CNOSSOS-EU 2020 : Une nouvelle méthode d’émission ferroviaire dans MithraSIG

CNOSSOS-EU 2020 : Une nouvelle méthode d'émission ferroviaire dans MithraSIG

Dans cet article, nous étudions les principales caractéristiques de la modélisation du bruit ferroviaire selon CNOSSOS-EU dans MithraSIG, logiciel de modélisation acoustique environnementale.

Rappel réglementaire

MithraSIG intègre la dernière mise à jour de la méthode harmonisée européenne CNOSSOS-EU, spécialement développée en 2012 dans le cadre de la Directive européenne 2002/49/CE relative à l’évaluation et à la gestion du bruit dans l’environnement.

L’annexe II de cette directive, concernant les méthodes d’évaluation pour les indicateurs de bruit (visées à l’article 6 de la directive), a été mise à jour par la Directive déléguée (UE) 2021/1226 de la commission du 21 décembre 2020.

Le texte consolidé de la directive européenne 2002/49/CE est accessible via le site eur-lex.europa.eu :

https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A02002L0049-20210729

En France, l’arrêté du 4 avril 2006, relatif à l’établissement des cartes de bruit et des plans de prévention du bruit dans l’environnement définit notamment les paramètres d’émission pour les sources de bruit ferroviaires. La dernière version consolidée de cet arrêté est disponible sur le site Légifrance :

https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/JORFTEXT000000789324/

Les paramètres d’émission pour les sources de bruit ferroviaires ainsi que les matériels roulants à utiliser sont fournis par SNCF-Réseau. La dernière version en date a été livrée le 25 février 2022.

L’émission ferroviaire selon la méthode harmonisée CNOSSOS-EU 2020

Modélisation du bruit ferroviaire

Les modèles d’émission ferroviaire permettent de calculer la puissance acoustique d’une voie ferrée en tenant compte de ses caractéristiques et de son trafic. La puissance acoustique est ensuite propagée dans l’environnement afin de déterminer le niveau sonore aux récepteurs potentiellement impactés par le bruit ferroviaire.

Dans le cas de la méthode harmonisée CNOSSOS-EU 2020, cette émission ferroviaire est déterminée en tenant compte des spécificités de la voie ainsi que du matériel roulant.

Ainsi, le bruit ferroviaire est obtenu à partir de trois composantes :

  • Le bruit de roulement lié à l’interaction roue-rail (vibrations) ;
  • Le bruit des équipements et des organes de traction ;
  • Le bruit d’origine aérodynamique.
Bruit de roulement, bruit de traction et bruit aérodynamique

Le bruit de roulement, correspondant au bruit provoqué par le frottement des roues du train sur la voie, est obtenu à partir de paramètres propres à la voie (type de voie, spectre de rugosité), et de paramètres propres au matériel roulant (masse, diamètre de roue, spectre de rugosité).

La prise en compte des spécificités de la voie est notamment une des nouveautés de cette méthode.

Le bruit de traction et des équipements est une composante du bruit global généré par une voie ferrée. Celui-ci est prédominant à des vitesses faibles (< 30 km/h). Il est quant à lui obtenu à partir de paramètres propres au matériel roulant.

Enfin, le bruit aérodynamique, correspondant au frottement de l’air sur le matériel roulant est obtenu à partir de paramètres concernant le matériel roulant.

Placement des sources

La méthode harmonisée CNOSSOS-EU 2020 place des sources à deux hauteurs : 0.5 m et 4 m.

Comme le montre le schéma suivant, le bruit de roulement est modélisé à 0.5 m, le bruit de traction à 0.5 m et 4 m et le bruit aérodynamique à 0.5 m et 4 m.

Ces sources sont positionnées au milieu de chaque caisse.

Placement des sources
Répartition des sources par caisse, position des sources acoustiques équivalentes Méthode CNOSSOS – Document SNCF-Réseau
Tables CNOSSOS

Les formules présentes dans la méthode harmonisée CNOSSOS-EU 2020 font appel à des paramètres. Le schéma suivant présente notamment le calcul des puissances acoustiques liées au rail et à la roue. On peut constater qu’interviennent les paramètres suivants :

  • Spectre de rugosité du rail ;
  • Spectre de rugosité de la roue ;
  • Filtre de contact roue/rail ;
  • Fonction de transfert vibro-acoustique rail ;
  • Fonction de transfert vibro-acoustique roue.
Schéma du processus de calcul des spectres de puissance acoustique rail et roue
Schéma du processus de calcul des spectres de puissance acoustique rail et roue

Des valeurs prédéfinies pour ces paramètres, répertoriées dans des tableaux, sont décrites dans le texte officiel de l’annexe II de la Directive 2002/49/CE.

