Approche dynamique pour l’étude de l’emprise spatiale du

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Approche dynamique pour lrsquoeacutetude de lrsquoemprise spatialedu bruit de trafic routier aux heures de pointeArnaud Can Pierre Aumond Ceacutecile Beacutecarie Ludovic Leclercq

To cite this versionArnaud Can Pierre Aumond Ceacutecile Beacutecarie Ludovic Leclercq Approche dynamique pour lrsquoeacutetude delrsquoemprise spatiale du bruit de trafic routier aux heures de pointe RTS - Recherche Transports SeacutecuriteacuteIFSTTAR 2020 Comment deacutevelopper une mobiliteacute plus durable vers une approche systeacutemique 202011p 1025578RTS_ISSN1951-6614_2020-05 hal-02482315

Reccedilu le 23032018 accepteacute le 20092018 en ligne 17022020httpsdoiorg1025578RTS_ISSN1951-6614_2020-05Cet article est distribueacute suivant les termes et les conditions de la licence CC-BY-NC-ND 40httpscreativecommonsorglicensesby-nc-nd40deedfr

ARTICLE ORIGINAL ORIGINAL ARTICLE

Reacutesumeacute Une chaine de modeacutelisation dynamique couplant le modegravele de trafic dynamique Symuvia (LICIT Ifsttar ENTPE) et lrsquooutil de preacutediction des niveaux sonores Noisemodelling (UMRAE Ifsttar Cerema) est constitueacutee dans cet article pour eacutevaluer lrsquoimpact du trafic routier sur les environnements sonores agrave lrsquoeacutechelle drsquoun reacuteseau de trafic urbain drsquoenviron 10 kmsup2 situeacute agrave LyonVilleurbanne La simulation qui reproduit 3h drsquoun sceacutenario drsquoheure de pointe matinale souligne lrsquoaugmentation des niveaux de bruit lieacutee agrave la hausse de demandes en deacuteplacements Elle met eacutegalement en eacutevidence que la hausse des niveaux de bruit nrsquoest pas uniformeacutement reacutepartie sur le reacuteseau et impacte davantage les rues ougrave srsquoopegraverent les reports de trafic De plus la dynamique du bruit se trouve modifieacutee le bruit de fond eacutetant particuliegraverement sensible agrave lrsquoaugmentation de la densiteacute de veacutehicules sur le reacuteseau les peacuteriodes de calme sur

le reacuteseau sont rareacutefieacutees Une analyse plus deacutetailleacutee de cette dynamique est possible localement agrave travers lrsquoanalyse de lrsquoeacutevolution du LAeq1s et lrsquoeacutetude drsquoindicateurs acoustiques speacutecifiques Les ameacuteliorations souhaitables du modegravele sont discuteacutees avec en vue lrsquoeacutevaluation de lrsquoimpact acoustique actuellement inconnu de strateacutegies de gestion du trafic routier agrave lrsquoeacutechelle drsquoun reacuteseau urbain

Mots-cleacutes bruit de trafic routier microsimulation logiciel Symuvia logiciel Noisemodelling eacutetude de cas reacuteseau urbain dynamique du bruit affectation du trafic routier indicateurs acoustiques

Abstract A dynamic modelling chain coupling the Symuvia dynamic traffic model (LICIT Ifsttar ENTPE) and the Noisemodelling noise level prediction tool (UMRAE Ifsttar Cerema) is developed in this paper to assess the impact of road traffic on noise environments at the scale of an urban traffic network of about 10 kmsup2 located in LyonVilleurbanne The simulation which reproduces 3 hours of a morning rush hour scenario highlights the increase in noise levels associated with the increase in travel demands It also highlights that the increase in noise levels is not uniformly distributed over the network and has a greater impact on the streets where traffic is reported In addition the noise dynamics is modified since background noise is particularly sensitive to the increase in vehicle density on the network periods of calm on the network are rarer A more detailed analysis of this dynamic is possible locally through the analysis of the evolution of the LAeq1s and the study of specific acoustic indicators Desirable improvements to the model are discussed with a view to assessing the currently unknown acoustic impact of road traffic management strategies at the scale of an urban network

Arnaud CAN ()UMRAE Univ Gustave Eiffel IFSTTAR CEREMA 44344 Bouguenais Francecourriel arnaudcanifsttarfrPierre AUMOND ()UMRAE Univ Gustave Eiffel IFSTTAR CEREMA 44344 Bouguenais Francecourriel pierreaumondifsttarfrCeacutecile BEacuteCARIE ()Univ Lyon Univ Gustave Eiffel IFSTTAR ENTPE 69518 Vaulx-en-Velin France courriel cecilebecarieifsttarfrLudovic LECLERCQ ()Univ Lyon Univ Gustave Eiffel IFSTTAR ENTPE 69518 Vaulx-en-Velin Francecourriel ludovicleclercqifsttarfr

DOSSIER ISSUE Comment deacutevelopper une mobiliteacute plus durable vers une approche systeacutemiqueHow to develop a more sustainable mobility towards a systemic approach

Approche dynamique pour lrsquoeacutetude de lrsquoemprise spatiale du bruit de trafic routier aux heures de pointeDynamic approach for the study of the spatial distribution of road traffic noise during peak hours

Arnaud Can Pierre Aumond Ceacutecile Beacutecarie Ludovic Leclercq

copy Univ Gustave Eiffel IFSTTAR 2020

Recherche Transport Seacutecuriteacute (2020) 11p2

Keywords road traffic noise microsimulation Symuvia software Noisemodelling software case study urban network noise dynamics road traffic assignment noise indicators

