ou bien les seuils à ne pas dépasser peuvent être modulés.

Aux États-Unis, on utilise le LDN (Level Day Night) où le Leq de la période nocturne, de 22 h à 7 h est majoré de 10 dB, c'est à dire exactement d'une même quantité que l'indice psophique. Le seuil à respecter pour LDN est de 65 dB(A), c'est à dire 65 le jour (7 h-22 h) et 55 la nuit (22 h-7 h). Mais d'autres combinaisons sont possibles dans la réalité des situations, c'est à dire un bruit réparti sur le jour et la nuit peut être d'un niveau LAEQ un peu inférieur à 65 de jour et un peu au dessus de 55 la nuit.

En France, pour le bruit routier les périodes prévues par les textes sont: 6h-22h pour le jour et 22h-6h pour la nuit; l'arrêté du 6 mai 1995 vise 60 dB(A) pour le jour et 55 dB(A) pour la nuit. En fixant 2 périodes distinctes et non pas une seule valeur intégrant la période totale de 24h, on est sûr que le niveau de nuit sera respecté.

2.5 La validité annuelle de l'indice psophique et les plans d'exposition au bruit

25.1 Le principe des courbes d'égal niveau de bruit:

Après avoir évalué l'IP en différents points au voisinage de l'aéroport, on peut relier les points ayant une même valeur de IP et on obtient ainsi les courbes isopsophiques définies comme les courbes d'égal indice psophique ou d'égale gêne sonore. Ces courbes isopsophiques constituent les contours des zones d'égale exposition au bruit.

C'est le tracé de ces zones de bruit qui Permet d'élaborer des plans d'exposition au bruit. On appelle plan d'exposition au bruit, la représentation cartographique des zones à l'intérieur desquelles l'indice psor'nique dépasse certaines valeurs données. On distingue sur chaque plan:

Les plans d'exposition au bruit constituent l'instrument d'application de la loi relative à l'Urbanisme au voisinage des aérodromes. Leur élaboration nécessite un modèle de calcul, afin de déterminer en tout point autour des aérodromes, la valeur de l'indice. Les donnes prises en compte sont le trafic moyen, sur chaque trajectoire de décollages ou d'atterrissages de chaque type d'aéronefs puisque les niveaux de bruit sont différents d'un avion à l'autre.

2.5.2 Élaboration d'un plan d'exposition au bruit

La méthode d'élaboration d'un plan d'exposition au bruit définie par les textes de 1985 et 1987 consiste à simuler les différentes positions possibles des avions à l'approche et au départ des pistes et d'y associer les informations concernant les niveaux sonores. Ces données étant acquises, le calcul consistera à intégrer, pour une trajectoire donnée, les effets de propagation du son en fonction de la position relative de l'avion par rapport au point d'étude.

Les trajectoires suivies par les aéronefs en approche, en décollage ou en entraînement sont modélisées, par une succession de segments de droites, d'arc de cercles ou d'hélices. Or, on observe que pour des raisons très diverses (qualité du pilotage, précision des moyens de radionavigation, conditions atmosphériques (notamment le vent)), ces trajectoires ne peuvent être que difficilement suivies. Les aéronefs s'éloignent de ces trajectoires, particulièrement en procédure de décollage. Aussi, sauf précision supplémentaire, intègre-t-on une dispersion angulaire du trafic des trajectoires théoriques.

En procédure de décollage, il est considéré que les avions se dispersent dans un angle de 5 à 10° de part et d'autre de la trajectoire théorique.

En procédure d'atterrissage, les moyens de radionavigation permettent une précision plus élevée dans le suivi d'une trajectoire (alignement dans l'axe de la piste). Aussi la dispersion moyenne opérée est-elle de 1° de part et d'autre de la trajectoire.