Ces valeurs servent de base au niveau européen, chaque pays ayant la possibilité de proposer de nouvelles valeurs. En France, cette mission est confiée à SNCF-Réseau.
De nouvelles valeurs ont ainsi été proposées le 25 février 2022 par SNCF-Réseau.

Nouveautés apportées par la version 2020 de CNOSSOS EU

Par rapport à sa version originale, la méthode CNOSSOS 2020 introduit les modifications suivantes :

  • Extension des spectres de rugosité aux basses fréquences, incluant les longueurs d’ondes 2000 mm, 1600 mm et 1250 mm ;
  • Prise en compte des effets caisse écran (réflexions multiples entre un écran acoustique en bordure de voie et la caisse d’un matériel roulant) ;
  • Gestion des directivités horizontales et verticales spécifiques à chaque type de source ;
  • Modélisation des bruits d’impacts liés aux joints de rails et à la présence d’appareils de voie (aiguillages) ;
  • Prise en compte du rayonnement acoustique des ponts métalliques.

Interface ferroviaire CNOSSOS-EU dans MithraSIG

MithraSIG implémente chacune des nouveautés de la méthode harmonisée CNOSSOS-EU 2020. Cela se traduit par de nouveaux paramètres sur les voies ferrées.

Interface de paramétrage d'une voie ferrée CNOSSOS-EU
Interface de paramétrage d'une voie ferrée CNOSSOS-EU

Ainsi, on peut désormais paramétrer sur la voie :

  • Le type de voie, correspondant à la rugosité de la voie ;
  • Le type de traverse, permettant de déterminer la fonction de transfert voie ;
  • La présence d’appareils de voie et de joints de rail ;
  • La présence d’un pont métallique sous la voie.

A titre de comparaison, voici l’interface de paramétrage d’une voie ferrée NMPB 08 :

Interface de paramétrage d'une voie ferrée NMPB 08
Interface de paramétrage d'une voie ferrée NMPB 08

De nouveaux types de matériels roulants (unité, tram et train), spécifiques à CNOSSOS-EU 2020 ont également été ajoutés.

Interface de consultation des paramètres d'un matériel roulant CNOSSOS-EU dans MithraSIG
Interface de consultation des paramètres d'un matériel roulant CNOSSOS-EU dans MithraSIG

A titre de comparaison, voici l’interface de paramétrage d’une unité NMPB 08 :

Interface de consultation des paramètres d'un matériel roulant NMPB 08 dans MithraSIG
Interface de consultation des paramètres d'un matériel roulant NMPB 08 dans MithraSIG

Une nouvelle base de données SNCF de matériels roulants

Suites au dernières mises à jour de la méthode harmonisée CNOSSOS-EU 2020, SNCF-Réseau, en partenariat avec le CSTB, a communiqué une nouvelle base de données répertoriant les matériels roulants ainsi que des valeurs pour les différents paramètres de la méthode (rugosité du rail, rugosité de la roue, fonction de transfert roue, fonction de transfert rail, filtre de contact roue-rail, etc.).

Cette nouvelle base de données a été intégrée à MithraSIG.

Au total, MithraSIG répertorie donc 84 matériels roulants dans le cadre de CNOSSOS-EU 2020. Ces matériels roulants s’ajoutent aux 87 matériels roulants déjà répertoriés dans le cadre de la méthode française NMPB 08.

MithraSIG se dote pour l’occasion d’une interface de gestion de ces matériels roulants.

Interface de gestion des matériels roulants dans MithraSIG
Interface de gestion des matériels roulants dans MithraSIG

Chaque matériel roulant peut être consulté, avec à chaque fois une photo pour l’illustrer.

De nouveaux matériels peuvent également être ajoutés par l’utilisateur.

Conclusion

Geomod et le CSTB poursuivent leur investissement dans le ferroviaire. Avec la loi mobilité, MithraSIG s’est enrichi de la possibilité d’obtenir la signature acoustique des trains ainsi que des indicateurs évènementiels (TEL, SEL, LAmax,S, LeqTp) en plus des indicateurs réglementaires.

Désormais, tous ces calculs peuvent être réalisés selon deux méthodes, CNOSSOS-EU 2020 (principalement pour les cartographies européennes) et NMPB 08 (pour les études d’impact).

La nouvelle méthode CNOSSOS-EU est particulièrement intéressante pour sa prise en compte des basses fréquences.