Comment peut-on se protéger des bruits urbains ?

Introduction

Le bruit est devenu l’une des principales sources de nuisances pour la majorité des citadins. 86% des Français sont gênés par le bruit à leur domicile selon le sondage IFOP/Ministère Ecologie de Septembre 2014. De l’isolation acoustique des logements à l’aménagement urbain, les moyens de protection contre le bruit mis en oeuvre ont pour objectif d’apaiser la ville de ces agressions sonores subies au quotidien.

Publics ciblés :
Collégiens
Thématiques :
Français, Mathématiques, Sciences Physiques

Objectifs

1
Connaître les paramètres physiques du son, du bruit
2
Repérer comment les bruits se propagent dans l’environnement et les moyens de les atténuer
3
Etudier l’évolution du confort

Compétences de l'élève

Ecouter de manière sélective les sons qui l’entourent
Repérer les sons urbains
Rechercher les informations pertinentes (CDI, internet…)
Travailler en groupe
S’estimer et être capable d’écoute et d’empathie
Utiliser les ressources numériques
Exercer son esprit critique
Réaliser une production multimédia
Réaliser et présenter un exposé

Activites proposées

Comment définir le son, le bruit : échanges avec les élèves. Faire une liste de sources sonores et indiquer pour chacune s’il s’agit d’un son ou d’un bruit. Qu’est-ce qu’un son, un bruit désagréable voire gênant ?
Demander aux élèves de lister des sources sonores correspondant à des bruits choisis et à des bruits subis. Pour chaque source, ils doivent argumenter leur choix. A la fin de la séance, un petit débat permettra de savoir comment les arguments se sont construits et ont évolué durant la séance (Techniques du théâtre forum, jeu de la ligne).
Recherche documentaire : quelles sont les techniques d’atténuation du bruit dans l’environnement (source, propagation, réception).
Mesurer de bruit dans l’espace urbain dans différentes rues de la ville et observer des moyens d’atténuation existants : pourquoi certains lieux sont plus sonores que d’autres ? Quels sont les moyens mis en place pour atténuer les bruits routiers dans la ville ?

Éléments de connaissances et pistes de réflexion

Introduction

Le son résulte d’une activité volontaire ou involontaire. Le son provoque des vibrations de l’air qui se propagent et parviennent au tympan qui se met à vibrer. Cette propagation entraîne des phénomènes de réflexion (les ondes se réfléchissent sur une paroi), de réfraction (les ondes traversent la paroi et changent de direction en changeant de milieu) et des interférences (des ondes de même nature, de même fréquence se superposent). Notre oreille capte naturellement ces différentes vibrations et notre système nerveux les transforme en signaux électriques.

Sciences physiques

Le son d’un point une vue physique est une variation de la pression de l’air. La perception auditive dépend de la source émettrice, du milieu de propagation (air, liquide, solide) et de la réception.

Les descripteurs physiques permettent d’objectiver les phénomènes acoustiques : la longueur d’onde (λ), la fréquence (Hertz, Hz), la période ou durée (Temps, seconde) et la vitesse de propagation du son (c, mètre par seconde).

La vitesse de propagation du son dans l’air est de 340 m/s. Pour comparaison, la vitesse de la lumière est de 300 000 km/s.
Le son se propage également dans les liquides et dans les solides, mais sa vitesse est alors différente dans :
– l’eau : 1460 m/s
– le bois : de 1000 à 2000 m/s
– le béton : 3100 m/s
– la brique : 3700 m/s
– le verre et l’acier : 5000 m/s

Ces différentes vitesses de propagation du son peuvent-elles expliquer les nuisances sonores vécues par les habitants dans les immeubles construits en briques par rapport à ceux construits.

Expérience 1 : Le son voyage dans l’air : comment visualiser les vibrations ?
(Voir « La magie du son » – documentaire ARTE Janvier 2017)

Pour réaliser cette expérience il faut : un grand bol, un film plastique, un élastique, une
casserole, une louche, de la semoule de couscous ou du sable.
Découpez un morceau de film plastique et fixez-le au-dessus du bol, bien tendu. Posez
par-dessus une cuillérée à soupe de semoule.
Frappez ensuite la casserole à l’aide de la louche. Vous verrez les grains sauter en l’air !
Dans le même esprit, mettre du sable ou du riz dans une assiette en papier sur un haut-parleur et augmentez le volume jusqu’à ce que les grains de riz bougent.
Ainsi les vibrations ont provoqué le mouvement de la semoule ou du riz et ont produit du son.

