Type de document
États de la question, rapports d'expertise et revues de littérature
Année de publication
2014
Langue
Français
Résumé
Le bruit et les vibrations affectent quotidiennement des centaines de milliers de travailleurs au Québec. L'exposition au bruit excessif contribue à l'isolement, réduit la coordination et la concentration et augmente donc le risque d'accident et de surdité. Les vibrations peuvent être transmises au corps humain par l'utilisation d'outils vibrants ou par la conduite de véhicules dans des conditions défavorables. Elles peuvent alors générer diverses pathologies qui handicapent la personne affectée. Le bruit et les vibrations constituent donc des nuisances qui peuvent altérer la santé des travailleurs, réduire leur productivité et générer de l'absentéisme. En d'autres termes, ces nuisances engendrent des coûts humains, sociaux et économiques importants.
Dans plusieurs secteurs d'activité professionnelle au Québec comme les mines, la construction, la transformation de métaux, la forêt, l'agriculture, l'aéronautique, la police, etc., les bruits et les vibrations proviennent souvent de phénomènes rapides ou de courte durée de vie (bruits impulsionnels de fort niveau, chocs et impacts d'outils percussifs, rivetage, clouage, forage, explosions…). Divers outils de modélisation ont été développés pour favoriser la réduction du bruit et des vibrations en milieu de travail. Il s'agit toutefois de modèles fréquentiels qui conviennent bien aux phénomènes continus et stationnaires, mais qui ne peuvent traiter efficacement des phénomènes transitoires ou impulsionnels. Pour de tels phénomènes, des modèles conçus dans le domaine temporel seraient plus appropriés puisque ceux-ci serviraient à résoudre les équations de propagation d'ondes et de l'élastodynamique directement dans le temps, en principe sans approximations simplificatrices. De tels modèles serviraient aussi à l'analyse de phénomènes non linéaires que ne peuvent traiter efficacement les méthodes fréquentielles.
Le présent projet a consisté à faire une étude bibliographique des outils de modélisation temporelle et à documenter leurs applications en santé et en sécurité du travail, plus spécifiquement dans la réduction des bruits et des vibrations impulsionnelles transitoires ou non linéaires. La revue de la littérature a couvert près de deux cents documents.
Dans la première partie, les fondements des méthodes temporelles ont été exposés. Leur description générale a été faite et les diverses méthodes de résolution ont été présentées. Deux grandes classes de résolution ont été détaillées : les méthodes élaborées directement dans le domaine temporel, et celles qui procèdent par des transformations dans les domaines de Laplace ou de Fourier. Les avantages et inconvénients des diverses méthodes ont été rapportés, de même que leurs différences et complémentarités avec les méthodes fréquentielles. Un inventaire non exhaustif de codes de calcul basés sur des méthodes temporelles a aussi été dressé.
La seconde partie de l'étude a servi à recenser des applications existantes basées sur des méthodes temporelles en santé et en sécurité du travail. La revue a d'abord été axée sur les applications relatives aux protecteurs auditifs et au système auditif soumis à du bruit impulsionnel. Ensuite, les applications en lien avec les phénomènes non linéaires et les phénomènes transitoires découlant de bruits impulsionnels, chocs et impacts ont été recensées. Enfin, la caractérisation des matériaux poreux par des méthodes temporelles pour une utilisation optimale en contexte transitoire a été ciblée. Il a été constaté que les applications existantes révèlent les potentialités énormes des méthodes temporelles, mais celles-ci semblent encore très peu exploitées dans des problématiques concrètes de bruit et vibrations en santé et en sécurité du travail (SST).
