Bruit ferroviaire virtuel - proche de la réalité
Dübendorf, St. Gallen und Thun, 21.09.2023 - A l'Empa, des spécialistes de l'acoustique étudient depuis des années comment le bruit est généré par les trains de voyageurs et de marchandises - et quelles mesures techniques et architecturales sont particulièrement efficaces pour le combattre. Leurs connaissances théoriques et pratiques ont été intégrées dans le projet "SILVARSTAR". Le résultat est un outil de simulation du bruit ferroviaire qui peut également être utile dans la pratique.
Pour les riverains des voies ferrées, il s'agit souvent d'une nuisance - et pour les professionnels qui souhaitent les aider, d'un défi si complexe qu'il devrait y avoir plus d'un seul mot pour désigner le "bruit ferroviaire". Le bruit de roulement des roues en acier sur des rails rugueux ou plus lisses, les sons de freinage à différentes fréquences, le bruit des moteurs, les bruits aérodynamiques... - tout cela atténué ou influencé par les murs antibruit, les talus, la nature du sol sous les voies et également par l'environnement dans lequel les ondes sonores se propagent.
Les chercheurs de l'Empa réunis autour du chef de groupe Reto Pieren du département "Acoustique / Réduction du bruit" savent par expérience pratique et théorique à quel point ces conséquences acoustiques du trafic ferroviaire sont complexes. Depuis des années, ils étudient le phénomène par des mesures, des simulations et des validations : Des connaissances qui ont débouché sur le projet européen de deux ans "SILVARSTAR" avec de nombreux partenaires (voir l'encadré). Les résultats ont été présentés par Reto Pieren lors du congrès "forum acusticum" à Turin : une simulation acoustique du bruit ferroviaire de différentes natures - audible et perceptible à l'aide de la réalité virtuelle.
De tels outils pour l'"auralisation" existent sporadiquement sous forme de prototypes dans la recherche, mais ils ne sont pas encore disponibles dans la pratique de la planification et de la protection contre le bruit. Le "paquet complet" SILVARSTAR doit changer cela - grâce aux connaissances réunies de nombreux spécialistes. Alors que l'équipe de l'Empa, qui a dirigé le projet de simulation, a mis à profit son expertise acoustique issue de nombreux projets, des spécialistes de l'université de Southampton et de l'entreprise zurichoise Bandara VR GmbH ont apporté un précieux savoir-faire pour développer un système convivial. Le logiciel "Unity", largement utilisé par les développeurs de jeux professionnels, a notamment servi de base.
De nombreux facteurs, encore plus de variationsL'objectif était finalement de créer un outil que les non-spécialistes pourraient également utiliser. Par exemple, des politiciens des transports qui souhaitent évaluer l'impact d'un futur tracé ferroviaire. Une vidéo de passages, disponible sur le site Internet de SILVARSTAR de l'Empa, montre à titre d'exemple comment ils vivent de tels passages virtuels : pour une seule ligne, il est possible de comparer plusieurs scénarios, par exemple avec des types de trains allant du train de marchandises à l'ICE en passant par un train régional, avec des parois antibruit hautes ou basses, des types de roues et d'amortisseurs spécifiques qui ont également une influence audible sur le bruit des trains, et de nombreux autres facteurs. Et comme l'environnement joue également un rôle, les utilisateurs peuvent choisir entre "ville" ou "campagne" ou choisir une position de plain-pied ou surélevée, par exemple sur un balcon.
Derrière ces possibilités se cachent des algorithmes complexes dans un modèle de calcul basé sur la physique, qui ne produit pas de signaux acoustiques à partir de fichiers sonores archivés, mais les calcule et les génère tous individuellement - pour des centaines de sources de bruit et de facteurs d'influence, selon la complexité du scénario. Cela a également posé des défis à l'équipe de l'Empa. La grande diversité des influences permet certes des simulations proches de la réalité. Mais elle exigeait en même temps de réduire judicieusement l'enchevêtrement des algorithmes à l'essentiel - également en ce qui concerne le temps de calcul nécessaire : un PC moderne a besoin de jusqu'à trois heures pour faire passer un train de marchandises de 500 mètres, afin que ses émissions sonores puissent être rendues audibles dans différentes conditions.
Réactions positives lors des démonstrationsMais l'effort en vaut la peine, comme l'a montré la validation du système. Les graphiques des courbes de bruit synthétisées sont très proches des valeurs comparatives mesurées et se recoupent même en partie. Des impressions subjectives ont été fournies par des démonstrations lors de salons de la technique des transports comme "InnoTrans" l'année dernière à Berlin : les visiteurs ont attesté d'une grande crédibilité de la simulation et ont montré un grand intérêt pour l'utilisation du "jeu de bruit ferroviaire" virtuel.
Pour les personnes intéressées, le téléchargement des outils, y compris le contrat de licence à des fins non commerciales, est possible sur le site Internet SILVARSTAR de l'Empa. "Les premières utilisations de la simulation commencent déjà", déclare Reto Pieren, chercheur à l'Empa, "nous sommes très satisfaits des résultats et nous attendons de nombreuses applications dans le futur".
Projet international soutenu par l'UELe projet de recherche européen "SILVARSTAR", qui a duré deux bonnes années, a été soutenu par "Europe's Rail" dans le cadre du programme européen "Horizon 2020". Outre l'Empa, des partenaires industriels et académiques de cinq pays européens ont participé au consortium du projet : Vibratec (France, coordination), Wölfel Engineering (Allemagne), l'"University of Southampton" (Angleterre), KU Leuven et UNIFE, l'"Union des Industries Ferroviaires Européennes" (toutes deux de Belgique). Outre la simulation du bruit ferroviaire, le projet a également développé des modèles pour les vibrations du sous-sol dues au trafic ferroviaire.
Adresse pour l'envoi de questions
Dr. Reto Pieren
Laboratory for Acustics / Noise Control
Tél. +41 58 765 60 31
reto.pieren@empa.ch
Dr. Jean-Marc Wunderli
Laboratory for Acustics / Noise Control
Tél. +41 58 765 47 48
jean-marc.wunderli@empa.ch
Auteur
Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche
http://www.empa.ch