1 Introduction

Lrsquourbanisation croissante et la forte de demande de mobiliteacute qursquoelle engendre sont les vecteurs potentiels drsquoune deacutegradation des environnements sonores urbains La conseacutequence directe est que deux-tiers des citadins se deacuteclarent gecircneacutes par le bruit agrave leur domicile le trafic routier eacutetant reacuteguliegraverement citeacute comme la source de bruit la plus gecircnante Les enjeux sanitaires sont forts le nombre drsquoanneacutees en bonne santeacute perdues agrave lrsquoeacutechelle de lrsquoEurope eacutetant estimeacute agrave 1M en Europe [1] Les meacutetropoles urbaines puisqursquoelles sont le siegravege agrave la fois des niveaux de bruit les plus importants et des densiteacutes de population les plus fortes concentrent les expositions les plus eacuteleveacutees et donc lrsquoessentiel des efforts consentis actuellement pour lutter contre le bruit Le deacuteveloppement de modegraveles capables drsquoeacutevaluer lrsquoimpact sur le bruit de politiques urbaines concernant lrsquoameacutenagement (par exemple lrsquoeacutetude des liens entre la densiteacute urbaine et lrsquoexposition au bruit) ou la gestion de la mobiliteacute (par exemple lrsquoeacutevaluation des strateacutegies de reacutegulation du trafic routier et des politiques de transport multi-modal) repreacutesente donc un enjeu socieacutetal et environnemental fort

La congestion urbaine est cibleacutee comme un point de blocage du deacuteveloppement des villes Son coucirct en terme de temps passeacute en particulier aux heures de pointe du matin et du soir a fait lrsquoobjet drsquoeacutetudes [2] donnant naissance par exemple agrave des politiques drsquoeacutetalement de la demande de deacuteplacements Cependant lrsquoestimation des externaliteacutes environnementales que la congestion engendre en particulier les nuisances sonores se heurte agrave des verrous scientifiques encore non reacutesolus Les approches classiques de modeacutelisation du bruit de trafic ne satisfont pas les critegraveres de lrsquoeacutevaluation des strateacutegies de mobiliteacute car elles se limitent agrave une description du trafic trop agreacutegeacutee qui repose sur les deacutebits et les vitesses moyennes pour estimer la puissance acoustique des flux de veacutehicules [3] Ces modeacutelisations classiques font de surcroit des hypothegraveses simplificatrices sur lrsquoeacutevolution de ces flux en fonction des conditions de circulation ne tenant aucun compte par exemple de lrsquoaffectation du trafic routier (reacutepartition des veacutehicules sur le reacuteseau en fonction des conditions de circulation) Lrsquoestimation fine des impacts acoustiques lieacutes au trafic routier suppose en principe le recours agrave i) une modeacutelisation du trafic sensible aux conditions de circulation crsquoest-agrave-dire reproduisant la cineacutematique des veacutehicules (vitesses et acceacuteleacuterations) et lrsquoaffectation dynamique des veacutehicules sur le reacuteseau en fonction des conditions de circulation (strateacutegies individuelles de choix drsquoitineacuteraires) ii) une modeacutelisation des eacutemissions acoustiques elle-mecircme sensible aux variables influentes (vitesses et acceacuteleacuterations des veacutehicules composition du parc routier etc) [4]

1 httpwwwlicit-lyoneuthemesrealisationsplateformessymuvia2 httpnoise-planetorgnoisemodellinghtml

Des approches de modeacutelisation du bruit de trafic srsquoappuyant sur une modeacutelisation dynamique du trafic routier ont vu le jour depuis une quinzaine drsquoanneacutees [5][6][7][8][9][10] Le principe drsquoestimation des niveaux de bruit repose sur les trajectoires fournies par le modegravele de trafic des veacutehicules preacutesents sur le reacuteseau crsquoest-agrave-dire leur position vitesse et acceacuteleacuteration agrave chaque pas de temps (typiquement 1 seconde) Ces donneacutees servent agrave estimer la puissance acoustique de chaque veacutehicule agrave chaque pas de temps srsquoen suit une estimation de lrsquoeacutevolution temporelle des niveaux de bruit en une carte de reacutecepteurs apregraves un calcul de propagation acoustique Ainsi agrave lrsquoinverse des approches classiques dites statiques cette chaine de modeacutelisation dynamique permet de tester lrsquoimpact de strateacutegies de reacutegulation du trafic modifiant la cineacutematique des veacutehicules Elle permet en outre le calcul drsquoindicateurs acoustiques deacutecrivant les variations des niveaux de bruit lagrave ougrave les meacutethodes statiques se limitent agrave lrsquoestimation drsquoindicateurs de bruit agreacutegeacutes (niveaux de bruit moyens annuels par exemple) [11] Cet apport est significatif car les variations des niveaux de bruit et en particulier les eacutemergences ont un impact deacutemontreacute sur la perception des environnements sonores [12] ainsi que sur leurs impacts sanitaires [13]

La chaine de modeacutelisation dynamique a eacuteteacute utiliseacutee dans le passeacute pour comparer lrsquoimpact acoustique de diffeacuterentes intersections [14][15] ou de diffeacuterents reacuteglages de feux de signalisation sur des corridors urbains [16][17] Ces premiegraveres eacutetudes soulignent que les strateacutegies de reacutegulation du trafic limitant les variations de vitesses sont beacuteneacutefiques du point de vue acoustique confortant des reacutesultats obtenus par des observations [18] Seulement lrsquoimpact des pheacutenomegravenes de reacuteaffectation qui sont tregraves preacutesents dans le cas de conditions de trafic congestionneacutees nrsquoa pas encore eacuteteacute analyseacute car les eacutetudes reacutealiseacutees jusqursquoagrave preacutesent se limitaient agrave des reacuteseaux couvrant seulement quelques intersections

Les avanceacutees reacutecentes en terme de modeacutelisation du trafic et de calculs acoustiques permettent deacutesormais lrsquoeacutetude de reacuteseaux plus grands Dans cet article un couplage entre un modegravele dynamique de trafic Symuvia1 et un modegravele de cartographie du bruit Noisemodelling2 est reacutealiseacute et appliqueacute agrave un reacuteseau urbain situeacute dans lrsquoagglomeacuteration Lyonnaise et couvrant une superficie drsquoenviron 10 kmsup2 Il est possible agrave cette eacutechelle drsquoeacutetudier la dimension spatiale de la congestion urbaine en terme drsquoimpact sur lrsquoenvironnement sonore