Au vu de l'étude, il serait opportun de pouvoir tester quelques logiciels commerciaux de modélisation temporelle pour évaluer leurs performances réelles en matière de résolution de problématiques vibroacoustiques générées par des bruits impulsionnels en SST. Les résultats de ces tests permettraient de juger de la pertinence de se doter d'outils de modélisation temporelle appropriés pour l’élimination ou la réduction de bruits et de vibrations de fort niveau en milieu de travail. Les outils numériques aideraient en effet les chercheurs à bien prédire et à améliorer l’efficacité des protecteurs auditifs soumis à des bruits impulsionnels de forte intensité, et à favoriser la réduction des bruits et des vibrations générés par des outils percussifs, entre autres par l'utilisation de matériaux poreux et viscoélastiques mieux caractérisés.
Abstract
Noise and vibrations daily affect hundreds of thousands of Quebec workers. Exposure to excessive noise contributes to isolation and reduces coordination and concentration, increasing the risk of accidents and deafness. Vibrations can be transmitted to the human body through the use of vibrating tools or driving vehicles in adverse conditions. They can then generate pathologies that handicap the affected person. Noise and vibrations are forms of pollution that can alter workers’ health, reduce productivity and cause absenteeism. In other words, noise and vibrations generate significant human, social and economic costs.
In many Quebec industries, including mining, construction, metals processing, forestry, agriculture, aerospace, policing etc., noise and vibrations often result from rapid or short-lasting phenomena (loud impulse noises, shocks and impacts from percussive tools, riveting, nailing, drilling, explosions, etc.). Modelling tools have been developed to help reduce noise and vibrations in the workplace. However, these are frequency models that work well for continuous, stationary phenomena, but cannot effectively handle transient or impulse phenomena. Models designed in the time domain would be more appropriate for such phenomena because they could be used to solve wave propagation and elastodynamic equations directly in time, in principle without simplifying approximations. Such models could also be used to analyze non-linear phenomena which cannot be effectively handled by frequency methods.
This project involves a bibliographic study of temporal modelling tools and documents their occupational health and safety applications, more specifically in reducing transient or non-linear impulse noise and vibrations. The literature review covered close to 200 documents.
In the first part, the fundamentals of temporal methods were explained. They were described in general and various resolution methods were presented. Two broad resolution classes were detailed: methods developed directly in the time domain, and those that use transformations in the Laplace or Fourier domains. The pros and cons of these various methods were reported, along with a description of how they differ from and complement frequency methods. A non-exhaustive inventory of calculation codes based on temporal methods was also compiled.
The second part of the study served to identify existing applications based on temporal methods in occupational health and safety. The review first focused on applications related to hearing protectors and to auditory systems subject to impulse noise. Next, applications related to non-linear phenomena and transient phenomena resulting from impulse noise, shocks and impacts were identified. Lastly, temporal methods were used to characterize porous materials for optimal usage in transient conditions. It was noted that existing applications reveal the immense potential of temporal methods, but these still seem to be very little used for concrete noise and vibration issues in occupational health and safety (OHS).
In light of the study, it would be worth testing a number of commercial temporal modelling programs to evaluate their actual performance in resolving vibroacoustic issues generated by impulse noise in OHS. The test results could be used to assess the relevance of acquiring appropriate temporal modelling tools to eliminate or reduce loud noises and strong vibrations in the workplace. Digital tools would help researchers accurately predict and improve the effectiveness of hearing protectors subject to loud impulse noise, and help reduce noise and vibrations produced by percussive tools through the use of better characterized porous and viscoelastic materials.
ISBN
9782896317073
Mots-clés
Lutte contre le bruit et les vibrations, Noise and vibration control, Bruit impulsif, Impulse noise, Protection de l'ouïe, Hearing protection, Propagation du son, Sound propagation, Outil pneumatique, Pneumatic tool, Matériau amortissant les vibrations, Vibration damping material, Modèle, Model
Numéro de projet IRSST
2011-0038
Numéro de publication IRSST
R-806
Citation recommandée
Amédin, C. K., Atalla, N. et Sgard, F. (2014). Méthodes de simulation temporelles pour résoudre des problématiques de bruit et vibrations : revue de la littérature (Rapport n° R-806). IRSST.