dans l'entreprise et son environnement

Evolution du bruit dans l’industrie

Les sources de bruit les plus fortes

Les industriels et les pouvoirs publics se préoccupent depuis des décennies du bruit émis dans les ateliers de production. Le problème est-il résolu pour autant ? Malgré les améliorations apportées à la conception des machines, le niveau de bruit augmente régulièrement du fait des augmentations de cadences de production.
Quelles sont les sources de bruit les plus néfastes dans l’industrie ? Etat des lieux.

 

Une augmentation continue de productivité

La compétitivité industrielle repose sur la qualité du produit et la rentabilité de sa production. Il faut produire plus rapidement, en utilisant moins de ressources – matériaux, services, énergies – . La plupart des processus de fabrication ont doublé de cadence en quelques décennies, par augmentation des vitesses de lignes et de largeur de laize, taille de matrices, etc.

En dépit des améliorations apportées à la conception et à la construction des machines, les personnels de production sont exposés à des niveaux sonores croissants. La raison en est que l’émission de bruit augmente exponentiellement avec la vitesse de rotation ou de déplacement des produits et parties de machines.
A titre d’exemple, une presse d’impression quadruple son émission sonore lorsqu’on double sa vitesse. Un métier à tricoter peut voir son émission augmenter de 12 dB pour un doublement de cadence, un ventilateur de 18 à 24 dB !

Marteau-Pilon du Creusot, Le Creusot, Saône-et-Loire, Bourgogne, FRANCEAuteur : Christophe.Finot - http://fr.wikipedia.org/wiki/Utilisateur:Christophe.Finot

Marteau-Pilon du Creusot, Le Creusot, Saône-et-Loire, Bourgogne, FRANCE
Auteur : Christophe.Finot – http://fr.wikipedia.org/wiki/Utilisateur:Christophe.Finot

 

Taille des machines et effets du bruit

A priori, beaucoup de travailleurs craignent plus le bruit qui règne dans une usine de fabrication que dans un atelier artisanal. Evidemment, les cadences et capacités de production élevées génèrent une puissance sonore globale beaucoup plus importante. Pourtant c’est bien la pression sonore subie par l’opérateur qui détermine les risques d’atteintes auditives.
Comparons à titre d’exemple une grosse raboteuse automatique utilisée pour la fabrication de parquet avec le rabot électrique qu’utilise le menuisier sur ses chantiers. Sur des lignes de fabrication, les tableaux de commandes sont déportés à quelques mètres, alors que l’ouvrier tient son rabot électrique à une demi-longueur de bras … L’artisan risque souvent plus de souffrir d’une surdité progressive que l’ouvrier d’une scierie industrielle.

 

Niveaux de bruits constatés

Les catégories d’activités industrielles qui produisent le plus de bruit sont la fabrication de produits, l’assemblage et la production d’énergies. Ci-dessous est listée une sélection de machines et opérations classées par leur émission sonore, avant mesures correctives.

 

> 120 dB

  • Rivetage de structure en acier
  • Tronçonneuses
  • Rectifieuses pour grandes pièces moulées en acier

>100 dB

  • Grands marteau-pilons
  • Emboutissage de métaux
  • Machines à tailler les engrenages
  • Opérations minières
  • Outils pneumatiques
  • Engins de terrassement lourds
  • Presses à imprimer de grandes capacités
  • Grandes chaufferies
  • Presses à injecter de plasturgie
  • Broyeurs de pierres
  • Poinçonneuses
  • Meuleuses
  • Scies, raboteuses pour grosses pièces de bois

> 90 dB

  • Agroalimentaire : préparation et mise en conserve d’aliments
  • Opérations de l’industrie textile
  • Petites imprimeries
  • Soudage et découpage électrique et oxyacétylénique
  • Polissoirs
  • Moulins
  • Machines agricoles
  • Scies et raboteuses de moyennes capacités

Cette liste n’est pas exhaustive, et de loin. Selon les statistiques de l’INSEE, le bruit excessif affecte environ 18% des salariés. Ce pourcentage reste stable en France depuis plusieurs années, malgré la diminution des emplois dans l’industrie manufacturière : 15% des salariés en 2007 en France.

