Pollution sonore des aéronefs - Aircraft noise pollution

Carte du bruit de l'aéroport de Berlin Tegel

La pollution sonore des aéronefs fait référence au bruit produit par les aéronefs en vol qui a été associé à plusieurs effets négatifs sur la santé liés au stress, allant des troubles du sommeil aux troubles cardiovasculaires. Les gouvernements ont mis en place des contrôles étendus qui s'appliquent aux concepteurs, constructeurs et exploitants d'aéronefs, ce qui a permis d'améliorer les procédures et de réduire la pollution.

La production sonore est divisée en trois catégories :

  • Bruit mécanique : rotation des pièces du moteur, plus visible lorsque les pales du ventilateur atteignent des vitesses supersoniques.
  • Bruit aérodynamique - provenant du flux d'air autour des surfaces de l'avion, en particulier lors du vol bas à grande vitesse.
  • Bruit provenant des systèmes de l'avion—systèmes de pressurisation et de conditionnement du poste de pilotage et de la cabine, et groupes auxiliaires de puissance.

Mécanismes de production sonore

Hélice d'avion génératrice de bruit

Le bruit des aéronefs est la pollution sonore produite par un aéronef ou ses composants, que ce soit au sol lorsqu'il est stationné comme les groupes électrogènes auxiliaires, pendant le roulage, lors du point fixe de l'hélice et de l'échappement du jet, pendant le décollage, en dessous et latéralement aux trajectoires de départ et d'arrivée , le survol en route ou à l'atterrissage. Un aéronef en mouvement comprenant le moteur à réaction ou l' hélice provoque la compression et la raréfaction de l'air, produisant le mouvement des molécules d'air. Ce mouvement se propage dans l'air sous forme d'ondes de pression. Si ces ondes de pression sont suffisamment fortes et comprises dans le spectre de fréquences audibles , une sensation d'audition est produite. Différents types d'avions ont des niveaux de bruit et des fréquences différents. Le bruit provient de trois sources principales :

  • Moteur et autres bruits mécaniques
  • Bruit aérodynamique
  • Bruit des systèmes de l'avion

Moteur et autres bruits mécaniques

Des chercheurs de la NASA au Glenn Research Center effectuent des tests sur le bruit des moteurs à réaction en 1967

Une grande partie du bruit dans les avions à hélices provient également des hélices et de l'aérodynamique. Le bruit d'hélicoptère est un bruit aérodynamiquement induit par les rotors principal et de queue et un bruit d'origine mécanique provenant de la boîte de vitesses principale et de diverses chaînes de transmission. Les sources mécaniques produisent des pics de haute intensité à bande étroite liés à la vitesse de rotation et au mouvement des pièces mobiles. En termes de modélisation informatique , le bruit d'un aéronef en mouvement peut être traité comme une source linéaire .

Les moteurs à turbine à gaz d' avion (moteurs à réaction ) sont responsables d'une grande partie du bruit de l'avion pendant le décollage et la montée, comme le bruit de scie circulaire généré lorsque les extrémités des aubes de soufflante atteignent des vitesses supersoniques. Cependant, avec les progrès des technologies de réduction du bruit, la cellule est généralement plus bruyante lors de l'atterrissage.

La majorité du bruit du moteur est due au bruit des jets, bien que les turboréacteurs à taux de dilution élevé aient un bruit de ventilateur considérable. Le jet à grande vitesse quittant l'arrière du moteur présente une instabilité de couche de cisaillement inhérente (sinon assez épaisse) et s'enroule en tourbillons annulaires. Cela se décompose plus tard en turbulences. Le SPL associé au bruit du moteur est proportionnel à la vitesse du jet (à une puissance élevée). Par conséquent, même des réductions modestes de la vitesse d'échappement produiront une réduction importante du bruit de jet.

Les moteurs sont la principale source de bruit des avions. L'engrenage Pratt & Whitney PW1000G a contribué à réduire les niveaux de bruit des avions multisegment à fuselage étroit Bombardier CSeries , Mitsubishi MRJ et Embraer E-Jet E2 : la boîte de vitesses permet au ventilateur de tourner à une vitesse optimale, qui est un tiers de la vitesse de la turbine LP , pour des vitesses de pointe de ventilateur plus lentes. Il a une empreinte sonore 75 % plus petite que les équivalents actuels. Le PowerJet SaM146 du Sukhoi Superjet 100 est doté de pales de ventilateur aérodynamiques 3D et d'une nacelle avec une longue buse à conduits mixtes pour réduire le bruit.