Recherche Transport Seacutecuriteacute (2020) 11p 3

2 Meacutethode

21 Principe de modeacutelisation

La chaicircne de modeacutelisation dynamique impleacutementeacutee pour lrsquoestimation du bruit de trafic routier consiste en un couplage entre le modegravele dynamique de trafic Symuvia et le modegravele de preacutediction du bruit de trafic routier Noisemodelling Lrsquoarchitecture du couplage entre les deux modegraveles est une adaptation des modegraveles statiques classiquement utiliseacutes lagrave ougrave les modegraveles statiques estiment les niveaux de bruit eacutemis par le trafic routier agrave partir des deacutebits et vitesses moyennes des flux de veacutehicules par tronccedilon routier lrsquoapproche dynamique repose sur les trajectoires des veacutehicules estimeacutees par le modegravele de trafic pour deacuteterminer agrave chaque pas de temps la puissance acoustique de chaque veacutehicule preacutesent sur le reacuteseau La modeacutelisation suit les 5 eacutetapes suivantes (voir figure 1)

Figure 1 Principe de la modeacutelisation dynamique du bruit impleacutementeacutee

ndash Le modegravele de trafic Symuvia estime pour chaque veacutehicule i preacutesent sur le reacuteseau durant la simulation sa position (xi(t) yi(t)) sa vitesse vi(t) et son acceacuteleacuteration ai(t) avec un pas de temps ∆t = 1s agrave partir de donneacutees sur le reacuteseau routier (nombre de voies par tronccedilon par sens de circulation capaciteacute maximale des tronccedilons caracteacuteristiques des intersections (dureacutee et coordination des feux de signalisation geacuteomeacutetrie des carrefours giratoires voies speacutecifiques reacuteserveacutees aux bus) et sur les caracteacuteristiques des veacutehicules (itineacuteraires preacutevus caracteacuteristiques cineacutematiques pour chaque cateacutegorie de veacutehicule)Les puissances acoustiques instantaneacutees Lwfi(t) sont calculeacutees pour chaque veacutehicule agrave chaque pas de temps et pour chaque bande drsquooctave f entre 63 Hz et 8 kHz

ndash Les puissances acoustiques instantaneacutees des veacutehicules sont agreacutegeacutees sur une grille fixe de points sources k deacutefinie au preacutealable et suivant le reacuteseau de voierie donnant accegraves aux puissances acoustiques par cellule Lwfk(t) par bande drsquooctave

ndash Lrsquoatteacutenuation Attf (k R) entre le centre de chaque cellule k et chaque reacutecepteur R est deacutetermineacutee Notons que ce calcul nrsquoest fait qursquoune seule fois lrsquohypothegravese eacutetant faite que les conditions de propagation ne varient ni au cours du temps durant la simulation ni sur lrsquoensemble de la cellule ndash Le niveau eacutequivalent instantaneacute Leqf (t) est calculeacute

par bande drsquooctave pour chaque reacutecepteur agrave chaque instant t Les variations de niveaux de sonores au sein de chaque pas de temps ∆t = 1s ne sont donc pas modeacuteliseacutees Un calcul drsquoindicateurs acoustiques est ensuite reacutealiseacute agrave partir de lrsquo eacutevolution temporelle du niveau eacutequivalent Leqf (t) agreacutegeacutes par peacuteriode sur la dureacutee de la simulation

Le couplage entre Symuvia et des modegraveles acoustiques a fait lrsquoobjet de validations expeacuterimentales Dans [6] le couplage entre Symuvia et le logiciel calcul de propagation Mithra a eacuteteacute valideacute pour lrsquoestimation des niveaux sonores LAeq et des distributions de bruit Dans [11] la validation a eacuteteacute eacutetendue agrave lrsquoestimation drsquoindicateurs spectraux et des motifs de bruit moyen se reacutepeacutetant agrave chaque cycle de feu Agrave chaque fois la campagne expeacuterimentale consistait en des mesures en 10 points le long du cours Lafayette agrave Lyon Si le modegravele de propagation nrsquoeacutetait pas le mecircme que celui utiliseacute dans cette eacutetude les pheacutenomegravenes physiques repreacutesenteacutes dans Mithra et Noisemodelling eacutetant les mecircmes et les modules de calcul de Noisemodelling ayant fait lrsquoobjet de validations seacutepareacutees la validiteacute de la chaine de modeacutelisation nouvellement construite est supposeacutee en premier lieu (voir deacutetails dans [19][20])

22 Modeacutelisation du trafic

La plateforme numeacuterique sur laquelle repose la simulation du trafic Symuvia est deacutedieacutee agrave lrsquoanalyse des simulations dynamiques de trafic Symuvia comprend un outil drsquoeacutedition des jeux de donneacutees de simulation (reacuteseau drsquoeacutecoulement et sceacutenarios) un noyau de calcul et des outils drsquoanalyse et de restitution des reacutesultats Ces composants sont dimensionneacutes afin de reacutealiser des simulations de trafic sur plusieurs heures pour une zone urbaine pouvant couvrir plusieurs kmsup2

Le noyau de calcul de Symuvia integravegre un module drsquoaffectation (calcul des itineacuteraires des veacutehicules) et un module drsquoeacutecoulement (calcul des trajectoires)

ndash Le module drsquoaffectation deacutetermine en fonction de lrsquoorigine et la destination de chaque veacutehicule son itineacuteraire en fonction des conditions de trafic sur le reacuteseau routier [23][24] Le module drsquoaffectation opegravere des iteacuterations jusqursquoagrave converger vers lrsquoeacutetat drsquoeacutequilibre du reacuteseau pour chaque plage horaire

ndash Le module drsquoeacutecoulement srsquoappuie sur un modegravele microscopique agrave loi macroscopique eacutetendue qui permet de prendre en compte les speacutecificiteacutes de lrsquoeacutecoulement du trafic en milieu urbain acceacuteleacuteration borneacutee des veacutehicules [25] modeacutelisation de lrsquoeacutecoulement au sein des intersections [26] modeacutelisation speacutecifique de changements de voies [27] transports en commun [28] etc