 

Industries concernées

Toujours selon l’INSEE, les principales industries manufacturières de l’Union Européenne, classées par ordre décroissant de valeur ajoutée globale pour la Communauté sont les suivantes :

  • Métallurgie et travail des métaux
  • Industries agricoles et alimentaires
  • Fabrication d’équipements électriques et électroniques
  • Fabrication de matériel de transport 
  • Fabrication de machines et équipements
  • Industrie chimique
  • Industrie du papier et du carton ; édition et imprimerie
  • Industrie du caoutchouc et des plastiques
  • Fabrication d’autres produits minéraux non métalliques
  • Autres industries manufacturières
  • Industrie textile et habillement
  • Cokéfaction, raffinage, industries nucléaires
  • Travail du bois et fabrication d’articles en bois
  • Industrie du cuir et de la chaussure

L’industrie manufacturière s’est accrue de 20% en UE entre 1995 et 2005, malgré le recul d’environ 40% des industries textiles et cuir. Les statistiques de pénibilité liée au bruit ne sont pas disponibles pour l’UE, mais il est vraisemblable qu’une fraction importante des 35 millions de personnes qui travaillent dans l’industrie manufacturière en sont affectées. Les trois quarts travaillent dans l’un des 8 pays suivants : Allemagne, Italie, France, Royaume-Uni, Espagne, Pologne, Roumanie ou République tchèque.

 

Sources de bruit

Le niveau de pression acoustique généré dépend du type de la source de bruit, de la distance de la source vers le récepteur et de la nature de l’environnement de travail. Pour une machine donnée, les niveaux de pression acoustique sont fonction de la part de l’énergie mécanique ou électrique totale qui est perdue en énergie acoustique.
Les champs sonores en milieu de travail sont généralement complexes, modulés par plusieurs effets :

  • propagation dans l’air (bruit aérien),
  • propagation à travers les solides (bruits de structure), 
  • diffraction aux limites de machines, 
  • réflexion sur le sol, les murs, le plafond et les machines, 
  • absorption sur les surfaces, 
  • etc 

Les sources identifiées pour les bruits les plus élevés et les plus fréquents dans l’industrie peuvent être classés comme suit.

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Bruit lié au déplacement des matières et produits

L’alimentation en matières premières et produits semi-finis, le convoyage de pièces à l’entrée et en sortie de machine, sont le phénomène le plus bruyant dans certaines opérations, dont le concassage de pierres.

Bruit dû à la transformation de la matière 

Le forgeage de grosses pièces métalliques, l’emboutissage de tôles, l’usinage par enlèvement de matière, … produisent du bruit dont les caractéristiques sont directement liées aux propriétés du matériau transformé : résilience, module d’élasticité, etc. Des processus discontinus, comme le formage par explosion ou le forgeage au marteau-pilon, produisent évidemment un pic de bruit bien plus important. 

Bruit “mécanique” de machines

La machine produit des bruits “intrinsèques”, par exemple un bruit de chaînes d’entraînement, le déplacement d’une table de découpe, etc.  D’autre part toute surface solide en vibration sur la machine rayonne une puissance proportionnelle à la surface de vibration et la moyenne quadratique de vitesse de vibration. Par conséquent il faut prendre soin de réduire la surface vibrante et la vitesse de vibration. La surface vibrante peut être réduite en la fragmentant en zones liées par des joints flexibles. La vitesse de vibration peut être réduite en utilisant des matériaux d’amortissement.

Bruit de fluides

Le ventilateur de refroidissement d’un moteur électrique, une pompe hydraulique, un système d’éjection de pièces par soufflage, … sont responsables de turbulences dans l’air, l’huile ou le fluide utilisé.
La puissance acoustique aérodynamique générée par l’écoulement turbulent est proportionnelle à la 6e-8e puissance de la vitesse d’écoulement. Cela signifie qu’un doublement de la vitesse d’écoulement augmente la puissance acoustique d’un facteur compris entre 64 et 254 fois, soit un accroissement de 18 à 24 dB !
[Professeur Gerges, voir référence en fin d’article, chapître 5]

 

EXEMPLES DE SOURCES DE BRUIT DE MACHINES

Examinons le mécanisme de génération de bruit pour quelques sources de bruit couramment utilisés dans l’industrie.

