Communications 

Cartographie du Bruit conformément à la directive européenne sur le bruit dans l'environnement pour la ville de Lübeck, Allemagne


Session Evironnement Bruit
 


Sven M0HR
Dipl.-Ing. 
ville de Lübeck
Berliner Ring 39
23843 Bad Oldesloe   
Allemagne
mohr_sven@gmx.de


 Pierre ARCE
 Responsable Environnement 
 Brüel & Kjaer France
 46 rue du Champoreux
 91540 Mennecy, France 

 

Mots-clés, logiciels ESRI utilisés et publics visés
 


Mots-clés :  LimAarc, Directive Européenne relative au bruit dans l'environnement, directive 2002/49/EG, exposition au bruit, cartographie du bruit

Logiciels ESRI utilisés : ArcGIS 9.1 SP4, 3DAnalyst

Public visé : spécialistes SIG, collectivités locales, communuatés d'agglomération, conseils généraux

 

Résumé :



Comme beaucoup de villes en Allemagne et plus généralement en Europe, la réponse à la Directive Européenne 2002/49/EG a d’abord représenté un problème pour la ville de Lübeck. En effet, la Directive demande une représentation normalisée par classes de niveaux de bruit (carte de bruit) :
- de la situation sonore sur toute la surface de l’agglomération ;
- l’évaluation statistique du nombre de personnes exposées, du nombre de bâtiments et logements exposés.

De plus, une attention particulière doit être portée sur les bâtiments hospitaliers et scolaires.
 
Une transposition tardive en droit allemand combiné à un court délai de remise des résultats créa quelques tensions. Une grande partie des données nécessaires à la réalisation de ces cartes de bruit et analyses statistiques étaient manquantes.
Cette présentation va mettre en avant comment une intégration appropriée d’un outil SIG est possible sur la base d’un cas pratique et les résultats que l’on peut obtenir.


Exigences Techniques


La définition des besoins techniques pour répondre à la directive européenne fut d’abord établie. Afin de gérer au mieux la gestion du bruit (établissement de cartes, gestion de plans de d’action) l’achat d’une solution logicielle semblait la plus pertinente et économique. Les logiciels furent donc analysés selon les critères suivants :
 
1. Intégration des normes internationales de calcul prévisionnel du bruit
2. Gestion de données pour intégrer et traiter des données provenant de différentes sources avec différents formats
3. Ergonomique et permettant un travail en monoposte
4. Vitesse de calcul pour permettre un temps de calcul raisonnable en tenant compte de la taille d’une ville comme Lübeck
5. Coûts d’achat et de maintenance
 
La ville de Lübeck, autorité compétente pour l’implémentation de la directive européenne selon la transposition en droit allemand, possédait déjà ArcGIS 9.1[1] pour la gestion interne des geodata. C’est pourquoi, une grande importance a été attachée à la sélection d’une solution compatible avec l’architecture logicielle existante et notamment pouvant être utilisée avec la même interface logicielle. Bien que tous les logiciels du marché affichaient la possibilité d’import de données de logiciels ESRI (options complémentaires à ces logiciels), un seul logiciel sortait du lot pour par son intégration au système existant d’acquisition de données.
LimAarc est un logiciel développé en coopération entre IVU Umwelt et Stapelfeldt Ingenieurgesellschaft mbH qui permet l’intégration complète du logiciel de calcul prévisionnel de bruit LimA dans la suite logicielle ArcGIS de ESRI. De cette manière, toutes les données nécessaires peuvent être traitées et analysées directement dans ArcGIS. Ainsi, (1) il n’y a pas d’étape supplémentaire d’import de données géo référencées à gérer vers un logiciel de calcul, et (2) il y’a seulement un jeu de données sans aucune redondance. De plus, (3) les données de sortie sont directement disponibles au format grille, peuvent être traitées directement et rapidement, et si nécessaire, visualisables dans des extensions telles que 3D Analyst.
Le logiciel LimA calcule la propagation du bruit dans l’environnement conformément à un grand nombre de normes nationales et internationales. Il répond ainsi aux exigences de la commission Européenne telles que la Directive sur le bruit dans l’environnement (2002/49/EG), les Guides d’application à cette directive et notamment les méthodes de calcul intérimaires (2003/613/EC) et les guides de bonnes pratiques sur le prévention et le contrôle des nuisances (96/61/EEC).
La gestion des données associée à l’interface conviviale de LimAarc offrent une utilisation efficace combinée avec les fonctions d’import flexibles et multifonctionnelles de ArcGIS.
De plus, les tests croisés en Grande Bretagne ont montré que LIMA, du fait de ses algorithmes de calculs, est le moteur de calcul le plus rapide.
C’est sur la base de ces éléments que le choix de LIMA avec son extension LimAarc a été fait, malgré un coût  d’achat et de maintenance relativement plus élevé que les solutions concurrentes.
La solution a été installée sur un Hardware performant afin de pouvoir réaliser les calculs grande échelle ainsi que la représentation des cartes de bruit. La solution de calcul en réseau n’a pas été retenue.