Les diffeacuterents modules de Symuvia ont eacuteteacute calibreacutes pour la production drsquoindicateurs deacutecrivant lrsquoopeacuterabiliteacute du reacuteseau routier tels que les temps de parcours ou les deacutebits mesureacutes en diffeacuterents points du reacuteseau Symuvia a de plus deacutejagrave eacuteteacute coupleacute avec des modegraveles acoustiques et de qualiteacute de lrsquoair pour des eacutevaluations environnementales [3][6][11][29]

23 Modeacutelisation acoustique

NoiseModelling consiste en un module gratuit et open-source du Systegraveme drsquoInformation Geacuteographique OrbisGis3 dont lrsquoobjectif initial est la production de cartes statiques de bruit routier [20] Les algorithmes du module NoiseModelling tirent parti des meacutethodes drsquoanalyse spatiale offertes par lrsquoenvironnement SIG Le calcul drsquoindicateurs acoustiques agrave partir de la simulation de trafic srsquoopegravere en trois eacutetapes

ndash Les donneacutees geacuteographiques provenant de la base de donneacutees libre Open Street Map (OSM)4 sont importeacutees au sein drsquoOrbisGis ndash Les trajectoires fournies par Symuvia en format

xml sont importeacutees sous forme de table au sein drsquoOrbisGis via une fonction speacutecifique creacuteeacutee pour les besoins de cette eacutetude ndash Un ensemble de requecirctes SQL permet les calculs

acoustiques

Le noyau de calcul de Noisemodelling appeleacute par ces requecirctes SQL dissocie lrsquoestimation des eacutemissions sonores et lrsquoeacutevaluation de la propagation du bruit des sources aux reacutecepteurs

Les calculs drsquoeacutemissions utiliseacutes suivent la meacutethode europeacuteenne CNOSSOS qui dissocie les composantes lieacutees au bruit de roulement et au bruit moteur [30] pour estimer la puissance acoustique en fonction du type de veacutehicule et de sa vitesse Un correctif est appliqueacute pour prendre en compte lrsquoacceacuteleacuteration instantaneacutee des veacutehicules qui suit la loi drsquoeacutemission Imagine [31] (correctif ∆Lw eacutegal agrave lrsquoacceacuteleacuteration instantaneacutee du veacutehicule multiplieacutee par une constante) La prise en compte des acceacuteleacuterations agrave chaque instant est un eacuteleacutement essentiel du calcul pour rendre compte de lrsquoimpact de la cineacutematique des veacutehicules sur les niveaux de bruit [4] Notons que la meacutethode Imagine est preacutefeacutereacutee agrave CNOSSOS pour le calcul du correctif en fonction des acceacuteleacuterations car CNOSSOS preacutevue pour estimer les eacutemissions de flux de veacutehicules srsquoappuie sur un correctif en fonction de la distance aux intersections moins approprieacute au cadre de modeacutelisation dynamique

La meacutethode de propagation utiliseacutee est la meacutethode CNOSSOS qui reproduit lrsquoessentiel des pheacutenomegravenes physiques affectant la propagation des ondes sonores reacuteflexions sur les parois absorption atmospheacuterique effets de sols diffraction [20]

Les contributions de chaque cellule sont ensuite sommeacutees

3 httporbisgisorg4 httpopenstreetmapfr5 httpsmagnum-ercweeblycom

agrave chaque pas de temps pour estimer lrsquoeacutevolution du Leqf (t) puis les niveaux par bande drsquooctave sont sommeacutes pour constituer le niveau eacutequivalent pondeacutereacute A LAeq(t) Enfin ces donneacutees 1s servent au calcul des indicateurs acoustiques sur la peacuteriode de calcul

24 Eacutetude de cas et paramegravetres de lrsquoeacutetude

Lrsquoeacutetude de cas consiste en lrsquoeacutevaluation de lrsquoimpact acoustique du trafic routier sur un reacuteseau urbain drsquoenviron 10 kmsup2 situeacute dans lrsquoagglomeacuteration Lyonnaise couvrant les 3e et 6e arrondissements de Lyon et une partie de Villeurbanne (voir figure 2) Le site est encadreacute au nord et agrave lrsquoEst par le Boulevard peacuteripheacuterique Laurent Bonnevay et par le Boulevard Peacuteripheacuterique Nord Des axes structurants et tregraves circuleacutes desservent le site les cours Lafayette Tolstoi et Zola drsquoOuest en Est les cours Zola et Vitton drsquoEst en Ouest Enfin un reacuteseau de rues assez denses notamment dans les 3e et 6e arrondissements Lyonnais vient compleacuteter le reacuteseau Le reacuteseau de bacirctiments est lui-mecircme assez dense dans les 3e et 6e arrondissements Lyonnais (voir figure 2) faisant obstacle agrave la propagation du bruit agrave longue distance mais favorisant les reacuteflexions dans les rues La densiteacute du bacircti et du reacuteseau routier ainsi que les volumes de trafic sont moindres dans lrsquoagglomeacuteration de Villeurbanne agrave lrsquoEst de la zone (voir deacutebits horaires pour la simulation de reacutefeacuterence sur la figure 2) Le sceacutenario impleacutementeacute simule 3h de trafic routier pendant lrsquoheure de pointe matinale Le sceacutenario de trafic est speacutecifieacute en deacutecomposant le reacuteseau en sous-zones (75 sous-zones dans le cadre de cette eacutetude) puis en speacutecifiant sur chaque sous-zone la demande en veacutehicule par seconde (crsquoest-agrave-dire le nombre de veacutehicule agrave geacuteneacuterer agrave lrsquointeacuterieur de la sous-zone agrave chaque seconde) et la reacutepartition de cette demande vers les sous-zones destination Crsquoest ce que lrsquoon appelle la matrice origine-destination La figure 3 est une illustration des niveaux de demande drsquoune sous-zone particuliegravere du reacuteseau (en veacutehicule par seconde) agreacutegeacutes par pallier de 15 mn entre 6h30 et 9h30 Trois niveaux de demande de deacuteplacements sont consideacutereacutes allant drsquoune peacuteriode P1 durant laquelle le niveau de demande de deacuteplacement est faible agrave une peacuteriode P3 ougrave la demande de deacuteplacement est presque doubleacutee (heure de pointe matinale) Le modegravele drsquoaffectation a eacuteteacute valideacute de maniegravere agrave reproduire les deacutebits mesureacutes sur site durant la peacuteriode drsquointeacuterecirct dans le cadre du projet Magnum5

