L’Empa explore la génération de bruit par les trains de passagers et de marchandises

À l’Empa, des experts en acoustique explorent depuis des années comment le bruit est généré par les trains de passagers et de marchandises – et quelles mesures techniques et structurelles sont particulièrement efficaces pour y remédier. Leurs connaissances théoriques et pratiques ont maintenant été intégrées dans le projet « SILVARSTAR ». Le résultat est un outil de simulation pour le bruit ferroviaire, qui peut également être utile dans la pratique.

(Dübendorf/St. Gallen/Thun) Pour les riverains des lignes de chemin de fer, il est souvent gênant – et pour les experts qui souhaitent les aider, un défi si complexe qu’il faudrait en fait un pluriel pour « bruit ferroviaire ». Les bruits 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 des murs anti-bruit, des talus, la nature du sol sous les rails et aussi par l’environnement dans lequel les ondes sonores se propagent.

La complexité de ces conséquences acoustiques du transport ferroviaire est bien connue des chercheurs de l’Empa, dirigés par Reto Pieren du département « Acoustique / Réduction du bruit », grâce à leur expérience pratique et théorique. Depuis des années, ils explorent ce phénomène à travers des mesures, des simulations, des validations : des connaissances qui ont abouti au projet européen de deux ans « SILVARSTAR » avec de nombreux partenaires (voir encadré d’information). Pieren a maintenant présenté les résultats lors de la conférence spécialisée « forum acusticum » à Turin : une simulation acoustique du bruit ferroviaire sous diverses formes – audible et perceptible grâce à la réalité virtuelle.

De tels outils pour l’« Auralisation » existent sporadiquement sous forme de prototypes dans la recherche, mais dans la pratique de la planification et de la protection contre le bruit, ils ne sont pas encore disponibles. Le « package complet » SILVARSTAR vise à changer cela – grâce aux connaissances combinées de nombreux experts. Alors que l’équipe de l’Empa, qui a dirigé le projet de simulation, a intégré son expertise acoustique issue de nombreux projets, des experts de l’« University of Southampton » et de la société zurichoise Bandara VR GmbH ont apporté un savoir-faire précieux pour développer un système convivial. La base de cela était notamment le logiciel répandu « Unity » pour les développeurs de jeux professionnels.

Un outil accessible aux non-experts

L’objectif était finalement de créer un outil que même les non-experts peuvent utiliser. Par exemple, des politiciens du transport qui souhaitent évaluer les impacts d’une future ligne de chemin de fer. Comment ils vivent ces passages virtuels est illustré par une vidéo de passages, que l’on peut trouver sur le site web SILVARSTAR de l’Empa : pour un seul tronçon, plusieurs scénarios peuvent être comparés, par exemple avec des types de trains allant du train de marchandises au train régional jusqu’à l’ICE, avec des murs anti-bruit hauts ou bas, des types de roues et d’amortissement spécifiques, qui ont également un impact audible sur le bruit ferroviaire, et de nombreux autres facteurs. Et parce que l’environnement joue également un rôle, les utilisateurs peuvent choisir entre « ville » ou « campagne » ou opter pour une position au niveau du sol 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 génère pas des signaux acoustiques à partir de fichiers audio archivés, mais les calcule et les produit 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 réalistes. Mais elle exigeait également de réduire de manière significative le réseau d’algorithmes à l’essentiel – en tenant compte du temps de calcul nécessaire : un PC moderne nécessite jusqu’à trois heures pour simuler le passage d’un train de marchandises de 500 mètres, afin que ses émissions sonores puissent être rendues audibles dans différentes conditions.

Les efforts en valent la peine

Mais les efforts en valent la peine, comme l’a montré la validation du système. Les graphiques des courbes de bruit synthétisées sont très proches des valeurs de comparaison mesurées et sont même parfois identiques. Des impressions subjectives ont été fournies lors de démonstrations à des salons de technologie des transports comme l’« InnoTrans » l’année dernière à Berlin : les visiteurs ont attribué à la simulation une grande crédibilité et ont montré un grand intérêt pour l’application du « jeu de bruit ferroviaire » virtuel.

Pour les intéressés, le téléchargement des outils avec un accord de licence pour des fins non commerciales est possible via le site web SILVARSTAR de l’Empa. « Les premières utilisations de la simulation commencent déjà », déclare le chercheur de l’Empa Reto Pieren, « nous sommes très satisfaits des résultats et attendons de nombreuses applications pour l’avenir. »

Projet international avec financement de l’UE

Le projet de recherche européen « SILVARSTAR », qui a duré un peu plus de deux ans, a été financé dans le cadre du programme de l’UE « Horizon 2020 » par « Europe’s Rail ». Dans le consortium du projet, en plus de l’Empa, des partenaires industriels et académiques de cinq pays européens ont participé : Vibratec (France, coordination), Wölfel Engineering (Allemagne), l’« University of Southampton » (Angleterre), KU Leuven et UNIFE, l’« Union des Industries Ferroviaires Européennes » (tous deux de Belgique). En plus de la simulation du bruit ferroviaire, le projet a également développé des modèles pour les vibrations du sol causées par le trafic ferroviaire.

Photo : © Empa / Légende de l’image : Vivre le passage d’un train de marchandises de manière ludique : L’écran montre ce que l’utilisateur voit en réalité virtuelle en trois dimensions – avec le bruit ferroviaire réaliste exactement à sa position.