Principe
Dans la composition de la structure et des parois, on sera attentif à :
Créer de la masse : selon la « loi de masse », plus un matériau est lourd (dense et épais), plus il isole, particulièrement des bruits aériens (les ondes de l'air auront plus de difficulté à faire vibrer un élément lourd qu'un élément léger). La masse a cependant moins d'impact sur les bruits de chocs.
Déphaser les ondes : Le spectre du son comporte toute une série de fréquences et de longueurs d'ondes différentes. Chaque matériau, par ses propriétés physiques et sa masse, absorbe une tranche sélective de ces ondes. La création d'un complexe de couches hétérogènes est donc particulièrement efficace dans le captage de la globalité des phases du son. Il s'agit de varier l'épaisseur et la densité volumique des matériaux employés dans l'élément acoustique. C'est le principe Masse/Ressort/Masse. Avec si possible un « ressort » qui absorbe les mouvements et dissipe l'énergie.
Projet de 14 logements collectifs à Molenbeek-Saint-Jean pour le Fonds du Logement RBC
Une attention particulière a été portée à l'acoustique des logements
Désolidariser : Afin d'éviter la propagation des vibrations et bruits d'impact, la désolidarisation des différents éléments (cloison – plancher, mur – plancher, canalisation – mur, etc.), au moyen de joints souples, doit être maximale. On limite ainsi les transmissions latérales (« flanking transmission »). Il sera parfois nécessaire de créer des coupures dans la structure pour empêcher la transmission des bruits de chocs.
- Etanchéité à l'air de l'enveloppe : Les effets des efforts d'isolation acoustique ne s'additionnent pas : c'est le point le plus faible d'une paroi qui détermine sa performance d'isolation. Un trou, une fente, le passage d'une canalisation, un mauvais jointoiement au pourtour d'un châssis ou une fissure peut ruiner les efforts acoustiques de toute une paroi. Il faut donc rechercher une étanchéité et une homogénéité maximale de la paroi pour limiter le risque de fuites sonores. C'est simple : là où l'air passe, le bruit passe. Une bonne isolation acoustique suppose nécessairement une bonne étanchéité à l'air qui ne doit toutefois pas s'opérer aux dépends d'une ventilation saine des espaces (voir Dossier | Eviter les polluants intérieurs et Dossier | Concevoir un système de ventilation énergétiquement efficace.
Performances
En fonction des objectifs à atteindre, les parois devront présenter différents niveaux de performances. Plus les objectifs seront ambitieux, plus les performances seront élevées mais également complexes à évaluer. Le recours à un acousticien s'impose pour les projets les plus complexes.
La totalité des parois doivent toujours être considérées: renforcer de manière excessive les parois vis-à-vis de l'extérieur pourrait conduire à l'émergence des bruits intérieurs (réduction de l'intimité des logements, conflits de voisinage potentiel). Rien ne sert donc de renforcer une zone pour laisser le bruit venir des parties laissées faibles !
Appareil utilisé pour générer des chocs pour les mesures expérimentales de bruits d'impact
Il existe différents indicateurs permettant de mesurer et comparer les performances acoustiques des matériaux et des produits du bâtiment. Il est important de ne pas les confondre. Certains indices diminuent lorsque la performance augmente (exemple : pour évaluer l'aptitude à transmettre un bruit de choc, plus l'indice est faible mieux c'est) alors que d'autre augmente (exemple : l'indice de transmission acoustique augmente lorsque l'isolation de la paroi augmente).
Une petite règle simple, la loi de masse, existe pour évaluer l'indice d'affaiblissement acoustique d'une paroi en fonction de la masse. Elle ne permet cependant pas de prendre en compte le phénomène de résonance « fréquence masse-ressort-masse » des parois complexes composées de différentes couches ni la chute d'isolation qui se produit à proximité de la fréquence dite critique (voir par après). Il n'existe malheureusement pas non plus de loi simple permettant d'évaluer l'isolation d'un mur ou d'un plancher au bruit de choc. Une évaluation expérimentale reste généralement la seule solution.
Loi de masse expérimentale :
Plus la masse augmente, plus l'isolement (= indice d'affaiblissement acoustique R) d'une paroi est important. Si la masse double, l'isolement augmente de 4dB.
Référence pratique :
- R = 40 dB pour m = 100 kg/m²
- donc R = 44 dB pour m = 200 kg/m² (exemple : voile en béton armé de 8 cm)
Cette relation permet d'avoir une rapide idée de l'isolation d'une paroi. Cependant, il faut éviter de se baser uniquement sur cette la loi en raison de la fréquence critique.
A cause de la rigidité de la paroi, il se produit à une certaine fréquence (fréquence critique) une chute de l'isolement acoustique (voir graphique ci-dessous). L'affaiblissement acoustique donné réellement est donc inférieur à l'affaiblissement acoustique qui serait donné si la masse seule de la paroi agissait.