Les lois de propagation du son vont permettre de déterminer le niveau sonore résultant au point d'étude. On prend en compte:

Ces différents effets acoustiques permettent alors de déterminer au point de calcul, le niveau sonore résultant d'un survol d'avion. Ce calcul est reproduit pour chaque trajectoire de décollage, d'atterrissage ou d'entraînement. Ainsi peut-on déterminer pour tout avion de jour ou de nuit les niveaux utiles à la détermination de l'indice psophique. Au point d'observation on a alors déterminé l'indice psophique. Pour calculer les courbes isopsophiques on doit posséder plusieurs points autour de l'aérodrome auxquels le calcul précédent a déjà été effectué.

2.6 Facteurs physiques intervenant dans une exposition au bruit

Dans le paragraphe 2.1 consacré à l'évaluation d'un événement unique, on a relevé que plusieurs facteurs peuvent entraîner des variations des niveaux d'intensité du bruit et de sa composition spectrale: atténuation géométrique, absorption atmosphérique, effet de sol, qui ont des effets de diminution du bruit, ainsi que l'effet de réflexion, qui augmente le bruit.

Quand on réalise des mesures sur le terrain, on ne peut pas contrôler ces facteurs, auxquels viennent s'ajouter les conditions atmosphériques, les effets de la topographie comme un fond de vallée ou bien d'un écran.

En espace libre, on peut considérer que le seul effet du vent est de s'ajouter en vitesse à la vitesse de propagation. Ceci se traduit par une déformation des rayons sonores qui peuvent devenir courbes et un allongement ou un raccourcissement minime des distances de propagation. On peut considérer ces effets comme secondaires et négligeables.

Ces effets peuvent être plus importants si la source se trouve au sol. Dans ce cas, le vent influe fortement sur la propagation sol-sol.

Le vent turbulent a un effet de diffraction des rayons sonores qui rend toute prévision du bruit impossible.

Si un écran est placé entre l'observateur et la source de bruit, il se produira une atténuation d'autant plus forte que l'observateur est proche de l'écran.

Cet effet peut être obtenu en présence d'un relief ou d'un obstacle de grande dimension, au creux d'une vallée... Cet obstacle se comporte alors comme un miroir non plan en optique.

Les rayons sonores peuvent après réflexion converger en un point qui constituera une source image de la source sonore. Placé en ce point, un observateur peut constater l'existence d'amplifications considérables. Ce phénomène est cependant rare; on peut l'observer par exemple, dans une rue étroite survolée par un avion aligné dans l'axe de cette rue.

Compte tenu de tous ces facteurs de variations du niveau de pression sonore, dès que l'on s'éloigne de la proximité immédiate de l'aéroport, la représentativité de mesures acoustiques réalisées pendant 24 ou 48 heures sera assez médiocre. En effet, d'un jour à l'autre on pourra observer des différences très importantes dans les niveaux de bruit mesurés pouvant dépasser 10 décibels et même atteindre 15 décibels. De même d'un site géographique à un autre site, situé à une distance comparable de la piste ou de la trajectoire des avions, on aura des variations très importantes du bruit. On entrevoit tout l'intérêt de disposer de niveaux de bruit calculés et validés sur une période longue, englobant tous les types de conditions météorologiques et toutes les trajectoires possibles. C'est ainsi qu'un indice prend tout son sens et son intérêt: dans un village précis, I'indice donnera une valeur moyenne de l'exposition au bruit, même si pendant 30 jours de l'année, par exemple, le niveau moyen prévu est dépassé et pendant 30 autres jours il n'est pas atteint.

L'intérêt de tels indices consiste encore à prévoir la situation dans un futur à moyen et à court terme, avec des hypothèses assez solides sur l'accroissement du trafic aérien et de déterminer si les valeurs prévues des indices sont compatibles ou non avec l'installation d'habitants dans les zones géographiques délimitées par un tracé (ou contour) d'égale valeur de l'indice. Dans le domaine de bruit aérien, comme dans celui du trafic routier, on considère les trafics à 15 ans ou parfois même à 20 ans pour établir les zones et les règles d'urbanisme correspondantes.