Bac Centres étrangers 2024 Sujet 1
Exercice 2 – (5 points) – Durée 0h53 – Calculatrice autorisée
Sujet n° 24-PYCG22BIS
EXERCICE 2 – SÉCURITE ACOUSTIQUE (5 points)
Le réchauffement climatique a un impact sur la fréquence et l’intensité des épisodes de grêle. « Une fréquence augmentée de 30 %, une intensité augmentée en moyenne de 10 % à 15 % », assure Jean Jouzel, climatologue et ancien membre du GIEC.
Afin de protéger leurs cultures des dégâts que peut engendrer la grêle, certains agriculteurs ont opté pour l’installation de canons anti-grêle (photographie ci-contre). Il s’agit de générateurs d’ondes de choc brèves, composés d’une chambre d’explosion (1) et d’un diffuseur conique (2).
Le principal inconvénient de ce type d’installation est la nuisance sonore liée aux explosions bruyantes qui se succèdent quand un orage est annoncé.
Dans cet exercice, nous allons nous intéresser aux questions suivantes : de quel ordre est le risque sonore lié à l’utilisation du canon anti-grêle pour une personne qui habite ou travaille à proximité ? Peut-on le prévenir à l’aide d’un dispositif nommé « silencieux », installé sur le canon ?
Données :
- Puissance acoustique d’un canon anti-grêle : 𝑃 = 503 W
- Pour une source sonore ponctuelle, l’intensité sonore 𝐼 à une distance d de la source est reliée à la puissance sonore 𝑃 de cette source par la relation : $I=\frac{P}{4\times\pi\times d^2}$
- Intensité sonore de référence : 𝐼0 = 1,00 × 10−12 W ∙ m−2
- Niveau d’intensité sonore :$L=10\times\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$
1. Risque sonore du canon anti-grêle
On se propose d’étudier le risque sonore du canon anti-grêle pour une personne qui travaille ponctuellement à proximité afin de la conseiller sur des actions de prévention.
Q1. Calculer la valeur de l’intensité sonore 𝐼1 perçue par un travailleur situé à une distance 𝑑1 = 1,00 m du canon anti-grêle.
D’après les données :
$$I=\frac{P}{4\times\pi\times d^2}$$
$$I_1=\frac{P}{4\times\pi\times d_1^2}$$
$$I_1=\frac{503}{4\times\pi\times{1,00}^2}$$
$$I_1=40,0\ W.m^{-2}$$
Q2. Montrer que le niveau d’intensité sonore 𝐿1 à la distance 𝑑1 = 1,00 m du canon vaut 𝐿1 = 136 dB.
D’après les données :
$$L=10\times log\left(\frac{I}{I_0}\right)$$
$$L_1=10\times log\left(\frac{I_1}{I_0}\right)$$
$$L_1=10\times log\left(\frac{40,0}{1,00\times{10}^{-12}}\right)$$
$$L_1=136\ dB$$
Q3. À l’aide du document 1, page 8, indiquer quels conseils donner à une personne exposée au bruit qui travaille dans un périmètre d’un mètre autour d’un canon anti-grêle en fonctionnement.
D’après l’énoncé : « Il s’agit de générateurs d’ondes de choc brèves ». Il s’agit donc d’un bruit court entre 135 et 137 dB.
Une personne exposée au bruit qui travaille dans un périmètre d’un mètre autour d’un canon anti-grêle en fonctionnement doit :
Porter des protections individuelles contre le bruit
Se renseigner et être formé sur les risques et les PICB
Faire un examen audiométrique préventif (examen proposé).
Document 1 – Valeurs limites d’exposition
| Exposition quotidienne pendant 8 h | Bruits courts | Actions requises |
| Quel que soit le niveau | Pas d’obligation à mettre en place des actions spécifiques. Évaluation du risque. Suppression ou réduction au minimum des risques liés à l’exposition au bruit. | |
| Supérieur ou égal à 80 dB et inférieur à 85 dB | Supérieur ou égal à 135 dB et inférieur à 137 dB | Mise à disposition de protections individuelles contre le bruit (PICB). Information et formation des travailleurs sur les risques et les PICB. Examen audiométrique préventif proposé. |
| Supérieur ou égal à 85 dB et inférieur 87 dB | Supérieur ou égal à 137 dB et inférieur 140 dB | Mise en œuvre d’un programme de mesures de réduction d’exposition au bruit. Signalisation des endroits concernés et limitation d’accès. Port obligatoire des PICB. Contrôle du port effectif des PICB. Examen audiométrique préventif régulier. |
| Supérieur ou égal à 87 dB | Supérieur ou égal à 140 dB | Signalisation des endroits concernés, limitation et contrôle des accès. Adoption immédiate de mesures de réduction du bruit. |
D’après https://www.cmsm.fr/wp-content/uploads/2019/12/bruit_et_reglementation.pdf
On se propose maintenant d’étudier le risque sonore du canon anti-grêle pour un habitant du secteur, exposé de manière continue au bruit du canon.
Sur le plan ci-dessous, on note C la position du canon anti-grêle et H la position de l’habitant dans son habitation. On note 𝑑2 la distance entre le canon et l’habitation (𝑑2 = HC).
On admettra que $L_2 = L_1 – 20 \times \log\left(\frac{d_2}{d_1}\right)$.