Bruit aérodynamique

Train d'atterrissage et volets d'aile déployés d'un 747

Le bruit aérodynamique provient du flux d'air autour du fuselage et des gouvernes de l'avion . Ce type de bruit augmente avec la vitesse de l'avion et également à basse altitude en raison de la densité de l'air. Les avions à réaction créent un bruit intense dû à l' aérodynamisme . Les avions militaires volant à basse vitesse et à grande vitesse produisent un bruit aérodynamique particulièrement fort.

La forme du nez, du pare-brise ou de la verrière d'un avion affecte le son produit. Une grande partie du bruit d'un avion à hélices est d'origine aérodynamique en raison de l'écoulement de l'air autour des pales. Les rotors principal et de queue de l'hélicoptère sont également à l'origine de bruits aérodynamiques. Ce type de bruit aérodynamique est principalement à basse fréquence déterminé par la vitesse du rotor.

Typiquement, le bruit est généré lorsque le flux passe un objet sur l'avion, par exemple, les ailes ou le train d'atterrissage. Il existe en gros deux types principaux de bruit de cellule :

  • Bruit corporel de bluff - le vortex alterné qui se détache de chaque côté d'un corps de bluff , crée des régions de basse pression (au cœur des tourbillons de chute) qui se manifestent sous forme d'ondes de pression (ou de son). L'écoulement séparé autour du corps bluff est assez instable et l'écoulement "s'enroule" en tourbillons annulaires qui se décomposent plus tard en turbulences.
  • Bruit de bord - lorsqu'un écoulement turbulent passe l'extrémité d'un objet ou des espaces dans une structure (espaces de dégagement du dispositif de levage élevé), les fluctuations de pression associées sont entendues lorsque le son se propage depuis le bord de l'objet (radialement vers le bas).

Bruit des systèmes de l'avion

L' échappement APU sur une queue de Boeing 787 , avec panneau d'admission ouvert

Les systèmes de pressurisation et de conditionnement du poste de pilotage et de la cabine sont souvent un contributeur majeur dans les cabines des avions civils et militaires. Cependant, l'une des sources les plus importantes de bruit dans la cabine des avions à réaction commerciaux, autres que les moteurs, est le groupe auxiliaire de puissance (APU), un générateur embarqué utilisé dans les avions pour démarrer les moteurs principaux, généralement avec de l'air comprimé , et pour fournir de l'énergie électrique pendant que l'avion est au sol. D'autres systèmes d'aéronefs internes peuvent également contribuer, tels que l'équipement électronique spécialisé dans certains aéronefs militaires.

Effets sur la santé

Commissaires d' aéronefs portant des protections auditives
Informations complémentaires : Effets du bruit sur la santé

Les moteurs d'avions sont la principale source de bruit et peuvent dépasser 140 décibels (dB) au décollage. En vol, les principales sources de bruit sont les moteurs et les turbulences à grande vitesse au-dessus du fuselage.

Des niveaux sonores élevés ont des conséquences sur la santé . Un lieu de travail surélevé ou d'autres bruits peuvent entraîner une déficience auditive , une hypertension , une cardiopathie ischémique , une gêne , des troubles du sommeil et une diminution des performances scolaires. Bien qu'une certaine perte auditive se produise naturellement avec l'âge, dans de nombreux pays développés, l'impact du bruit est suffisant pour altérer l'audition au cours de la vie. Des niveaux de bruit élevés peuvent créer du stress, augmenter les taux d'accidents du travail et stimuler l'agressivité et d'autres comportements antisociaux. Le bruit des aéroports a été lié à l'hypertension artérielle. Le bruit des avions augmente les risques de crises cardiaques .

Étude environnementale allemande

Une analyse statistique à grande échelle des effets sur la santé du bruit des avions a été entreprise à la fin des années 2000 par Bernhard Greiser pour l' Umweltbundesamt , le bureau central allemand de l'environnement. Les données de santé de plus d'un million d'habitants autour de l'aéroport de Cologne ont été analysées pour les effets sur la santé en corrélation avec le bruit des avions. Les résultats ont ensuite été corrigés pour d'autres influences du bruit dans les zones résidentielles, et pour des facteurs socio-économiques, afin de réduire une éventuelle distorsion des données.

L'étude allemande a conclu que le bruit des avions nuit clairement et de manière significative à la santé. Par exemple, un niveau de pression acoustique moyen diurne de 60 décibels augmente les maladies coronariennes de 61 % chez les hommes et de 80 % chez les femmes. Autre indicateur, un niveau de pression acoustique nocturne moyen de 55 décibels augmentait le risque de crise cardiaque de 66 % chez les hommes et de 139 % chez les femmes. Des effets sur la santé statistiquement significatifs ont cependant commencé dès un niveau de pression acoustique moyen de 40 décibels .

