Type de document
Rapports de recherche scientifique
Année de publication
2017
Langue
Français
Résumé
Des centaines de milliers de travailleurs au Québec sont susceptibles d’être régulièrement exposés à des niveaux très élevés de bruit et de vibrations sur leurs lieux de travail. Ces nuisances sont associées à des lésions professionnelles qui peuvent même être irréversibles à long terme. Les bruits et vibrations de forts niveaux peuvent donc entraîner des coûts humains, sociaux et économiques très importants. Par conséquent, des actions vigoureuses de prévention seraient appropriées pour limiter l’exposition des travailleurs à ces agents nocifs.
Dans divers secteurs d’activité professionnelle comme les mines, la construction, la transformation de métaux, la forêt, l'agriculture, l'aéronautique, la police, etc., le bruit et les vibrations sont souvent de nature impulsionnelle, c’est-à-dire que les nuisances se traduisent généralement par des niveaux très élevés pendant une courte durée, et elles sont alors potentiellement très dangereuses pour les travailleurs exposés. Une stratégie efficace de lutte contre ces agents nocifs devrait reposer sur des méthodes permettant de décrire les problématiques et de les résoudre directement dans le domaine temporel, au lieu de méthodes fréquentielles, largement disponibles, mais plutôt adaptées pour traiter les phénomènes continus, stationnaires et périodiques. Il serait donc approprié de disposer d’outils de modélisation numérique dans le domaine temporel, qui permettraient de résoudre des problématiques de bruits et de vibrations impulsifs, par exemple celles qui concernent les outils portatifs dont l’emploi génère souvent ces nuisances, ainsi que celles qui concernent les protecteurs auditifs utilisés par des travailleurs.
La présente étude a pour but d’évaluer si des outils de modélisation commerciaux proposant des techniques de résolution dans le domaine temporel pourraient avantageusement servir à modéliser des phénomènes de bruit et de vibrations impulsifs en santé et en sécurité du travail (SST). Plus précisément, les modules de résolution dans le domaine temporel des logiciels COMSOL, Abaqus et Virtual.Lab ont été testés pour évaluer leur aptitude à traiter efficacement deux problématiques idéalisées de bruits et vibrations impulsifs en lien avec les outils portatifs et les protecteurs auditifs.
La première partie du rapport porte sur la description et la mise en contexte des problématiques réelles en SST portant sur les outils portatifs et les protecteurs auditifs. Des niveaux de simplification pour transformer ces problématiques réelles en des configurations idéalisées plus appropriées pour l’évaluation des logiciels ont aussi été exposés, et les excitations considérées ont été largement décrites.
Dans la seconde partie du rapport, plusieurs approches dans les domaines temporel et fréquentiel sont exposées pour déterminer des solutions analytiques de référence qui ont ensuite servi dans l’évaluation des performances des logiciels.
La troisième partie est consacrée, pour chacun des trois logiciels testés, à une description substantielle des fondements et de la procédure de modélisation, suivie de la démarche de modélisation proprement dite des problématiques idéalisées. Les différents critères pris en compte dans l’évaluation des logiciels ont ensuite été indiqués.
Dans la quatrième partie du rapport, des comparaisons sont faites, d’abord entre les résultats des diverses approches utilisées pour évaluer la qualité des solutions analytiques de référence, et ensuite, entre des solutions de référence et les résultats obtenus avec les logiciels. Ces comparaisons ont révélé que COMSOL et Abaqus ont fourni de bons résultats pour la problématique idéalisée relative aux outils portatifs, et que pour celle relative aux protecteurs auditifs, les résultats des trois logiciels sont globalement acceptables.