Trois types de veacutehicules sont repreacutesenteacutes dans la simulation trafic les veacutehicules leacutegers (97 des veacutehicules geacuteneacutereacutes sur le reacuteseau) les poids lourds (25 des veacutehicules geacuteneacutereacutes sur le reacuteseau) et les bus (05 des veacutehicules geacuteneacutereacutes sur le reacuteseau suivant le reacuteseau de bus et donc non concerneacutes par les processus drsquoaffectation)

Figure 2 Reacuteseau et position des reacutecepteurs acoustiques

Du point de vue acoustique les poids lourds et les bus sont consideacutereacutes comme appartenant agrave la cateacutegorie 3 de CNOSSOS Les deux-roues motoriseacutes ne sont pas pris en compte dans la simulation De maniegravere plus geacuteneacuterale la variabiliteacute des eacutemissions nrsquoest pas consideacutereacutee et chaque veacutehicule a donc la mecircme puissance acoustique agrave conditions cineacutematiques eacutequivalentes Ce choix est motiveacute par le fait que (i) lrsquointroduction des deux-roues dans Symuvia neacutecessiterait un travail speacutecifique (ii) le modegravele construit est deacutedieacute agrave lrsquoestimation drsquoindicateurs caracteacuterisant les environnements sonores moyens et non les aspects eacutevegravenementiels Lrsquoestimation drsquoindicateurs de pics de bruit neacutecessiterait un travail compleacutementaire discuteacute dans la section 4 Ainsi les bruits de klaxons sont eux aussi exclus de la modeacutelisation Figure 3 Chronique des niveaux de demande pour une sous-zone particuliegravere durant la simulation et peacuteriodes retenues pour les calculs acoustiques

Trois peacuteriodes de 15 mn sont retenues pour effectuer les calculs acoustiques P1 [0700 - 0715] P2 [0745 - 0800] et P3 [0845 - 0900] Par la suite les variables se rapportant agrave la peacuteriode Pi seront accompagneacutees de lrsquoindice i par exemple Q1 se reacutefegravere aux deacutebits durant P1 V2 aux vitesses moyennes durant P2 Les peacuteriodes sont choisies agrave la fin des peacuteriodes trafic de maniegravere agrave ce que les conditions drsquoeacutecoulement du trafic soient stabiliseacutees Des eacutetudes ont deacutemontreacute que 15 mn est une peacuteriode en geacuteneacuteral suffisante pour caracteacuteriser les environnements sonores urbains [21] Le tableau 1 donne un reacutesumeacute des paramegravetres qui ont eacuteteacute utiliseacutes pour le calcul acoustique pour cette eacutetude Lrsquohypothegravese est

faite drsquoun environnement sans pluie ni vent paramegravetres pouvant impacter les niveaux de bruit cette hypothegravese se justifie par le fait que la modeacutelisation se concentre sur lrsquoimpact du trafic routier sur le bruit les sceacutenarios eacutetant analyseacutes relativement les uns par rapport aux autres

100 reacutecepteurs sont disposeacutes aleacuteatoirement sur le reacuteseau mais de maniegravere agrave obtenir une reacutepartition spatiale homogegravene et agrave couvrir tous les types de rues (voir figure 2) Les indicateurs retenus pour la caracteacuterisation des environnements sonores sont le niveau eacutequivalent pondeacutereacute A LAeq (moyenne eacutenergeacutetique des 900 valeurs de LAeq1s calculeacutees durant la simulation) ainsi que les indicateurs statistiques LA10 LA50 et LA90 repreacutesentant les niveaux deacutepasseacutes respectivement durant 10 50 et 90 du temps sur la dureacutee de la simulation Ces trois indicateurs statistiques renseignent sur lrsquoamplitude et la distribution temporelle des niveaux de bruit le LA90 est par exemple souvent utiliseacute pour deacutecrire le bruit de fond alors que le LA10 deacutesigne des niveaux de bruit eacuteleveacutes agrave lrsquoeacutechelle de la peacuteriode consideacutereacutee En terme de niveaux de bruit de trafic routier est consideacutereacute comme tregraves bruyant un environnement pour lequel le LAeq en peacuteriode diurne deacutepasse 70 dB(A) (points noirs du bruit routier) En milieu urbain les zones calmes sont deacutefinies par un LAeq infeacuterieur agrave 55 dB(A)

Tableau 1 Valeurs donneacutees aux paramegravetres deacutefinis par lrsquoutilisa-teur dans cette eacutetude pour la propagation du son

ParamegravetresConfiguration pour cette eacutetude

Ordre de reacuteflexion maximal 2Ordre de diffraction maximal 1Distance source-reacutecepteur maximale 500 mHauteur des bacirctiments 10 mHauteur des reacutecepteurs 15 mCoefficient drsquoabsorption du sol G=0Coefficient drsquoabsorption des parois G=023Reacutesolution spatiale de la grille de points sources