Si cette chute se produit dans une zone où l'oreille est sensible, elle sera fortement ressentie.
Indice d'affaiblissement acoustique d'une paroi simple (axe vertical) en fonction de la fréquence (axe horizontal). Une chute de l'indice se produit à la fréquence critique (et donc une moins bonne isolation).
La fréquence critique peut être estimée sur base du tableau ci-dessous, sachant que le produit « fréquence critique fc fois épaisseur de la paroi d »est constant :
- fc . d = cste
Fréquence critique pour une paroi d'un cm d'épaisseur pour différents matériaux
| Matériau | Masse volumique [kg/m³] | Fréquence critique pour une épaisseur de 1cm [Hz] |
|---|---|---|
| Caoutchouc | 1.000 | 85.000 |
| Liège | 250 | 18.000 |
| Polystyrène expansé | 14 | 14.000 |
| Acier | 7.800 | 1.000 |
| Aluminium | 2.700 | 1.300 |
| Plomb | 10.600 | 8.000 |
| Verre | 2.500 | 1.200 |
| Brique pleine | 2.000 tot 2.500 | 2.500 tot 5.000 (*) |
| Béton | 2.300 | 1.800 |
| Plâtre | 1.000 | 4.000 |
| Plâtre (sapin) | 600 | 6.000 tot 18.000 (**) |
© CSTC
Cas pratique : pour une paroi intérieure en blocs de plâtre de 10cm d'épaisseur, la fréquence critique se trouve à 4000/10cm=400Hz.
La conception de la paroi (pour une maison ou un bâtiment) devra permettre de garantir que la fréquence critique soit supérieure à 2500Hz. Pour un studio d'enregistrement, les contraintes acoustiques étant plus critiques, on visera une fréquence critique au-delà de 3kHz.
Un autre point faible des parois complexes (multicouches) se situe également à la fréquence masse-ressort-masse.
Fréquence masse-ressort-masse :
Les cloisons légères constituées de deux parois et d'un noyau en matériau isolant souple présentent une fréquence de résonance donnée par la relation :
- où d est la distance entre les 2 parois et m''1 et m''2 »2 leur masse.
A cette fréquence de résonance se produit également une baisse du niveau d'isolation de la paroi. Une bonne conception de paroi (pour une maison ou un bâtiment) veillera à garantir que la fréquence masse-air-masse est en-dessous de 80Hz
Pour un studio d'enregistrement, les contraintes acoustiques étant plus critiques, on visera une fréquence masse-ressort-masse en-dessous de 60Hz.
Bien souvent, ces différentes fréquences ne seront pas renseignées explicitement pour les différentes solutions utilisées. On retrouvera plutôt des indices globaux, sorte de moyenne sur toute une plage de fréquence (éventuellement avec une pondération pour tenir compte de la sensibilité de l'oreille humaine, on parle par exemple de dBA).
Ces indices globaux intègrent la performance moyenne de la paroi, fréquences critique et masse-ressort-masse comprises. Ils sont parfois fournis dans la documentation technique des produits. En l'absence de précision, il sera parfois nécessaire de faire appel à un acousticien pour évaluer la performance d'une paroi (simulation, calcul, donnée expérimentale…).
Attention également au fait que c'est l'ensemble des produits et la manière dont ils sont assemblés qui assure l'efficacité acoustique : un doublage acoustique performe mieux sur une ossature indépendante que collé directement sur le support.
Types de parois et de finitions
Toute paroi séparant deux zones de confort acoustique différent doit bénéficier d'un indice d'isolation qui sera d'autant plus élevé que la performance / le confort à atteindre est élevé. Cela concerne donc :
- les murs extérieurs
- les baies, vitrages, les portes
- les murs mitoyens
- Les parois intérieures d'un bâtiment entre espace commun (ou local technique) et logement
- les planchers et toitures
- …
Idéalement, un concepteur doit pouvoir définir l'enveloppe de son volume protégé et l'optimiser aux niveaux thermique (isolation), étanchéité à l'air (et comportement hygrothermique) et isolation acoustique !
Les paragraphes qui suivent reprennent quelques parois types et leur performance acoustique.
Murs massifs
- Suivant la loi de masse, plus un mur est lourd, meilleure est l'isolation acoustique (aux bruits aériens). L'indice d'affaiblissement acoustique moyen (R) d'un mur massif, recouvert d'une couche de plâtre étanche et homogène, est de ± 47 dB.
Murs creux
Les murs creux (bloc porteur / coulisse / parement en brique) ne fonctionnent pas comme des parois acoustiques doubles, vu la présence de crochets reliant la maçonnerie aux murs porteurs. Toutefois ces façades massives présentent en général une isolation acoustique suffisante (supérieur à 50dB).