La cinquième et dernière partie du rapport est consacrée à l’évaluation effective des logiciels, à partir des observations tirées de leur utilisation et des résultats de modélisation obtenus. L’évaluation a été conduite en indiquant, pour chacun des critères considérés, les avantages ou inconvénients de chaque logiciel. Elle a permis de conclure que : (i) les versions testées des modules de résolution dans le domaine temporel des trois logiciels ont a priori le potentiel pour résoudre des problématiques complexes réelles de bruit et de vibrations en SST, seulement si les traitements poreux et la non-linéarité dans le milieu de propagation ne sont pas pris en compte; (ii) la mise en œuvre de nouvelles formulations dans les solveurs de ces modules est nécessaire pour résoudre des problématiques complexes réelles de bruit et de vibrations en SST.
Abstract
It is quite likely that hundreds of thousands of Quebec workers are regularly exposed to very high levels of noise and vibration in the workplace. These hazards are associated with occupational injuries that may be irreversible over the long term. High levels of noise and vibration can therefore have very significant human, social and economic costs. For that reason, robust prevention initiatives are required to limit worker exposure to these health risks.
In a range of occupational sectors, including mining, construction, metals processing, forestry, agriculture, aerospace and policing, noise and vibration are often impulse hazards, meaning they generally occur at very high levels for short periods of time, during which they are potentially very harmful to the workers exposed to them. An effective strategy for addressing these health risks should be based on time domain methods that can be used to describe the problems and solve them directly, instead of on frequency methods that, though widely available, are better suited to dealing with continuous, stationary and periodic phenomena. It would therefore seem appropriate to seek out time domain digital modelling tools that can be used to solve impulse noise and vibration problems, e.g., those concerning the portable tools that often generate the hazards, as well as those concerning the hearing protectors workers wear.
The purpose of this study was to determine whether commercial modelling tools that offer time domain problem-solving techniques could advantageously be used to model impulse noise and vibration phenomena in occupational health and safety (OHS). More specifically, the solver modules in the time domain of the COMSOL, Abaqus and Virtual Lab software packages were tested to assess their suitability to deal effectively with two idealized impulse noise and vibration problems in connection with portable tools and hearing protectors.
In the first part of the report, the real OHS problems related to portable tools and hearing protectors are described and put into context. Levels of simplification for transforming these very real issues into idealized configurations more appropriate for software assessment are also explained, and the excitations considered are amply described.
In the second part of the report, several approaches in the time and frequency domains are set out with a view to determining reference analytical solutions, which are then used to evaluate software performance.
The third part is devoted, for each of the three software tools tested, to a substantive description of the foundations and modelling procedure, followed by the modelling approach per se to the idealized problems. The various criteria taken into account in the software evaluation are indicated.
The fourth part of the report draws some comparisons, first between the results of the various approaches taken to assess the quality of the reference analytical solutions, and then between the reference solutions and the results obtained with the software tools. These comparisons showed that COMSOL and Abaqus delivered good results for the idealized portable tools problem, while for the hearing protector problem, the results of all three tools were generally acceptable.
The fifth and last part of the report is devoted to the effective evaluation of the software tools, based on observations made about their use and the modelling results obtained. For each criterion considered, the evaluation entailed indicating the advantages and disadvantages of each tool. The conclusions of the evaluation were that (i) the tested versions of the time domain solver modules of the three software tools have the potential a priori to solve the real complex OHS problems of noise and vibration, only if porous treatments and nonlinearity in the propagation environment are not taken into account; (ii) the implementation of new formulations in the solvers of these modules is required to solve real complex OHS problems of noise and vibration.
ISBN
9782896319237
Mots-clés
Lutte contre le bruit et les vibrations, Noise and vibration control, Protection de l'ouïe, Hearing protection, Bruit impulsif, Impulse noise, Propagation du son, Sound propagation, Matériau amortissant les vibrations, Vibration damping material, Modèle, Model, Québec
Numéro de projet IRSST
2013-0019
Numéro de publication IRSST
R-961
Citation recommandée
Amédin, C. K., Sgard, F. et Atalla, N. (2017). Performance d'outils de modélisation pour la résolution de deux problématiques de bruit et de vibrations de type impulsionnel (Rapport n° R-961). IRSST.