3 Reacutesultats

31 Peacuteriode P1

La figure 4 syntheacutetise les indicateurs trafic (deacutebits sur la figure 4a et vitesses moyennes sur la figure 4b) et acoustiques (LAeqP1 sur la figure 4a et LA90P1 sur la figure 4b) issus de la simulation La peacuteriode P1 correspond agrave la plage horaire [0700 - 0715] durant laquelle les deacutebits sont deacutejagrave assez eacuteleveacutes notamment sur les axes structurants eacutevoqueacutes ci-dessus (voir figure 4a) Le trafic srsquoeacutecoule malgreacute tout de maniegravere relativement fluide avec des vitesses moyennes supeacuterieures agrave 30 kmh sur une bonne partie du reacuteseau (voir figure 4b) Lrsquoenvironnement sonore est tregraves correacuteleacute agrave la structure du reacuteseau routier les niveaux de bruit eacutetant tregraves eacuteleveacutes le long du peacuteripheacuterique ougrave le LAeqP1 deacutepasse les 70 dB(A) Le bruit de fond mateacuterialiseacute par le LA90P1 y est aussi extrecircmement eacuteleveacute le LA90P1 deacutepassant lui aussi 70 dB(A) Cette constance dans les niveaux de bruit eacuteleveacutes due agrave lrsquoeffet combineacute du flux continu de veacutehicules et de leur vitesse eacuteleveacutee (vitesses moyennes supeacuterieures agrave 70 kmh) est caracteacuteristique des environnements sonores au bord des peacuteripheacuteriques [34] Les niveaux de bruit bien qursquoeacuteleveacutes sont plus faibles sur les axes structurants Ouest-Est et Est-Ouest le LAeqP1 y eacutetant compris en geacuteneacuteral entre 60 et 70 dB(A) Le bruit de fond y est eacutegalement plus faible de lrsquoordre de 50 dB(A) la reacutegulation du trafic par les feux de signalisation accentueacutee par le fait que ces axes sont en sens unique meacutenageant des peacuteriodes de calme agrave lrsquoeacutechelle du cycle de feu Des repreacutesentations sont proposeacutees dans la Section 3d pour rendre compte localement de cette dynamique

du bruit Enfin le reacuteseau secondaire de petites rues est marqueacute par des deacutebits tregraves faibles souvent infeacuterieurs agrave 200 vehh entraicircnant des niveaux de bruit assez faibles avec des LAeqP1 de lrsquoordre de 50dB(A) et des LAeqP1 compris entre 40 et 45 dB(A)

32 Peacuteriode P2 [0745 - 0800]

La peacuteriode P2 qui correspond agrave la plage horaire [0745 - 0800] est marqueacutee par une hausse de la demande de deacuteplacements voir figure 3 qui se reacutepercute logiquement par une augmentation des deacutebits sur le reacuteseau La figure 5a qui montre la cartographie de lrsquoeacutevolution des deacutebits (ratio rQ2-1 = Q2 Q1) indique cependant que cette augmentation nrsquoest pas uniformeacutement reacutepartie sur le reacuteseau certains axes secondaires voient leur nombre de veacutehicules doubleacute voire tripleacute alors que les deacutebits restent stables voire diminuent sur certains axes plus circuleacutes comme sur le cours Zola ou le boulevard peacuteripheacuterique Ceci srsquoexplique par une baisse des vitesses moyennes et les reports drsquoitineacuteraires qursquoelle induit En conseacutequence la hausse des niveaux de bruit sur le reacuteseau est elle-mecircme non uniformeacutement reacutepartie sur le reacuteseau les points agrave proximiteacute des rues ougrave les deacutebits ont fortement augmenteacute voient leur niveau de bruit augmenter significativement avec des δLAeq2-1 = LAeqP2 ndash LAeqP1 de lrsquoordre de +2 agrave +3 dB(A) alors que la hausse du LAeq est comprise entre +05 et +15 dB(A) sur une bonne partie du reacuteseau Un gradient spatial est eacutegalement observeacute notamment en ce qui concerne le bruit de fond avec des δLA902-1 = LA90P2 ndash LA90P1 infeacuterieurs agrave 05 dB(A) sur toute la partie Est du reacuteseau agrave lrsquoexception du peacuteripheacuterique alors que le δLA902-1 deacutepasse reacuteguliegraverement 3 dB(A) agrave lrsquoOuest du reacuteseau (voir figure 5b)

La peacuteriode P3 correspond agrave la plage horaire [0845 - 0900] marqueacutee par le pic de demande de deacuteplacements voir figure 3 La hausse des deacutebits qui eacutetait visible durant P2 est accentueacutee durant P3 et eacutetendue sur une plus grande partie du reacuteseau Les niveaux de bruit par rapport agrave P1 augmentent conjointement une hausse du LAeq de plus de 3 dB(A) voire 5 dB(A) eacutetant observeacutee par endroits notamment agrave lrsquoOuest du reacuteseau ougrave la hausse des deacutebits est tregraves prononceacutee (voir figure 6a) La hausse des niveaux de bruit sur le peacuteripheacuterique est contenue en deccedilagrave 15 dB(A) de mecircme que durant P2

La baisse de vitesse qui deacutecoule de lrsquoaugmentation significative du nombre de veacutehicules sur le reacuteseau par rapport agrave P1 est finalement assez peu marqueacutee signe vraisemblable que le reacuteseau nrsquoatteint pas sa capaciteacute maximale Les vitesses moyennes baissent malgreacute tout de maniegravere significative le long du cours Emile Zola et de la rue Juliette Reacutecamier (voir figure 6b) qui sont le siegravege drsquoune congestion La conseacutequence de cette congestion est localement une augmentation tregraves importante du bruit de fond lieacutee agrave preacutesence continue de veacutehicules agrave proximiteacute des reacutecepteurs acoustiques les δLA903-1 deacutepassant 5 dB(A) par endroits (notamment le long de la rue Juliette Reacutecamier)

La reacutepartition spatiale de lrsquoaugmentation des niveaux reste ineacutegale la partie Ouest du reacuteseau eacutetant nettement plus impacteacutee que la partie Est La carte laisse eacutegalement entrevoir une distinction dans la hausse des niveaux de bruit entre quartiers calmes et bruyants Ce point est regardeacute plus en deacutetails dans la section suivante

Figure 4 Peacuteriode P1 cartographie des indicateurs trafic et acoustique a) deacutebits et LAeq b) vitesses moyennes et LA90