Conseil de la FAA

La Federal Aviation Administration ( FAA ) réglemente le niveau de bruit maximal que les aéronefs civils individuels peuvent émettre en exigeant que les aéronefs respectent certaines normes de certification acoustique. Ces normes désignent les changements dans les exigences de niveau de bruit maximal par désignation de « étape ». Les normes de bruit américaines sont définies dans le Code of Federal Regulations (CFR) Title 14 Part 36 – Noise Standards: Aircraft Type and Airworthiness Certification (14 CFR Part 36). La FAA affirme qu'un niveau sonore moyen jour-nuit maximal de 65 dB est incompatible avec les communautés résidentielles. Les communautés dans les zones touchées peuvent être éligibles à des mesures d'atténuation telles que l'insonorisation.

Bruit de cabine

Cabine d'avion de passagers typique

Le bruit des avions affecte également les personnes à l'intérieur de l'avion : l'équipage et les passagers. Le bruit en cabine peut être étudié pour prendre en compte l' exposition professionnelle ainsi que la santé et la sécurité des pilotes et des agents de bord. En 1998, 64 pilotes de ligne commerciale ont été interrogés sur la perte auditive et les acouphènes . En 1999, le NIOSH a mené plusieurs enquêtes sur le bruit et évaluations des risques pour la santé, et a trouvé des niveaux de bruit dépassant sa limite d' exposition recommandée de 85 décibels pondérés A en tant que TWA de 8 heures . En 2006, les niveaux de bruit à l'intérieur d'un Airbus A321 pendant la croisière ont été signalés à environ 78 dB(A) et pendant le roulage lorsque les moteurs de l'avion produisent une poussée minimale, les niveaux de bruit dans la cabine ont été enregistrés à 65 dB(A). En 2008, une étude menée auprès du personnel de cabine des compagnies aériennes suédoises a révélé des niveaux sonores moyens compris entre 78 et 84 dB(A) avec une exposition maximale pondérée A de 114 dB, mais n'a trouvé aucun changement majeur du seuil auditif. En 2018 de 85 dB(A).

Effets cognitifs

Il a été démontré que le bruit d'avion simulé à 65 dB(A) affecte négativement la mémoire et le rappel des informations auditives des individus. Dans une étude comparant l'effet du bruit des avions à l'effet de l'alcool sur les performances cognitives, il a été constaté qu'un bruit d'avion simulé à 65 dB(A) avait le même effet sur la capacité des individus à se souvenir d'informations auditives que d'être intoxiqués par un alcool dans le sang. Niveau de concentration (BAC) de 0,10. Un taux d'alcoolémie de 0,10 est le double de la limite légale requise pour conduire un véhicule à moteur dans de nombreux pays développés tels que l'Australie.

Programmes d'atténuation

Voir aussi : Atténuation du bruit
Le vitrage isolant offre une atténuation du bruit

Aux États-Unis, depuis que le bruit de l'aviation est devenu un problème public à la fin des années 1960, les gouvernements ont mis en place des contrôles législatifs. Les concepteurs, les constructeurs et les exploitants d'avions ont développé des avions plus silencieux et de meilleures procédures d'exploitation. Les turboréacteurs à double flux moderne , par exemple, sont plus silencieux que les turboréacteurs et les turboréacteurs à faible dérivation des années 1960. Premièrement, la FAA Aircraft Certification a obtenu des réductions de bruit classées dans la catégorie des aéronefs « Stage 3 » ; qui a été mis à niveau vers la certification acoustique « Stage 4 », résultant en des avions plus silencieux. Cela a permis de réduire l'exposition au bruit malgré la croissance et la popularité accrues du trafic.

Dans les années 1980, le Congrès américain a autorisé la FAA à concevoir des programmes pour isoler les maisons à proximité des aéroports. Bien que cela ne traite pas le bruit extérieur, le programme a été efficace pour les intérieurs résidentiels. Certains des premiers aéroports auxquels la technologie a été appliquée étaient l'aéroport international de San Francisco et l' aéroport international de San Jose en Californie. Un modèle informatique est utilisé pour simuler les effets du bruit des avions sur les structures des bâtiments. Les variations du type d'avion, des schémas de vol et de la météorologie locale peuvent être étudiées. Ensuite, les avantages des stratégies de rénovation des bâtiments telles que la mise à niveau du toit, l' amélioration du vitrage des fenêtres , le déflecteur de cheminée, le calfeutrage des joints de construction peuvent être évalués.

