Une analyse en fonction du temps par enregistrement, ou même à l'oreille, d'un bruit de circulation routière montre à l'évidence des variations importantes et assez quelconques.
On utilise pour ce type de mesure un sonomètre dit "intégrateur" ou un logiciel spécifique, qui réalisent automatiquement une approximation par pas temporel court de la fonction L(t) de variation. Voir figure ci-contre : d'abord, enregistrement brut, ensuite, approximation par pas temporel, l'échelle des temps est dilatée.

Cette fonction approximée permet d'effectuer le calcul de la moyenne de L(t) pendant la durée de la mesure. On pourrait le faire graphiquement.
Mathématiquement et d'une manière générale, la moyenne sur une période T d'une fonction F approximée par des valeurs Fi s'écrit :

On définit donc le niveau sonore moyen ou équivalent Leq :
    voir bases, définition Leq
Ce Leq est obtenu par lecture directe et en temps réel pendant les mesures avec les sonomètres et logiciels d'acquisition actuels.
(Il n'y a donc pas nécéssité d'utiliser la formule !)

On constate aux abords d'une route à trafic important et stable que :

• Leq se stabilise (tend vers une constante) après quelques minutes d'observation
• Leq ne dépend pas du moment de la mesure si le trafic est stable
• on obtient les mêmes conclusions, avec le niveau global pondéré A nommé LAeq, et les spectres en octaves; voir bases
• mais bien sûr, il dépend du point de mesure (influence de la distance, des obstacles)

Le bruit émis par un véhicule est dû :

• au moteur, donc dépend du véhicule, de sa vitesse, de son accélération,
• au roulement sur la chaussée, donc des pneumatiques, du revêtement routier,
• à la pénétration dans l'air (bruit dit aéraulique), donc de la vitesse.

L'explication fait appel aux lois de la statistique : le passage des véhicules en un point est une fonction aléatoire, les niveaux sonores obéissent à une loi de Gauss, leur moyenne est constante si l'échantillonnage est représentatif (comme pour un sondage). A partir du moment où la mesure ou le calcul ont pris en compte un nombre de véhicules suffisant, leur réparttition en catégories d'émission sonore est toujours la même (véhicules légers récents, anciens, 2 roues, poids lourds, etc).
On peut donc généraliser les analyses, Et, en ayant effectué de nombreuses mesures en divers points, en déduire l'influence du trafic, de la distance, de l'effet de la géométrie des abords de la chaussée, d'un écran, etc.

Conséquences

Le spectre moyen relevé est partout le même, et présente des valeurs fortes aux fréquences basses. La réglementation sur l'isolation aux bruits extérieurs dans l'habitat en tient compte, sous la forme d'exigences d'isolements par rapport à ce spectre moyen, nommé "bruit de route". Voir page isolement.
Or il est plus difficile d'obtenir de bons isolements aux fréquences basses. Voir parois simples

Des formules de calcul ont pu ainsi être établies et vérifiées :

• variation en fonction du trafic : LAeq (Q) = LAeq (Q0) + 10 Log (Q/Q0)    dans laquelle Q0 = quantité de véhicules à l'heure de référence ; Q = autre valeur
  Ainsi le LAeq dépend des horaires : par exemple, un triplement du trafic aux heures de pointe correspond à une augmentation de + 5 dBA .
• variation en fonction de la vitesse moyenne (ou maxi autorisée) : une raison (de plus) justifiant les limitations de vitesse en zône habitée.

On constate aussi, ce qui est relativement évident, que les poids lourds émettent des niveaux sonores plus élevés que les autres véhicules, ce qui est d'ailleurs normal réglementairement (règles du code de la route s'appliquant aux constructeurs).
Il existe des formules prenant en compte le pourcentage de poids lourds (sur autoroute, souvent plus élevé la nuit).

La réalité de la nuisance

Le Leq représente une moyenne. Il est égal au niveau sonore constant qui aurait nécessité pour exister, au point considéré, pendant la période de temps considérée, la même énergie totale.
On peut considérer qu'il traduit bien la gêne lorsque le bruit est assez constant, par exemple de jour aux abords d'une route importante.