Ventilateurs 

On trouve des ventilateurs dans presque toutes les entreprises industrielles. Ils servent à ventiler, en amenant de l’air frais de l’extérieur, à aspirer poussières, vapeurs ou brouillard d’huile, à sécher ou refroidir. Idéalement, les ventilateurs devraient fonctionner au point de rendement maximum.

Trois sources de bruit sont concomitantes :

  • écoulement turbulent, qui engendre un bruit aérodynamique à large bande, 
  • bruit d’interaction des lames du ventilateur, à la fréquence de passage de ces lames et aux harmoniques, 
  • bruit mécanique : roulements, équilibrage, etc.

Compresseurs 

Les compresseurs travaillent généralement à haute pression et sont des machines très bruyantes, qu’ils soient de type compresseurs rotatifs, compresseurs à engrenages, compresseurs à vis ou compresseurs à pistons. Les sources de bruit sont le piégeage d’un volume déterminé de fluide et son transport et mise en pression. Les impulsions de pression des compresseurs sont assez sévères, responsables de niveaux de pression acoustique de l’ordre de 105 dB (A), voire plus. Le bruit généré est périodique, avec des tonalités discrètes et des harmoniques.

Jets de gaz

Les jets d’air sont largement utilisés pour nettoyer, sécher ou éjecter des pièces, pour expulser l’air comprimé, pour vaporiser le combustible dans une chaudière, etc. A 1 mètre d’une buse de soufflage, le niveau de pression sonore peut atteindre 105 dB(A). Les bruits de jets industriels sont la troisième cause de perte d’audition après l’impact et le bruit de manutention.
La décompression subite du gaz à la sortie de la buse génère des fréquences élevées sur une courte distance, avant que ne se crée les turbulences responsables des basses fréquences. L’air passe d’une vitesse proche de zéro dans le réservoir à sa vitesse maximale en sortie de buse. La vitesse de l’écoulement à travers la buse peut être sonique, c’est à dire qu’il atteint la vitesse du son. Cela génère un bruit à large bande avec des pics dans la bande de fréquences comprise entre 2 et 4 kHz.

Moteurs électriques 

Une partie de l’énergie électrique est convertie en chaleur, élevant la température du rotor, du stator et de son boîtier de contrôle. Un moteur électrique doit donc être équipée d’un système de ventilation.

Les bruits produits sont :

  • ceux du ventilateur (décrits plus haut), auxquels s’ajoutent 
  • les bruits mécaniques de roulement, des vibrations subies par le carter, des défauts d’alignement et d’équilibrage du moteur.

Le bruit généré par le ventilateur du moteur est la source dominante de bruit. Des gros moteurs, de la gamme 1000 kW et 3600 RPM, peuvent générer des niveau de pression acoustique jusqu’à 106 dB (A).

Outils pneumatiques

L’air comprimé alimente des outils à main comme des perceuses, des meuleuses, des pistolets à river, qui sont largement utilisés dans l’industrie.  Trois principales sources de bruit dominent :

  • vibrations transmises de l’outil à la surface de travail, conduisant à un fort rayonnement en particulier à des fréquences moyennes et élevées, 
  • bruit d’échappement de l’air, 
  • rayonnement sonore des vibrations provoquées par l’écoulement de l’air à l’intérieur de l’outil.

Le niveau de bruit des outils à main peut atteindre 110 dB (A) à hauteur des oreilles de l’opérateur.

La combinaison des bruits causés par l’ensemble des machines d’un atelier, artisanal autant qu’industriel, implique que chaque cas est unique et demande une étude spécifique. Des améliorations du niveau de bruit émis à la source constituent un premier niveau de mesures, qui doit le plus souvent être complété par l’installation d’écrans, de parois absorbantes, de cabines insonorisantes et de capotages.

Copyright Delaunay SAS

 

Référence à consulter

Occupational exposure to noise – Evaluation, prevention and control
Editor : World Health Organization
http://www.who.int/occupational_health/publications/occupnoise/en/


Crédit photos : ©-industrieblick-Fotolia.com_44569070 ,   ©-Delaunay-Acoustique.com

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