[1] Depuis mis à jour en Version 9.2





La situation initiale


La ville de Lübeck a une surface totale de of 214 km2 et compte de 214,000 habitants. Selon la Directive Européenne, avec un nombre d’habitants inférieur à 250 000, la ville de Lübeck doit publier ses résultats pour 2012. Toutefois, la ville de Lübeck doit aussi publier ses résultats pour les routes la traversant avec un trafic de plus de 6 millions de véhicules comme demandé par la Directive Européenne avec une publication des résultats pour le 30 juin 2007.
L’analyse statistique du trafic routier des années précédentes a permis d’identifier 57 km de routes sur le territoire de la ville de Lübeck pour lesquels la carte de bruit devait être réalisée pour le 30 juin 2007. De plus 23 km de tronçons routiers ayant une influence acoustique sur la zone de calcul précédemment identifiée ont également été identifiés. Après cette sélection, une analyse des données d’entrée a été réalisée. En effet, une quantité importante de données est nécessaire pour réaliser les calculs acoustiques normalisés. Ces paramètres doivent être importés pour chaque tronçon de route identifié. Cependant, en utilisant les tables attributaires du SIG pour chacune des couches concernées, cette gestion d’import de données devient très simple. De plus certains paramètres tels que la largeur de voie sont facilement caractérisables (par photo aérienne), d’autres comme le profil de la route, les données trafic horaire, peuvent être obtenus moyennant un effort temps et argent conséquent. Heureusement, l’Etat Fédéral de Schleswig-Holstein a géré la création d’une base de données géoréférencées pour ses villes afin de centraliser les données et faciliter le travail. Cette base était presque complète. Les données présentes furent contrôlées et ajustées quand nécessaire. Les données manquantes furent collectées par des inspections sur site.
 


Création du modèle de la ville de Lübeck


1. Le terrain



Les méthodes de calcul de propagation de bruit tiennent compte des effets météorologiques ainsi que de l’impact sur la propagation de la topographie. Afin de tenir compte de la topographie, le modèle numérique de terrain de la ville de Lübeck fut construit. La valeur d’entrée d’origine fut construite sur la base de points avec la valeur Z renseignée, le tout au format ASCII. Avec le logiciel 3D Analyst d’ESRI, il a été possible de convertir rigoureusement ces données raster en lignes de contour. La table d’attribut de la couche ainsi construite a ensuite été formatée avec le module LimAarc pour adapter cette couche pour le calcul dans Lima.



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Fig.1: Construction du modèle de terrain

La couche ainsi créée est prête pour le calcul.

2. L’émission : les données liées au trafic routier



Pour répondre à la Directive européenne, les routes ayant un trafic de plus de six millions de véhicules par an doivent être considérées. Les données géographiques et de trafic de ces axes routiers furent communiqués par les autorités fédérales. Toutefois, deux problèmes surgirent pendant le traitement de ces données :

a) le niveau de précision pour la représentation géographique de ces axes n’est pas adapté pour le moteur de calcul LimA. En effet, les axes routiers étaient parfois représentés au delà de la voie routière existante. La conséquence d’une telle représentation aurait amené a une fausse évaluation de la situation acoustique et notamment les niveaux de bruit reçus en façade du fait d’une distance voie routière - bâtiment erronée.


b) Les données fournies par les autorités fédérales n’étaient renseignées que pour les voies routières relevant de leur responsabilité. Les données concernant les axes routiers gérés par la ville de Lübeck étaient manquantes.

Aussi, il fut décidé d’adapter les données existantes et de créer les données manquantes sur la base d’une digitalisation. La digitalisation fut réalisée dur la base de photos aériennes en haute résolution (Fig. 2).



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Fig. 2: digitalisation des axes routiers

Comme vu précédemment, une simple mise en relation, avec LimA, des données de trafic routier avec les voies concernées dans les tables attributaires fut réalisée. Cette tâche fut réalisée très simplement du fait de l’intégration du logiciel LIMA dans l’interface de ArcGIS.
Après ajustement des géométries et import des données trafic dans la base attributaire, la couche émission était prête pour pouvoir lancer le calcul.
 

