Contrôle sonore pour des pompes à chaleur air-eau

La conversion aux énergies renouvelables est une nécessité en cette période de lutte contre le changement climatique. C’est pourquoi la technologie de chauffage fait de plus en plus appel à des pompes à chaleur air-eau. La demande augmente, car dans une plage de capacité de chauffage comprise entre 3 et 30 kW, ces appareils constituent une solution judicieuse pour nombre de maisons unifamiliales et de petits immeubles à appartements. Les PAC air-eau ne sont toutefois pas totalement silencieuses. Plus le bâti est dense, plus il y a de risques que les voisins subissent des nuisances sonores. Dans ce contexte, ce n’est pas tant le niveau sonore mesuré qui se révèle déterminant, mais plus la manière dont ce bruit est perçu. En d’autres mots, la psychoacoustique joue un rôle.

En principe, une pompe à chaleur fonctionne de la même manière qu’un réfrigérateur (Figure 1). Ce dernier extrait la chaleur des aliments à l’intérieur et la libère à l’extérieur. Les pompes à chaleur air-eau extraient leur chaleur de l’air ambiant et la transfèrent au système de chauffage, qui chauffe l’appartement ou est utilisé pour chauffer l’eau. Le flux d’air nécessaire à travers l’évaporateur est généré par des ventilateurs, ce qui va inévitablement produire plus ou moins de bruit. Cela s’applique également aux ventilateurs équipés des moteurs EC GreenTech, qui sont pourtant particulièrement silencieux. La configuration de montage peut également avoir un impact négatif. Quiconque fabrique ou installe des pompes à chaleur air-eau doit donc inévitablement faire face à la question du bruit.

Pourquoi un bruit semble-t-il agréable ou désagréable ?

Les valeurs qui sont fixées dans les directives et les normes, et qui sont mesurables sur banc d’essai, n’ont que peu de rapports avec la perception humaine du bruit. Jusqu’à présent, des aspects tels que la tonalité, c’est-à-dire le rapport entre les tons, n’ont pas été suffisamment traités par les normes et les prescriptions. Diverses enquêtes psychoacoustiques traitent actuellement de cette question. La psychoacoustique vise à définir pourquoi nous percevons un son déterminé comme agréable ou gênant. Le jeu de trompette, par exemple, et la pelleteuse sur un chantier de construction ont approximativement la même puissance sonore mesurable, mais sont ces bruits sont perçus complètement différemment sur le plan psychoacoustique.

Le spécialiste des moteurs et des ventilateurs ebm-papst s’est penché très tôt sur cette problématique, et il a à cet effet créé un laboratoire psychoacoustique spécial pour les tests d’écoute. Les sujets participants ont dû y écouter le bruit de pompes à chaleur avec différentes configurations de ventilateurs intégrés (Figure 2). À l’aide d’une liste de questions, les chercheurs ont ensuite élaboré une base de données scientifique. Les paramètres acoustiques importants sont par exemple le volume sonore (sone), la netteté (acum), la tonalité (mel), la rugosité (asper) et la fluctuation de puissance (vacil). La tonalité et l’impulsion constituent également des variables importantes. Par tonalité, on entend le fait que des tonalités individuelles peuvent être perçues dans un son, ce qui rend ce son plus dérangeant. L’impulsion renvoie aux sons dont le volume varie rapidement, tels que des bruits d’explosion ou de percussion. Tant l’impulsion que la tonalité peuvent être mesurées de manière objective à l’aide d’un microphone ; ces données étant ensuite comparées avec la perception des personnes testées. L’évaluation de ces dernières est alors traitée au moyen de méthodes statistiques et psychologiques. Les résultats sont enfin utilisés dans le développement des ventilateurs. Ils permettent également d’en apprendre un peu plus sur les PAC air-eau dans le test, et donc de déterminer quels sont les ventilateurs les mieux adaptés à chaque configuration d’installation. L’objectif final consiste à aboutir à une PAC qui, non seulement, produise un minimum de bruit, mais dont le bruit de fonctionnement soit également perçu par une part aussi large que possible de la population comme peu dérangeant.

Les paramètres pour l’évaluation psychoacoustique

Les résultats de ces recherches psychoacoustiques sont étudiés avec le plus grand intérêt. Une échelle a été élaborée dans le cadre d’une étude de doctorat (Figure 3). Celle-ci est désormais utilisée pour l’analyse psychoacoustique des ventilateurs. Le but de cette échelle est déterminer une corrélation entre d’une part la qualité sonore observée (exprimée dans les dimensions énumérées ci-dessus) et d’autre part des valeurs mesurables. Au cours de vastes tests d’écoute, différentes dimensions psychoacoustiques de sons ont été mises en relation entre elles et confrontées à des propriétés physiques mesurables. Au total, 123 sujets entre 19 et 60 ans ont dû écouter 89 fragments sonores répartis en trois séries. Par série, entre 30 et 40 sujets ont à chaque fois dû évaluer les fragments sonores (figure 4) sur le plan de la puissance (qualité élevée, relativement élevée, faible), de la tonalité (sifflement, murmure), de la structure dans le temps (fluctuant), de la qualité (agréable/dérangeant) et encore de la tonalité (bourdonnante/claire). Certains sons ont par ailleurs été directement comparés entre eux. Des sons individuels ont également à chaque fois été testés sur une dimension précise, de manière à servir de base à une échelle d’évaluation. D’entretiens avec les sujets testés, il a résulté que certaines caractéristiques sonores (son sourd, sombre, profond, lent, monotone, constant, doux et léger) étaient perçues comme agréables. Inversement, des caractéristiques tels que ‘cliquetis, claquant, éclatant, ruisselant, bourdonnant, changeant, élevé, aigu et sifflant’ furent perçues comme désagréables. De manière globale, les sujets testés estimèrent qu’un certain niveau sonore était acceptable, tant que ces bruits étaient perçus comme agréables. Enfin, ces tests d’écoute ont permis de définir une corrélation entre le ‘niveau de perturbation’ et un certain nombre de paramètres psychoacoustiques.

Paramètres physiques et psychoacoustiques pour évaluer les sons

Deux objectifs ont ensuite été établis sur base de ces éléments: à l’avenir, il faudra non seulement tenir compte de paramètres physiques lors de l’évaluation des bruits de ventilateur, mais aussi de paramètres psychoacoustiques. Ensuite, il conviendrait que soit définie une norme internationale, qui tienne compte des aspects psychoacoustiques. Cela pourrait grandement contribuer au développement de pompes à chaleur n’émettant pas de sons dérangeants, ce qui à son tour générerait moins de plaintes en termes de nuisances sonores provenant du voisinage.

Par: Marc Schneider (ebm-papst) et Marcel Rössler (ebm-papst)

Illustrations: ebm-papst

www.ebm-papst.com/heatpump