Expérience 2 : les vibrations du diapason
• Dans un premier temps frappez le diapason sur quelque chose de sourd et de relativement
mou (par exemple les pages d’un livre) puis posez la tige contre une surface dure et lisse.
Demandez à l’élève de toucher le diapason et de dire au groupe ce qu’il a ressenti.

• Frappez le diapason et placez le dans l’eau : pourquoi l’eau a-t-elle « éclaboussé » ?
Entend-on toujours les sons ?

• Frappez le diapason et tenez le en l’air : demandez aux collégiens de lever la main lorsqu’ils ont entendu le son. Répétez l’opération mais cette fois posez le diapason sur une surface dure qui augmente le volume (amplification).

• La taille d’un objet vibrant modifie la hauteur du son qu’il produit. Les objets plus grands vibrent plus lentement que les petits. Lorsqu’il y a moins de matière qui vibre le son est aigu.

Le bang supersonique
Les avions passent le mur du son quand leur vitesse atteint 1200 km/h c’est à-dire la vitesse du son.

Il arrive que la source du son se déplace plus vite que le son qu’elle produit. A titre d’exemple, les avions supersoniques dont la vitesse de pointe dépasse celle du son. Les compressions successives atteignent l’observateur quasiment en même temps et s’additionnent pour produire un bruit d’explosion. Ce bang se produit de façon continue et se déplace dans le sillage de la source sonore, tant que celle-ci se déplace plus vite que le son.

Mathématiques

Le tonnerre (phénomène sonore qui accompagne la foudre) : Comment calculer un impact de foudre ?

Pourquoi l’éclair précède-t-il le coup de tonnerre ?
Ils se produisent en même temps mais la lumière parvient presque aussitôt car sa vitesse est de 300 000 km/s alors que le son se propage moins rapidement (340m/s).
Distance parcourue par le son en cinq secondes : 340×5 =1700m soit 1,7km

Les basses fréquences sont-elles plus longues que les hautes fréquences ?

Quelle est la longueur d’onde, d’une onde de fréquence 50Hz et de fréquence 7000Hz ?
c : vitesse du son dans l’air et f : la fréquence

λ = 𝑪 /𝒇
f= 50Hz
λ = 340/50
λ = 6,8 m (mètre)
λ = 𝑪/𝒇
f= 7000 Hz
λ = 340/7000 = 0,048 m

Les habitants se plaignent du bruit et il est important de pouvoir déterminer la source de bruit gênant. La gêne due au bruit peut provenir d’une source éloignée si ce bruit est constitué de basses fréquences.

L’écho

Lorsque nous poussons un cri devant une paroi rocheuse ou un mur élevé, distant de quelques mètres, nous entendons peu après une répétition affaiblie, appelée écho. La paroi reçoit le son que nous émettons et le réfléchit en partie vers nous.

« Le son se réfléchit sur un obstacle rigide et massif dont la dimension est très supérieure à sa longueur d’onde. Si l’auditeur reçoit l’onde directe et l’onde réfléchie, il entend un écho quand le retard de l’onde réfléchie est supérieur à 50 millisecondes c’est-à-dire qu’il se trouve à moins de 17m de la surface réfléchissante».

Le son est réfléchi sur une surface lisse et dure mais il est absorbé lorsque la surface est molle ou irrégulière.

Français

Comprendre le sens d’un mot et ses domaines d’application

Sceren-CNDP-2011 :

Les 12 mots du son : absorption, acouphène, décibel, fréquence, grain, hauteur, hertz,
intensité, onde, ouïe, réverbération, timbre.
Pour chacun des douze mots proposés, une fiche pédagogique, un film animé et une chronique audio permettent de se familiariser avec chacun des mots.

En savoir +