Résumé

Le bruit et les vibrations affectent quotidiennement des centaines de milliers de travailleurs au Québec. L'exposition au bruit excessif contribue à l'isolement, réduit la coordination et la concentration et augmente donc le risque d'accident et de surdité. Les vibrations peuvent être transmises au corps humain par l'utilisation d'outils vibrants ou par la conduite de véhicules dans des conditions défavorables. Elles peuvent alors générer diverses pathologies qui handicapent la personne affectée. Le bruit et les vibrations constituent donc des nuisances qui peuvent altérer la santé des travailleurs, réduire leur productivité et générer de l'absentéisme. En d'autres termes, ces nuisances engendrent des coûts humains, sociaux et économiques importants.

Dans plusieurs secteurs d'activité professionnelle au Québec comme les mines, la construction, la transformation de métaux, la forêt, l'agriculture, l'aéronautique, la police, etc., les bruits et les vibrations proviennent souvent de phénomènes rapides ou de courte durée de vie (bruits impulsionnels de fort niveau, chocs et impacts d'outils percussifs, rivetage, clouage, forage, explosions…). Divers outils de modélisation ont été développés pour favoriser la réduction du bruit et des vibrations en milieu de travail. Il s'agit toutefois de modèles fréquentiels qui conviennent bien aux phénomènes continus et stationnaires, mais qui ne peuvent traiter efficacement des phénomènes transitoires ou impulsionnels. Pour de tels phénomènes, des modèles conçus dans le domaine temporel seraient plus appropriés puisque ceux-ci serviraient à résoudre les équations de propagation d'ondes et de l'élastodynamique directement dans le temps, en principe sans approximations simplificatrices. De tels modèles serviraient aussi à l'analyse de phénomènes non linéaires que ne peuvent traiter efficacement les méthodes fréquentielles.

Le présent projet a consisté à faire une étude bibliographique des outils de modélisation temporelle et à documenter leurs applications en santé et en sécurité du travail, plus spécifiquement dans la réduction des bruits et des vibrations impulsionnelles transitoires ou non linéaires. La revue de la littérature a couvert près de deux cents documents.

Dans la première partie, les fondements des méthodes temporelles ont été exposés. Leur description générale a été faite et les diverses méthodes de résolution ont été présentées. Deux grandes classes de résolution ont été détaillées : les méthodes élaborées directement dans le domaine temporel, et celles qui procèdent par des transformations dans les domaines de Laplace ou de Fourier. Les avantages et inconvénients des diverses méthodes ont été rapportés, de même que leurs différences et complémentarités avec les méthodes fréquentielles. Un inventaire non exhaustif de codes de calcul basés sur des méthodes temporelles a aussi été dressé.

La seconde partie de l'étude a servi à recenser des applications existantes basées sur des méthodes temporelles en santé et en sécurité du travail. La revue a d'abord été axée sur les applications relatives aux protecteurs auditifs et au système auditif soumis à du bruit impulsionnel. Ensuite, les applications en lien avec les phénomènes non linéaires et les phénomènes transitoires découlant de bruits impulsionnels, chocs et impacts ont été recensées. Enfin, la caractérisation des matériaux poreux par des méthodes temporelles pour une utilisation optimale en contexte transitoire a été ciblée. Il a été constaté que les applications existantes révèlent les potentialités énormes des méthodes temporelles, mais celles-ci semblent encore très peu exploitées dans des problématiques concrètes de bruit et vibrations en santé et en sécurité du travail (SST).

Au vu de l'étude, il serait opportun de pouvoir tester quelques logiciels commerciaux de modélisation temporelle pour évaluer leurs performances réelles en matière de résolution de problématiques vibroacoustiques générées par des bruits impulsionnels en SST. Les résultats de ces tests permettraient de juger de la pertinence de se doter d'outils de modélisation temporelle appropriés pour l’élimination ou la réduction de bruits et de vibrations de fort niveau en milieu de travail. Les outils numériques aideraient en effet les chercheurs à bien prédire et à améliorer l’efficacité des protecteurs auditifs soumis à des bruits impulsionnels de forte intensité, et à favoriser la réduction des bruits et des vibrations générés par des outils percussifs, entre autres par l'utilisation de matériaux poreux et viscoélastiques mieux caractérisés.