Figure 5 Peacuteriode P2 cartographie relativement agrave la peacuteriode P1 des indicateurs trafic et acoustique a) rapports des deacutebits rQ2-1 et diffeacuterences de LAeq δLAeq2-1 b) diffeacuterences de vitesses moyennes δV2-1 et de LA90 δLA902-1

34 Analyse deacutetailleacutee des reacutesultats acoustiquesFigure 7 Analyse des valeurs de LAeq aux 100 reacutecepteurs acoustiques a) distribution des valeurs de LAeq b) distribution cumuleacutee des valeurs de LAeq

La figure 7 deacutetaille les eacutevolutions de lrsquoenvironnement sonore sur le reacuteseau durant les peacuteriodes P1 P2 et P3 La distribution des valeurs de LAeq estimeacutees aux 100 reacutecepteurs souligne la rareacutefaction des points pour lesquels le niveau LAeq est infeacuterieur agrave 50 dB(A) les distributions se deacuteplaccedilant vers des niveaux plus eacuteleveacutes pour les peacuteriodes P2 et P3 Le pourcentage de points pour

lesquels le niveau est infeacuterieur agrave 50 dB(A) niveau sonore caracteacuteristique drsquoenvironnements sonores calmes est respectivement 28 26 et 21 pour les peacuteriodes P1 P2 et P3 Les mecircmes pourcentages pour un seuil agrave 60 dB(A) pour lesquels les niveaux de bruit peuvent commencer agrave srsquoaveacuterer gecircnants sont respectivement 70 67 et 64 pour les peacuteriodes P1 P2 et P3

Figure 8 Synthegravese des reacutesultats acoustiques pour les peacuteriodes P2 et P3 a) deacutetail des 2100 couples de valeurs LAeqP1 vs LAeqP2 et LAeqP3 b) diffeacuterence moyenne des LAeq en fonction du LAeqP1 c) diffeacuterence moyenne des LA90 en fonction du LA90P1 d) diffeacuterence moyenne des LA10 en fonction du LA10P1

La section preacuteceacutedente a souligneacute que lrsquoaugmentation des niveaux de bruit nrsquoeacutetait pas homogegravene sur le reacuteseau La figure 8b souligne que pour les points les plus bruyants (points localiseacutes le long du peacuteripheacuterique pour lesquels LAeqP1 gt 70 dB(A)) la hausse de LAeq moyenne reste en deccedilagrave 1 dB(A) alors que les points dont le LAeqP1 est compris entre 65 et 70 dB(A) voient leur niveau augmenter de plus de 3 dB(A) pour la peacuteriode P3 soulignant un lien direct entre lrsquoaugmentation des niveaux de bruit occasionneacute par la hausse de demande en deacuteplacements et lrsquoenvironnement sonore initial

La figure 8a montre mecircme que pour certains points la diffeacuterence entre les LAeq peut deacutepasser 5 dB(A) lors de la peacuteriode P3 La figure 8a montre eacutegalement le tregraves faible nombre de points pour lesquels les niveaux de bruit diminuent durant les peacuteriodes P2 et P3 Enfin les figure 8c et figure 8d montrent que lrsquoaugmentation des niveaux de bruit est eacutegalement non uniforme dans le temps et impacte la dynamique du bruit le bruit de fond augmente davantage que les niveaux eacuteleveacutes les hausses de LA90 eacutetant bien supeacuterieures aux hausses de LA10 Ainsi lrsquoaugmentation du nombre de veacutehicules sur le reacuteseau a

tendance agrave comprimer la dynamique du bruit augmentant davantage le bruit de fond que les niveaux deacutejagrave eacuteleveacutes Ceci srsquoexplique par la rareacutefaction des instants de la simulation ougrave peu de veacutehicules se trouvent agrave proximiteacute du reacutecepteur

La chaine de modeacutelisation construite permet lrsquoanalyse fine de cette dynamique puisqursquoelle donne accegraves agrave lrsquoeacutevolution des niveaux instantaneacutes LAeq1s Un exemple drsquoanalyse plus fine est donneacute pour le reacutecepteur ndeg22 La figure 9a illustre lrsquoaugmentation de LAeq au reacutecepteur ndeg22 (+28 dB) expliqueacute par lrsquoaugmentation des deacutebits sur les routes voisines La figure 9b repreacutesente lrsquoeacutevolution du LAeq1s pour chacune des trois peacuteriodes La courbe pour la peacuteriode P1 montre lrsquoeacutevolution caracteacuteristique des niveaux de bruit dans les rues ougrave le trafic routier est cadenceacute par les feux de signalisation eacutevolution marqueacutee par une alternance reacuteguliegravere entre niveaux de bruit eacuteleveacutes et niveaux plus faibles Des indicateurs acoustiques ont

eacuteteacute proposeacutes dans [35] pour souligner cette dynamique Les laquo respirations raquo durant les peacuteriodes de calmes peuvent ecirctre caracteacuteriseacutees par le MI55 qui repreacutesente le ratio du temps pendant lequel les niveaux de bruit deacutepassent 55dB(A) il est de MI55 = 078 (soit 22 du temps en dessous 55 dB(A)) pour la peacuteriode P1 La hausse des deacutebits dans la rue Mareacutechal Foch ainsi que dans les rues voisines a pour conseacutequence une rareacutefaction des peacuteriodes de calme qui eacutetaient renouveleacutees agrave lrsquoeacutechelle du cycle de feu durant la peacuteriode P1 le temps pendant lequel le LAeq1s est en deccedilagrave 55 dB(A) chute agrave 13 pour P2 puis agrave 9 pour P3 Lrsquoimpact de cette dynamique du bruit sur lrsquoenvironnement sonore en termes perceptifs et en particulier lrsquoalteacuteration des peacuteriodes de calme nrsquoest pas encore complegravetement eacutetabli mais des premiegraveres eacutetudes semblent montrer lrsquoimportance des variations de niveaux de bruit sur la qualiteacute des environnements sonores [36][37]

Figure 9 a) Environnement au reacutecepteur ndeg22 b) Eacutevolution du LAeq1s au reacutecepteur ndeg22 pour les peacuteriodes P1 P2 et P3