Il apparait peu significatif dans d'autres cas, lorsque les bruits sont très variables ou ont un caractère inopiné :

• passages ponctuels de véhicules très bruyants sur une petite route;
• de nuit en ville : combien de personnes va réveiller un poid lourd ou une moto en pleine accélération ?

Par exemple, on peut émettre un doute sérieux sur la pertinence du Leq pour définir les nuisances sonores des lignes de TGV, il sert pourtant de base de raisonnement dans certaines études d'impact.

Pour caractériser correctement la nuisance, il existe des quantités autres, traduisant les variations de niveau sonore, ou amplitudes par rapport à la moyenne, plus significatives dans ce type de cas.

Analyse théorique

On assimile une route à trafic élevé à une ligne source, le long de laquelle l'émission sonore est constante :

Ce qui signifie que tous les véhicules émettent la même énergie sonore, qu'il y a des véhicules partout régulièrement sur les chaussées.
Donc modèle théorique valable si le débit ou trafic est important, les vitesses homogènes, et en se plaçant dans une direction proche de l'horizontale.

On démontre alors que le niveau sonore varie en fonction de la distance d à la ligne de sources selon la loi :

avec d = distance à la ligne du point M ; d' distance du point M'

Dans cette relation, si d' = 2d, Lm' = Lm - 3 dB, c'est à dire :

Le niveau sonore engendré par une route diminue théoriquement de 3 déciBels par doublement de la distance, ce qui est très faible.
Dans la pratique, si le trafic est moyen, dans la mesure où les conditions théoriques ne sont pas tout à fait vérifiées, on peut admettre une diminution par doublement de la distance de 4 déciBels.

Pour des distances moyennes ou grandes, d'autres paramètres influent :

• absorption de l'air, principalement aux fréquences élevées, dépendant fortement de l'humidité
• direction du vent
• différence de températures entre le sol et les couches d'air supérieures

A des distances de plusieurs centaines de mètres, ces influences sont fortes, les riverains peuvent se rendre compte, avec l'habitude, des conditions météo à l'oreille.

Le modèle théorique ne tient pas compte de l'influence des sols, qui peuvent être naturels, végétalisés, ou aménagés.
Un effet de réflexion d'un sol bétonné, goudronné, favorise la propagation et augmente les bruits.
Un sol naturel engendre une certaine absorption, diminuant les nuisances à distance moyenne et à proximité du sol.

La chaussée est forcément réfléchissante, ce qui favorise une propagation dans une direction faisant un angle de 25 à 35° environ par rapport à l'horizontale. On dit que "le bruit monte" : ce n'est pas vraiment exact, c'est l'influence de la réflexion des sols, chaussée et éléments bâtis proches.
Dans certaines zônes urbaines, des réfections de chaussée avec des enrobés spéciaux dits "silencieux", qui sont aussi drainants, peuvent diminuer de plusieurs dB les nuisances, parce qu'ils diminuent le bruit de roulement au niveau du contact pneu-chaussée.

Les façades des bâtiments sont toujours réfléchissantes. En zône très construite, de multiples réflexions peuvent se produire et engendrer des bruits importants sur des façades non exposées en vue directe d'une voie de circulation.

L'habitation de la figure ci-contre a une façade côté opposé à la route qui, en fait, subit des nuisances presque aussi élevées que la façade côté route.

On peut faire une estimation en faisant un raisonnement géométrique sur les angles de vue directe et de réflexions.

L (d) = niveau sonore à la même distance, sans obstacles
alfa1 = angle de vue directe de la façade considérée
alfa2 = angle dans lequel il existe des réflexions

Conclusion

Les bruits des routes se propagent très facilement, la distance les diminue insuffisamment.
Pour éviter les nuisances, il faudrait ne pas construire sur des distances importantes, et pas en hauteur.

La seule solution efficace est de réaliser des protections à la source, où à sa proximité immédiate. C'est le rôle des écrans anti-bruit.

suite : écrans anti-bruit

voir aussi :    fenêtres et vitrages     parois composées     isolement