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PAREMENT Plaques en béton pour correction acoustique d’un amphithéâtre

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PAREMENT Plaques en béton pour correction acoustique d’un amphithéâtre

La mise en œuvre de 174 plaques perforées en BSI/Ceracem de faible épaisseur, sur les parois de la salle, a permis de rétablir les conditions d’intelligibilité et d’audibilité. La solution s’avère être également esthétique et pérenne.

L’amphithéâtre de l’École normale supérieure de Cachan (Val-de-Marne) avait déjà subi plusieurs remises aux normes successives sans que l’aspect acoustique ne soit abordé. La forme architecturale initiale de la salle, quasiment cubique, se révélait d’entrée pénalisante en la matière. Les surfaces murales, bien que revêtues partiellement de moquette et de matériaux fibreux, restaient par ailleurs beaucoup trop réfléchissantes. Conséquence : une acoustique désastreuse. « Les étudiants entendaient difficilement les enseignants, et l’inverse était quasiment impossible », résume Gérard Bernier, maître de conférences à l’ENS.

Les mesures des temps de réverbération – l’ensemble des études acoustiques a été inséré dans la formation des étudiants en génie civil de l’ENS – effectuées avant travaux, corroborèrent par le calcul la réalité du vécu. Elles révélèrent des valeurs importantes, supérieures à 1,5 s pour toutes les fréquences. ­Elles dépassaient même les 2 s sur toute la plage correspondant à la voix humaine (63 à 10 000 Hz). D’où la nécessité de ce lifting acoustique destiné à ramener ces durées de réverbération à un seuil plus acceptable, autour de 0,6 s. Le traitement nécessitait par ailleurs de prendre en compte la nouvelle architecture de la salle, les surfaces absorbantes à mettre en œuvre devant également respecter l’esthétique mais aussi garantir une durabilité à toute épreuve. « Nous sommes, en effet, dans un espace public destiné à accueillir des élèves (avec tous les risques de dégradation par choc ou vandalisme pur que sous-tend cet usage). Cette caractéristique excluait des solutions classiques de type panneaux bois revêtus, comme dans les salles de spectacles où la problématique en termes de résistance de surface est totalement différente. L’idée d’employer un BFHUP (béton fibré à ultrahautes performances) s’est imposée assez naturellement. Il s’agit d’un matériau que je connais bien et sur lequel je travaille depuis plusieurs années, autrement dit l’occasion rêvée pour décliner nos connaissances en y intégrant un maximum d’éléments en termes de vibration et dimensionnement », ajoute ­Gérard Bernier.

Des plaques minces manuportables

Le choix s’est porté sur le BSI/Ceracem, mis au point par Sika et Eiffage TP, et plus particulièrement « sur une formulation à base de fibres synthétiques », précise Arnaud Schwartzentruber, responsable marché BPE-Préfa-Grands Chantiers chez Sika.

Dans le cadre d’une première étude, les dimensions choisies ont été le résultat d’un compromis entre le rythme des gradins, la hauteur sous plafond, le poids des éléments et les fréquences à amortir, ce cocktail technico-géométrique débouchant sur des éléments de 618 x 558 mm et 20 mm d’épaisseur, n’excédant pas 13 à 14 kg. « Une finesse et un poids qu’il aurait été impossible d’atteindre avec un béton classique », souligne Arnaud Schwartzentruber, ne serait-ce qu’en raison des impératifs d’enrobage des armatures. D’où un premier amortissement, essentiellement dans les basses fréquences, les plaques possédant des fréquences de vibration propres et un pouvoir dissipatif interne lié aux propriétés du matériau et aux types de fixations choisies. « Pour ces dernières, nous avons opté pour des fixations traversantes aux quatre coins. Une technique moins onéreuse et moins complexe que la solution pierre agrafée ». Le pouvoir amortissant des plaques a été amplifié et les petites imperfections de planéité corrigées en ajoutant un support bois avec interposition d’une bague résiliente en caoutchouc.