Régulation

Hélicoptères niveau 2 Norme de bruit : approche

Les étapes sont définies dans le Code of Federal Regulations (CFR) des États-Unis , titre 14, partie 36. Pour les avions à réaction civils , l' étape 1 de la FAA américaine est la plus bruyante et l'étape 4 est la plus silencieuse. L'étape 3 était requise pour tous les gros avions à réaction et à turbopropulseurs dans les aéroports civils américains à partir de l'an 2000, et au moins l'étape 2 pour les jets MTOW de moins de 75 000 lb (34 t) jusqu'au 31 décembre 2015. La précédente était l'étape 4 pour les gros avions, équivalent aux normes de l' Annexe 16, Volume 1 Chapitre 4 de l' OACI , tandis que le Chapitre 14, plus strict, est entré en vigueur le 14 juillet 2014 et a été adopté par la FAA en tant qu'étape 5 à partir du 14 janvier 2016, en vigueur pour les nouveaux certificats de type à partir du 31 décembre. 2017 ou 31 décembre 2020 selon le poids.

Les États-Unis autorisent à la fois les hélicoptères Stage 1 plus bruyants et les hélicoptères Stage 2 silencieux . La norme de bruit des hélicoptères de niveau 3 la plus silencieuse est entrée en vigueur le 5 mai 2014 et est conforme aux chapitres 8 et 11 de l'OACI.

Normes de bruit de l'OACI
Chapitre Année Ch. 3 Marge Les types
rien avant rien Boeing 707 , Douglas DC-8
2 1972 ~+16 dB B727 , DC-9
3 1978 ligne de base 737 Classique
4 (étape 4) 2006 -10 dB B737NG , A320 , B767 , B747-400
14 (étape 5) 2017/2020 -17 dB A320 , B757 , A330 , B777 , A320neo , B737 MAX , A380 , A350 , B787

Restrictions de vol de nuit

Aux aéroports d'Heathrow , Gatwick et Stansted à Londres , au Royaume-Uni et à l'aéroport de Francfort en Allemagne, des restrictions de vol de nuit s'appliquent pour réduire l'exposition au bruit la nuit.

Systèmes de navigation par satellite

Une série d'essais a été menée à l'aéroport d'Heathrow à Londres, entre décembre 2013 et novembre 2014, dans le cadre de la « Future Airspace Strategy » du Royaume-Uni et du projet de modernisation à l' échelle européenne « Single European Sky ». Les essais ont démontré qu'en utilisant des systèmes de navigation par satellite, il était possible d'offrir un soulagement du bruit à un plus grand nombre de communautés environnantes, bien que cela ait entraîné une augmentation inattendue significative des plaintes relatives au bruit (61 650 ) en raison des trajectoires de vol concentrées. L'étude a révélé que des angles de décollage et d'atterrissage plus raides réduisaient le nombre de personnes confrontées au bruit des avions et que le soulagement du bruit pouvait être partagé en utilisant des trajectoires de vol plus précises, permettant de contrôler l'empreinte sonore des avions au départ. La réduction du bruit pourrait être améliorée en changeant de trajectoire de vol, par exemple en utilisant une trajectoire de vol le matin et une autre l'après-midi.

Les progrès technologiques

Conception du moteur

Moderne haut dérivation turboréacteurs sont non seulement plus économes en carburant , mais aussi beaucoup plus silencieux que les anciens turboréacteurs et turbopropulseurs faible dérivation. Sur les moteurs plus récents, les chevrons antibruit réduisent davantage le bruit du moteur, tandis que sur les moteurs plus anciens, l'utilisation de kits de silencieux est utilisée pour aider à atténuer leur bruit excessif.

Emplacement du moteur

Turbofans montés au-dessus de l'aile d'un modèle Boeing X-48

La capacité de réduire le bruit peut être limitée si les moteurs restent sous les ailes de l'avion. La NASA s'attend à un cumul de 20 à 30 dB sous les limites de l'étape 4 d'ici 2026 à 2031, mais le maintien du bruit des avions dans les limites de l' aéroport nécessite une réduction d'au moins 40 à 50 dB. Le train d'atterrissage , les becs d'aile et les volets d'aile produisent également du bruit et peuvent devoir être protégés du sol avec de nouvelles configurations. La NASA a découvert que les nacelles au-dessus de l'aile et à mi-fuselage pouvaient réduire le bruit de 30 à 40 dB, voire de 40 à 50 dB pour le corps d'aile hybride, ce qui peut être essentiel pour les rotors ouverts.

D'ici 2020, les technologies des hélicoptères en cours de développement, ainsi que de nouvelles procédures, pourraient réduire les niveaux de bruit de 10 dB et les empreintes sonores de 50 %, mais des progrès supplémentaires sont nécessaires pour préserver ou agrandir les héliports . Livraison de colis Les drones devront caractériser leur bruit, établir des limites et réduire leur impact.

Voir également

Général:

Les références

Liens externes