4 Conclusion

La gestion du trafic routier aux heures de pointe est un enjeu crucial pour le deacuteveloppement des meacutetropoles notamment en raison des impacts environnementaux geacuteneacutereacutes Une chaine de modeacutelisation dynamique couplant le modegravele de trafic dynamique Symuvia (LICIT Ifsttar ENTPE) et lrsquooutil de preacutediction des niveaux sonores Noisemodelling (UMRAE Ifsttar Cerema) est constitueacutee dans cet article pour eacutevaluer lrsquoimpact du trafic routier sur les environnements sonores agrave lrsquoeacutechelle drsquoun reacuteseau de trafic urbain drsquoenviron 10 kmsup2 situeacute agrave LyonVilleurbanne Le modegravele de trafic est sensible aux pheacutenomegravenes drsquoaffectation dynamique deacutependants des conditions de circulation (reports drsquoitineacuteraires) et reproduit la cineacutematique des veacutehicules preacutesents sur le reacuteseau Le modegravele acoustique estime les niveaux de puissance acoustique instantaneacutes en fonction de la cineacutematique des veacutehicules puis les niveaux de bruits en une carte de reacutecepteurs apregraves un calcul de la propagation du bruit en fonction de donneacutees sur le reacuteseau de bacirctiments

La simulation qui reproduit 3h drsquoun sceacutenario drsquoheure de pointe matinale souligne lrsquoaugmentation des niveaux de bruit lieacutee agrave la hausse de demandes en deacuteplacements Elle met eacutegalement en eacutevidence que la hausse des niveaux de bruit i) nrsquoest pas uniformeacutement reacutepartie sur le reacuteseau et impacte davantage les rues ougrave srsquoopegraverent les reports de trafic les niveaux de bruit augmentant peu par exemple sur le peacuteripheacuterique en raison drsquoune augmentation plus faible de la quantiteacute de veacutehicules comparativement aux autres rues ii) impacte davantage le bruit de fond (et notamment le LA90 niveau deacutepasseacute 90 du temps) rareacutefiant les peacuteriodes de calme sur le reacuteseau ce qui srsquoexplique par une densiteacute plus grande de veacutehicules Une analyse plus deacutetailleacutee est possible localement agrave travers lrsquoanalyse de lrsquoeacutevolution du LAeq1s et lrsquoeacutetude drsquoindicateurs acoustiques speacutecifiques (ici la distribution des LAeq1s et en particulier le ratio du temps ougrave le LAeq1s deacutepasse le seuil de 55 dB(A))

Certaines ameacuteliorations au modegravele sont toutefois souhaitables et feront lrsquoobjet drsquoune recherche dans un futur proche

ndash Lrsquoestimation drsquoindicateurs drsquoeacutemergence (pics de bruit) qui srsquoavegravere importante pour caracteacuteriser la gecircne due au trafic routier notamment dans les rues peu circuleacutees ou pour les peacuteriodes nocturnes fait lrsquoobjet drsquoeacutetudes actuelles Ceci neacutecessite des analyses acoustiques compleacutementaires portant sur la distribution des eacutemissions des veacutehicules voire une reacuteflexion sur la distribution des comportements de conduite au sein du modegravele de trafic Lrsquoajout drsquoune classe de veacutehicules deacutedieacutee aux deux-roues est eacutegalement un eacuteleacutement cleacute de lrsquoestimation des pics de bruit Elle implique un travail speacutecifique en terme de modeacutelisation du trafic notamment de comprendre leur interaction avec les autres classes de veacutehicules (paramegravetres de changements de voies etc) et de calibrer leur cineacutematique (acceacuteleacuteration moyenne etc) ndash Une eacutetude approfondie des puissances des veacutehicules

agrave basse vitesse et en reacutegime acceacuteleacutereacute est eacutegalement neacutecessaire pour affiner les estimations en peacuteriode congestionneacutee ou aux abords des intersections ndash Les briques trafic et acoustique du modegravele ayant

eacuteteacute valideacutees seacutepareacutement et la validiteacute du couplage dynamique ayant eacuteteacute deacutemontreacutee mais pour une chaine de modeacutelisation diffeacuterente (voir reacutefeacuterences [6] et [11]) il parait deacutesormais important de mener une campagne expeacuterimentale agrave lrsquoeacutechelle du reacuteseau pour valider les reacutesultats avanceacutes ndash Lrsquoeacutetude de reacuteseaux de grande taille tel que proposeacute

dans cet article a eacuteteacute rendue possible par la mise en place drsquooutils drsquoeacutedition de reacuteseaux efficaces par le deacuteveloppement de routines drsquoimport de reacuteseau de voirie agrave partir de SIG par la conception de meacutethodes de sceacutenarisation permettant agrave partir de donneacutees de diffeacuterentes sources de construire efficacement les matrices origine-destination Lrsquoeacutetude prochaine drsquoautre reacuteseaux de taille similaire est maintenant neacutecessaire pour pouvoir geacuteneacuteraliser des reacutesultats avanceacutes dans cet article ndash Une eacutetude perceptive doit enfin ecirctre meneacutee

pour correacuteler les indicateurs acoustiques que la simulation permet de calculer au caractegravere agreacuteable ou deacutesagreacuteable des environnements sonores ou agrave la gecircne subie par les riverains

Agrave terme le modegravele proposeacute permettra lrsquoeacutevaluation de lrsquoimpact acoustique actuellement inconnu de strateacutegies de gestion du trafic routier agrave lrsquoeacutechelle drsquoun reacuteseau urbain politiques drsquoeacutetalement de la demande limitation des vitesses sur une portion du reacuteseau interdiction de circuler pour certains veacutehicules (motos veacutehicules anciens etc) dans un quartier etc

5 Reacutefeacuterences1 World health Organization Burden of disease from

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2 CEBR The future economic and environmental costs of gridlock in 2030 An assessment of the direct and indirect economic and environmental costs of idling in road traffic congestion to households in the UK France Germany and the USA Report for INRIX July 2014

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