L'amélioration de l'acoustique des façades
Celle-ci se fait principalement par des interventions sur les points faibles : les portes, fenêtres et menuiseries. Pour rappel, l'indice d'affaiblissement acoustique d'un mur de façade traditionnel est de 50 dB alors qu'il n'est que de 25 dB pour un double vitrage symétrique 4–15–4 ! Quand on sait que la valeur de cet indice pour le meilleur vitrage que l'on puisse mettre en œuvre dans des menuiseries classiques est de 42 dB (double vitrage feuilleté acoustique), on se rend compte que, dans la plupart des cas, outre les ouvertures de ventilation, ce sont surtout les menuiseries extérieures qui détermineront l'isolement acoustique de la façade.
Les points faibles au niveau d'un mur de façade se situent principalement au droit des ouvertures (portes, fenêtres, caisson de volet, grille de ventilation)
On retiendra également que les performances acoustiques d'un triple vitrage 4–16–4–16–4 sont peu élevées et identiques à celles d'un vitrage 4–16–4,
La meilleure performance acoustique obtenue avec un vitrage sera celle issue d'une composition basée sur des vitrages asymétriques lourds, feuilletés acoustiques et séparés par un espace le plus grand possible. Le vitrage le plus couramment utilisé est alors un 66.2A–20–44.2A dont l'indice d'affaiblissement acoustique atteint une valeur de 42 dB. Si l'on souhaite dépasser cette valeur, il faudra alors travailler avec une double fenêtre.
Double fenêtre : système qui permet d'apporter les meilleurs niveaux d'isolation acoustique
Le tableau suivant reprend l'ordre de grandeur de l'indice d'affaiblissement RAtr (indice d'affaiblissement acoustique pondéré corrigé pour les bruits de trafic mesurés en laboratoire) pour différentes composition de vitrage.
Ordre de grandeur d'indice d'affaiblissement acoustique RAtr (indice d'affaiblissement acoustique pondéré corrigé pour les bruits de trafic mesurés en laboratoire) pour différentes compositions de vitrage usuels
Type de vitrage | Composition | RAtr |
|---|---|---|
Simple | 4 | 30 dB |
8 | 32 dB | |
Feuilleté non acoustique | 44.2 | 32 dB |
Feuilleté acoustique | 44.2A | 35 dB |
Double symétrique | 4–15–4 | 25 dB |
6–16–6 | 29 dB | |
Double asymétrique | 6–15–4 | 30 dB |
6–15–10 | 34 dB | |
Double feuilleté une face | 6–15–55.2 | 35 dB |
Double feuilleté acoustique | 8–15–66.2A | 39 dB |
10–20–44.2A | 41 dB | |
Double 2x feuilleté acoustique | 66.2A–20–44.2A | 42 dB |
66.2A–15–88.2A | 47 dB | |
Triple | 4–16–4–16–4 | 27 dB |
Triple feuilleté acoustique | 6–12–4–12–44.1A | 37 dB |
Triple 2x feuilleté acoustique | 44.1A–12–4–12–44.1A | 41 dB |
66.1A–12–6–12–44.1A | 44 dB |
Source : CSTC
Murs mitoyens
Il faut veiller à la désolidarisation totale entre les deux habitations. L'indice d'affaiblissement acoustique d'une paroi dédoublée dépend de :
- la masse surfacique de chacune des parois,
- la largeur de la lame d'air séparant les deux parois,
- l'épaisseur et le type de l'isolant placé entre les deux parements,
- la fréquence critique de chacun des parements,
- la présence ou non de ponts phoniques (crochets…)
Ces parois, sans défaut de mise en œuvre, permettent d'obtenir des indices d'affaiblissements de l'ordre de 60 dB (masse surfacique cumulée des deux parois 400 kg/m²) à 65 dB (masse surfacique cumulée des deux parois 500 kg/m²).
Schéma type d'un mur mitoyen dédoublé des fondations à la toiture
Cloison de doublage
On peut également améliorer une paroi existante en la doublant. Pour obtenir un système performant, il convient de :
- désolidariser ce doublage par un joint souple, sur tout le pourtour de la cloison ;
- utiliser un isolant souple et non rigide ;
- utiliser plusieurs plaques de plâtre (masse) au niveau du doublage en les posant à joints alternés pour limiter le risque de fuites sonores.
Ce type de solution est pratique et facile à mettre en œuvre en rénovation et permet une augmentation de l'indice d'affaiblissement acoustique.
Les doublages collés à la cloison existante donnent de moins bons résultats que les doublages posés sur une ossature indépendante.
Isolation acoustique par doublage d'une paroi existante. Doublage fixé sur ossature indépendante
Cloison légère double
Une cloison légère performante au niveau acoustique nécessite une désolidarisation par joint souple, sur tout le pourtour de la cloison. Les montants sont de type anti-vibratile et l'isolant doit être souple (et non rigide).