Q4. À l’aide du plan, déterminer la valeur de la distance 𝑑2 et en déduire la valeur du niveau d’intensité sonore 𝐿2 d’une détonation entendue au niveau de l’habitation H.
Sur le schéma, on lit 11,5 cm soit d2=1150 m en réel.
$$L_2=L_1-20\times log\left(\frac{d_2}{d_1}\right)$$
$$L_2=136-20\times log\left(\frac{1150}{1,00}\right)$$
$$L_2=74,8\ dB$$
Q5. Déterminer si les détonations du canon anti-grêle présentent un risque sonore pour les habitants de l’habitation H et expliquer pourquoi.
D’après l’énoncé : « Il s’agit de générateurs d’ondes de choc brèves ». Pour les habitants de l’habitation H, Il s’agit donc d’un bruit court inférieur à 135 dB. D’après le document 1, il n’y a pas de risque sonore pour les habitants de l’habitation H
Le niveau d’intensité sonore n’est pas le seul facteur de risque. On appelle émergence sonore 𝜀S la modification du niveau d’intensité sonore ambiant du fait d’un bruit soudain. L’émergence sonore peut entraîner une augmentation du stress.
En première approche, on peut évaluer l’émergence sonore par la différence de niveau d’intensité sonore entre un son ponctuel et le son ambiant. Le code de la santé publique indique que l’émergence sonore ne doit pas dépasser +5 dB le jour et +3 dB la nuit.
Ces éléments vont permettre d’affiner l’étude du risque acoustique autour de l’habitation. Le niveau d’intensité sonore moyen ambiant autour de l’habitation H, 𝐿H, vaut 𝐿H = 65 dB. Au moment d’une explosion du canon, le niveau d’intensité sonore de la détonation entendue au niveau de l’habitation H, 𝐿2, est mesuré à 𝐿2 = 75 dB.
Q6. Calculer, au niveau de l’habitation, la valeur de l’émergence sonore 𝜀S due au fonctionnement du canon.
On appelle émergence sonore ɛs la modification du niveau d’intensité sonore ambiant du fait d’un bruit soudain.
$$\varepsilon_s=L_2-L_H$$
$$\varepsilon_s=75-65$$
$$\varepsilon_s=10\ dB$$
Q7. Commenter ce résultat en considérant les attendus du code de la santé publique.
Le code de la santé publique indique que l’émergence sonore ne doit pas dépasser +5 dB le jour et +3 dB la nuit.
Qu’il fasse jour ou nuit, l’émergence sonore est supérieure aux normes du code de la santé publique.
2. Réduction d’un risque au moyen d’un silencieux
Afin de résoudre les risques étudiés précédemment, le canon anti-grêle est équipé d’un silencieux entourant le canon. Ce silencieux est constitué d’un coffrage recouvert à l’intérieur d’un matériau isolant phonique.
Le coefficient d’absorption acoustique 𝐶abs d’un matériau servant à l’isolation phonique caractérise sa capacité à atténuer les sons. Plus le coefficient d’absorption acoustique est élevé, meilleure est l’isolation. C’est une grandeur sans unité.
On admet qu’un coup de canon est un son de fréquence 𝑓 d’environ 1000 Hz.
Q8. Parmi les matériaux présentés dans le document 2, page 10, préciser celui qui est le plus adapté pour tapisser les parois du silencieux. Justifier.
Document 2 – Variation du coefficient d’absorption acoustique 𝐶abs de différents matériaux en fonction de la fréquence 𝒇 du son à absorber, pour une épaisseur de 𝟑𝟎 𝐦𝐦 de matériau
https://www.solutions-elastomeres.com
D’après l’énoncé : « Plus le coefficient d’absorption acoustique est élevé, meilleure est l’isolation. On admet qu’un coup de canon est un son de fréquence f d’environ 1000 Hz. »
Parmi les matériaux présentés dans le document 2, page 10, celui qui est le plus adapté pour tapisser les parois du silencieux est le mousse faces lisses 30 mm car il possède le coefficient d’absorption acoustique Cabs le plus élevé.
Le matériau choisi à la question Q8 permet en moyenne de réduire de 14 dB la transmission du bruit à travers les parois du canon anti-grêle.
Q9. Déterminer si le canon anti-grêle muni d’un silencieux représente un facteur de risque sonore au niveau de l’habitation H selon les attendus du code de la santé publique. Justifier.
Le matériau choisi à la question Q8 permet en moyenne de réduire de 14 dB la transmission du bruit à travers les parois du canon anti-grêle.
Calculons le niveau sonore à 1 m du canon :
$${L\prime}_1=L_1-14$$
$${L\prime}_1=136-14$$
$${L\prime}_1=122\ dB$$
Calculons le niveau sonore au niveau de l’habitation H :
$${L\prime}_2={L\prime}_1-20\times log\left(\frac{d_2}{d_1}\right)$$
$${L\prime}_2=122-20\times log\left(\frac{1145}{1,00}\right)$$
$${L\prime}_2=60,8\ dB$$
Calculons l’émergence sonore ɛs :
$$\varepsilon_s={L\prime}_2-L_H$$
$$\varepsilon_s=60,8-65$$
$$\varepsilon_s=-4,2\ dB$$
Le code de la santé publique indique que l’émergence sonore ne doit pas dépasser +5 dB le jour et +3 dB la nuit.
Dans notre cas, l’émergence sonore est négative, elle est conforme au code de la santé publique.