3. Bâtiments



La ville de Lübeck compte près de 96 000 bâtiments. Près de 24 000 bâtiments en bordure de Lübeck ont une influence sur la propagation du bruit routier. 37 000 bâtiments ont finalement été retenus : il s’agit des bâtiments ayant une influence sur la propagation acoustique des tronçons routiers devant être pris en compte pour l’application de la directive européenne. Pour pouvoir répondre de manière complète à la Directive Européenne, un grand nombre d’informations doit être attribué à ces bâtiments. Il y’a par exemple : la hauteur, le nombre d’occupants (pour les bâtiments résidentiels)…  Les grandes possibilités d’import de ArcGIS permettent une attribution automatique des données trafic aux tronçons routiers concernés, sous réserve d’une mise en relation en amont des champs concernés. Tant pour les données hauteur de bâtiments relevées au laser, que pour les données population issues des données cadastrales locales, la mise à jour de la table attributaire bâtiment a été réalisée aisément avec LimAarc. Une vérification des données a été bien entendu réalisée et notamment l’affectation de la hauteur en valeur relative par rapport à la topographie du site.



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Fig. 3: vérification de la hauteur des bâtiments

D’autres éléments ont également une influence sur la propagation acoustique : les ponts, tunnels ou écrans antibruit. La modélisation de ces objets est facilement réalisable par le biais d’une intégration totale des paramètres LimA dans ArcGIS. Une vérification visuelle a toutefois été réalisée (avec le module 3DAnalyst ou LimA module 8).


L’utilisation des données SIG avec LimA


Toutes les données ainsi assemblées, à savoir les couches graphiques associées aux données d’entrée nécessaires aux calculs acoustiques sont directement accessibles depuis LimA. Ainsi, si tous les éléments du modèle digital de la ville ont été correctement configures, le calcul acoustique peut être lancé.
Tout ce travail a été réalisé avec l’interface de ArcGIS. Les écrans de saisie pour le lancement du calcul prévisionnel de bruit sont intégrés et par conséquent utilisables depuis l’interface de l’extension LimAarc, incluant l’aide en ligne.
L’administration du calcul - à savoir lancement du calcul, gestion des priorités – est faite depuis l’interface ArcGIS via le module LimAarc en lançant un programme externe (LimA).
 



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Fig. 4: interface de LimAarc

Depuis l’interface LimAarc, les boîtes de dialogue sont directement lancées depuis LimA dont les paramètres sont transférés dans la librairie. Les données sont ensuite consolidées dans un projet par LimA.
Après la création et l’envoi de ce projet au moteur de calcul, les calculs sont lancés en tâche de fond. Ainsi, ArcGIS peut être utilisé pour d’autres projets ou tout simplement fermé.
Les données issues des calculs peuvent être importées dans le projet à n’importe quel instant et sont immédiatement disponibles au format utilisable (table raster ESRI). Ainsi la large gamme d’outils d’affichage de ArcGIS peut être utilisée pour la visualisation des résultats.


Conclusion


Pour les collectivités déjà utilisatrices des solutions ESRI, avec le savoir faire de gestion de données géoréférencées, et pour qui la gestion du bruit semble abordable, l’extension LimAarc représente une solution pertinente. Le logiciel de calcul acoustique associé étant lui même reconnu parmi les experts en acoustique.
Les données géoréférencées existantes sont directement utilisables depuis la suite logicielle SIG pour l’édition, l’adaptation. La donnée ainsi traîtée est directement utilisable (sans tâche d’import ou d’export vers un outil extérieur) pour la visualisation en cartes ou sous forme de tableaux de résultats.
Le menu de navigation LimAarc et l’aide en ligne associée pour toutes les procédures sont complètement intégrées dans l’interface ArcGIS. Cela comprend la définition des paramètres et des options de calcul. Le calcul qui peut durer des semaines – en fonction de la surface à cartographier, du nombre d’obstacles, des hypothèses de calcul, se déroule en tâche de fond. ArcGIS peut donc être utilisé pour d’autres applications et autres projets.
La prise en main de cette solution ne nécessite pas une formation lourde du fait de son interface intuitive et compréhensive. L’efficacité de l’outil a permis de publier les cartes de bruit dans les délais impartis et ce malgré les problèmes du début du projet. La ville de Lübeck est en phase de réalisation et de définition des plans d’action de reduction du bruit.



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Fig. 5: carte de bruit créée avec LimAarc, contours de bruit période de nuit entre 22.00 h and 6.00 h


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