Les plaques de plâtre jouent un rôle important. Plus leur masse augmente, meilleure sera l'atténuation acoustique. Ainsi, avec une seule plaque de plâtre de chaque côté, on obtient un affaiblissement de 43dB. En doublant le nombre de plaques, on passe à 51dB. Avec 3 plaques, on passe à 57dB.
Si on dédouble l'ossature (voir schéma ci-dessous), l'atténuation acoustique peut monter jusqu'à 61dB.
Toitures
L'isolation thermique d'une toiture, à elle seule, ne suffit pas pour garantir une bonne performance acoustique. Elle doit être mise en œuvre de façon à constituer un complexe d'isolation qui fonctionne comme une cloison légère (masse-ressort-masse).
Pour obtenir une bonne isolation acoustique, il faut mettre en œuvre une sous-toiture lourde, en lieu et place de la simple feuille de polyéthylène microperforée, trop légère.
La composition idéale est la suivante (en commençant par l'extérieur):
- Couverture de toiture ;
- Sous-toiture lourde en aggloméré de bois - idéalement deux panneaux (36 à 44 mm) si leur poids peut être supporté. La sous-toiture doit être étanche à l'eau mais laisser passer la vapeur. Les panneaux d'aggloméré peuvent être imprégnés de bitume ou combinés à une feuille de polyéthylène microperforée ;
- Isolant en panneaux, en rouleaux ou en vrac (épaisseur fixée par les exigences thermiques en vigueur) placé entre les pannes ou sous les pannes ;
- Pare-vapeur : ne pas oublier de laisser un espace entre le pare-vapeur et les plaques de finition pour le passage des canalisations ;
- Panneaux de finition : en plaques de plâtre, de fibro-plâtre ou autres, fixées à la charpente de manière antivibratoire (par des crochets spéciaux ou sur un cadre métallique léger). Si la structure permet de reprendre la surcharge, deux ou même trois plaques sont plus efficaces qu'une.
Plaques de plâtre ou fibro-plâtre fixées à la charpente de manière antivibratoire (sur un cadre métallique léger)
La chape flottante
Un des dispositifs acoustiques applicables au plancher est la chape flottante : une couche intermédiaire souple est intégrée entre la structure porteuse et la chape. Cette solution permet d'éviter la transmission des vibrations de la chape vers la structure porteuse mais également des vibrations extérieures générées sur la structure du bâtiment vers la chape flottante. Il convient également d'ajouter une bande périphérique empêchant tout contact entre la chape et le mur. La plinthe doit être séparée par un joint souple.
La chape peut être :
- Sèche : dans ce cas, le complexe se composera de panneaux préfabriqués (comme par exemple 2 plaques de fibro-plâtre solidaires) et d'une couche d'isolant à haute densité préencollée
- coulée sur place : chape classique en prenant toutes les précautions nécessaires pour ne pas perforer la couche de désolidarisation lors de la mise-en-œuvre
Chape sèche composée de 2 plaques de fibro-plâtre et d'une couche d'isolant
Si la pose est soignée, un niveau de bruit de 67dB avec une chape traditionnelle tombe à 50dB avec une chape flottante (revêtement de sol : carrelage).
Chape flottante avec joint souple (rouge) au niveau des plinthes
Faux plafond
Un faux-plafond efficace améliorera à la fois la performance acoustique de la paroi vis-à-vis de la transmission des bruits aériens de la paroi et réduira les bruits de choc. Le faux-plafond doit être mis en place par des fixations ou des suspentes antivibratoires et doit être désolidarisé des murs par un bandeau antivibratoire. Plus la lame d'air qui subsiste au-dessus du faux-plafond est grande, meilleur sera le résultat, mais si la hauteur sous plafond est limitée, une lame d'1 cm donne déjà des résultats satisfaisants.
A noter qu'au niveau de la gestion des bruits de choc, une intervention au-dessus du plancher (chape flottante) sera toujours plus efficace que l'intervention au niveau d'un plafond (faux-plafond).
Système de fixation antivibratil pour faux plafond
Le rôle du revêtement de sol
Le choix du revêtement de sol est sans aucun doute l'élément prépondérant lorsqu'il s'agit d'atténuer les bruits de chocs. On retiendra les ordres de grandeurs suivants d'indice Ln,w (indice unique de niveau de bruit de choc) :
- Carrelages collés sur chape en pose traditionnelle (dalle béton) : 67dB
- Parquets stratifiés en pose flottante sur dalle de béton : 52 à 58dB
- Vinyles collés : 53dB à 62dB (au plus épais et au plus souple le vinyle, au meilleure l'isolation aux bruits de chocs)
- Moquettes : 45dB à 58dB (bonnes performances si épaisseur élevée)
