ETUDE DE CAS ACOUSTIQUE: DE VLINDER
Salle de sport au-dessus de classes, un défi acoustique
Comment faire en sorte que les bruits d'impact et autres d'une salle de sport au-dessus de classes ne se propagent pas jusque dans ces classes? Les architectes et entrepreneurs ont été confrontés à cette question lors de la construction d'une nouvelle école à Baarle-Hertog. La réponse? Un système masse-ressort-masse, avec le sol en béton de la salle de sport reposant sur des patins en caoutchouc. Projecto s'est entretenu avec l'architecte Elco van de Kreke et Michael Vanstraelen, expert en isolation.CONCEPT
L'enclave de Baarle-Hertog se situe juste à la frontière entre les Pays-Bas et la Belgique. Dans cette commune, une nouvelle école a été construite sous le nom De Vlinder. “Nous avons surélevé la salle de gymnastique afin de conférer au bâtiment un caractère plus ouvert au rez-de-chaussée”, explique l'architecte Elco van de Kreke du cabinet d'architectes néerlandais Geurst & Schulze architecten SA de La Haye. “Le volume surélevé massif de la salle de gym marque l'entrée principale pour les visiteurs et les écoliers, s'approchant du bâtiment depuis le parking près du centre culturel. Les clusters avec les classes sont situés de part et d'autre du couloir central. Le rez-de-chaussée de l'école est particulièrement haut, permettant l'aménagement de mezzanines dans les classes. Au rez-de-chaussée, un espace de jeu supplémentaire a été créé pour les plus petits. A l'étage, des zones de travail fixes ont été aménagées, où les enfants un peu plus grands peuvent travailler. Les couloirs sont reliés entre eux par de grands vides. L'intérieur est à la base un exemple de calme et de clarté. Les murs et plafonds clairs, les grandes fenêtres pour laisser entrer la lumière du jour et l'éclairage artificiel direct comme indirect y contribuent. L'isolation de façade supplémentaire appliquée avec triple vitrage et un groupe à air très économe en énergie contribuent à d'excellentes performances énergétiques et garantissent, en combinaison avec les citernes à eau de pluie sur le terrain, un bâtiment très durable.”SALLE DE SPORT AU-DESSUS DES CLASSES
Surtout aux Pays-Bas mais de plus en plus dans notre pays aussi, la compacité constitue une priorité lors de la rénovation ou la construction d'une école. Cette exigence est généralement dictée par le manque de place mais cette approche permet à la fois de réaliser des économies en raison d'une superficie de toit plus petite. Un autre avantage, c'est que les locaux dans une structure de construction compacte sont plus facilement accessibles vu la distance moindre entre eux. Dans le cas de ce type de construction compacte, la salle de sport est généralement construite au-dessus des classes. Cela a aussi été le cas pour l'école primaire De Vlinder à Baarle-Hertog.
L'emplacement de la salle de gym au-dessus des classes posait toutefois un problème. “Lors de sports de ballon, comme le foot, le handball et le basket, on saute beaucoup”, explique Elco van de Kreke. “L'impact de ces sauts sur le sol comme les rebonds de la balle causent des nuisances sonores dans les classes en dessous. Ces nuisances sonores sont un bruit de source non continu, une pollution sonore à laquelle on ne peut pas s'habituer, contrairement au ronronnement d'une installation HVAC par exemple. Ce bruit de source consiste surtout en composants à basse fréquence facilement transportés par la structure du bâtiment, notamment parce qu'ils sont trop peu absorbés par la couche de finition élastique du sol de la salle de sport. Il y a aussi des joueurs et des spectateurs qui crient. Tout ceci exigeait une isolation contre les bruits aériens bien étudiée du sol.”Construction
Dans la pratique, un panneau de coffrage perdu a été mis en place à l'école primaire De Vlinder, avec en dessous des appuis élastiques. Entre, il y a une couche absorbante pour éviter les effets de caisse de résonance. Au-dessus du panneau de coffrage, un sol en béton armé de 10 centimètres a été posé, doté d'une couche supérieure élastique pour le confort des utilisateurs. Sur les côtés, le sol flottant a ensuite été séparé complètement des murs structurels avec des bandes souples. “Ce type d'isolation acoustique exigeait un appui élastique par points via des patins en caoutchouc afin de créer un système masse-ressort-masse optimisé: le filtre idéal contre les bruits dérangeants dus aux impacts ou aux cris, à basse comme à haute fréquence.”