Des moules élastomère en silicone

Pour pousser la démarche, une étude paramétrique a été entreprise afin d’étudier l’influence de la position des fixations, la première fréquence de vibration des plaques pouvant être modulée finement par la position de l’attache, « un déplacement de 3 à 9 cm pouvant induire une variation de la fréquence propre de 200 Hz », précise Gérard Bernier. C’est finalement la valeur de 3 cm qui a été retenue comme le meilleur compromis.

Pour les moyennes fréquences, l’efficacité du système a été accrue en faisant appel à un autre principe physique, en l’occurrence celui des résonateurs de Helmholtz. Autrement dit, en piégeant les fréquences incriminées (centrées autour de 500 Hz) dans des cavités (principe analogue à celui employé dans les faux plafonds) dont la capacité d’absorption est fonction du volume et de la taille des ouvertures.

Les caractéristiques dimensionnelles fournies par les calculs ont abouti à des trous de 15 mm de côté, espacés de 18 mm, « la forme carrée résultant uniquement d’un choix esthétique, précise Gérard Bernier, car les perforations aurait très bien pu être circulaires, hexagonales etc. ». Une géométrie qui n’a pas été sans soulever quelques difficultés de réalisation, comme l’explique René-Gérard Salé, le directeur commercial BSI/Céracem d’Eiffage TP : « Nous avons dû employer des moules élastomère en silicone qui présentent ­l’avantage (outre le nombre de réutilisations possibles) de ne pas nécessiter d’huile de décoffrage, contrairement à ceux en polyuréthanne. À raison de 256 trous par plaque, on imagine aisément le travail de fourmi qu’aurait nécessité, à chaque coulage, l’application d’une huile de décoffrage à l’intérieur de chacun des trous, un seul oubli se soldant par un arrachement pur et simple du téton de silicone et donc une destruction du moule.

Chaque bétonnage a néanmoins été réalisé à la petite cuillère, avec une précision de l’ordre du millimètre puisque nous devions surveiller que le béton ne déborde pas au-dessus du trou afin de garantir la perforation de la plaque au démoulage. Dans la pratique, 5 moules ont été nécessaires pour préfabriquer les 174 plaques du projet. Le mélange, qui nécessitait un malaxage excellent – du fait de l’incorporation d’un colorant – a bénéficié d’une adjuvantation plus légère que de coutume. L’objectif n’était pas d’obtenir une résistance à la compression élevée, comme sur les poutres précontraintes où des valeurs de 80 MPa à 16 h sont courantes. Nous avons préféré le superplastifiant 5 400 F au 20 HE – deux références de chez Sika – l’idée étant de réaliser une prise tranquille – précisons tout de même que les 15 MPa sont atteints en 24h ! – en évitant ainsi tout problème de retrait rapide qui aurait pu causer des risques de fissuration, eu égard aux caractéristiques géométriques des ­plaques .»

Une esthétique délicate

Pour parfaire le dispositif acoustique dans les hautes fré­quences, un matelas de laine minérale Cloisolène LR (Isover) de 40 mm d’épaisseur a été disposé à l’arrière des plaques. Côté esthétique, « nous avons opté pour un ton pierre assez chaud, le mélange étant teinté dans la masse à la fabrication via l’ajout de Sikacim Color Ocre (Sika) », précise Gérard Bernier. « Le colorant a un effet retardateur qu’il faut bien prendre en compte et nous devions respecter une planification rigoureuse pour l’exécution afin que toutes les plaques subissent les mêmes conditions de maturation, car le béton est un matériau sensible aux moindres fluctuations de température, d’humidité et de condition de moulage », souligne René-Gérard Salé.

Aucun coulage n’était donc ­effectué le vendredi, les opérations intervenant le jour J puis le décoffrage à J 1, le lendemain matin. Les plaques présentent également une bande sans trous dans leur axe médian, le calepinage conférant une impression de hauteur à la salle qui en ­manquait.

L’ensemble est rehaussé par des plinthes et des portes de couleur ocre orangé. Dernier détail esthétique : les vis des fixations, appuyées sur des coupelles plastique, ont été dissimulées derrière des cabochons circulaires (Bülte) de couleur noire. Une belle réussite technique et architecturale puisque l’amphithéâtre aurait acquis la réputation d’être le plus convivial du campus, la direction l’ayant même adopté pour ses réunions…

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