Pour la conception comme pour l'exécution, on a fait appel à la firme CDM, spécialisée dans la conception et la production de systèmes d'isolation absorbant le bruit et les vibrations, pour les bâtiments comme l'industrie. “Notre travail est toujours adapté à notre client”, raconte l'ir. arch. Michael Vanstraelen. “Les principes généraux sont assez standard mais doivent tout de même être modifiés à chaque fois pour résoudre un certain problème de manière optimale.”
Fréquence d'excitation et de résonance
Dans l'école De Vlinder à Baarle-Hertog, on a utilisé un système masse-ressort-masse, un filtre à vibrations. Le concept consiste en fait en un sol en béton sur des patins en caoutchouc. Le sol a une certaine fréquence de résonance. Plus elle est basse, plus l'isolation du système est bonne. La fréquence d'excitation se situe souvent entre 50 et 100 Hertz. Si le système masse-ressort-masse peut rester en-deçà, il porte clairement ses fruits. Si la fréquence de résonance est toutefois proche de la fréquence d'excitation, le phénomène d'amplification survient et vous avez pour ainsi dire un effet trampoline avec tout mis en mouvement. Il faut bien sûr l'éviter. Si la fréquence d'excitation est inférieure à la fréquence de résonance, il n'y a pas d'isolation et il ne se passe en fait rien. L'énergie est simplement transmise. Il s'agit donc d'analyser par projet les fréquences d'excitation.
Les gens qui sautent ou les balles qui rebondissent constituent à chaque fois un impact d'une masse sur une autre masse. Il s'agit généralement de fréquences d'environ 50 Hertz. L'homme peut percevoir des bruits à partir de 30 Hertz. Si votre système a autrement dit une fréquence de résonance de 15 Hertz, vous vous situez sous le seuil d'audition de 30 Hertz et bien en-deçà de la fréquence d'excitation de 50 Hertz. Vous pouvez en déduire sans doute que le système installé sera efficace.
Charge
“Un système masse-ressort-masse doit tenir compte de divers facteurs, notamment de sa charge. Combien pèsera la dalle de béton posée dessus? Quel poids dynamique viendra en plus? Quelles seront les fréquences de résonance atteintes? Des questions exigeant toutes une réponse pour pouvoir qualifier un projet de réussi. Apporter ces réponses est nettement plus simple pour une salle de sport que par exemple pour un local technique."
Parfois, la couche d'air est aussi augmentée pour obtenir une isolation supplémentaire. Il n'y a, en effet, pas que les caoutchoucs qui garantissent l'isolation. L'air autour de ceux-ci est comprimé et assure en fait la rigidité d'un système d'isolation. L'air est en fait plus rigide que les patins en caoutchouc. Si vous pouvez gérer cette couche d'air, vous gérez aussi le système masse-ressort-masse."
Béton armé
“Un système masse-ressort-masse commence toujours par le sol de base, idéalement le plus plat possible. Au-dessus viennent tous les 60 centimètres des patins en caoutchouc ou des ressorts avec au-dessus une dalle de base, en fibre de ciment ou MDF. Sous la dalle de base, on colle de la laine minérale pour éviter tout effet de caisse de résonance. Tous les panneaux sont numérotés et ces numéros correspondentà un plan de pose. L'entrepreneur sait ainsi directement où chaque panneau doit être placé. Sur le côté de la pièce, un panneau de laine de roche est aussi posé. Au-dessus de l'ensemble, du béton armé est coulé, généralement de 100 mm d'épaisseur, voire plus. Du béton armé est bel et bien important. Si une chape armée était utilisée, il y aurait un risque de fissuration. Le béton reste par définition bien plus solide qu'une chape et est donc préférable. Autre point important dans une salle de sport: les éléments éventuels devant être intégrés dans le sol pour placer des piquets pour des filets. Ils peuvent constituer des points faibles et méritent donc une attention particulière. L'ensemble peut aussi être équipé de chauffage par le sol. Il faut alors utiliser des conduites suffisamment flexibles pouvant rejoindre le collecteur dans une pièce à part.”
