National Museum of African American History and Culture

Washington, D.C.

L'analyse de l’aéroacoustique diminue le risque de bruit induit par le vent dans le bâtiment

Le National Museum of African American History and Culture est le plus récent ajout au National Mall à Washington, D.C. Le musée documente l’héritage des 10 à 15 millions d'Africains amenés comme esclaves au Nouveau Monde, une pratique qui ne s’est terminée qu'au début du XIXe siècle. 

Prenant place sur le dernier grand terrain accessible sur l'esplanade située entre le Washington Monument et le National Museum of American History, la structure de plus de 106 680 mètres carrés est riche en symbolisme. La partie hors-sol est une conception à trois niveaux qui rappelle le motif Corona yoruba, ou couronne, provenant de l’Afrique de l’Ouest. Bien que la moitié de la structure soit sous terre, les cinq étages supérieurs mettent en vedette un mur-rideau de verre entouré d’un treillis maillé d'aluminium de couleur bronze ressemblant à un canevas, créant une présence étonnante à un point focal de l'esplanade. Le treillis est un élément visuel clé dans la conception du bâtiment. Composé de centaines de panneaux décoratifs individuels, il rend hommage aux habiletés en ferronnerie que de nombreux Afro-Américains nouvellement affranchis ont développées lorsqu’ils sont passés de la vie agraire à celle de professionnels dans les villes.

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  • Le défi

    L'écoulement du vent autour des bâtiments peut entraîner des niveaux de bruit gênants, surtout quand il s'agit d'un bruit tonal comme un sifflement. Conscients du fait que le terrain plat et les grands espaces sur l'esplanade feraient en sorte que le vent s’écoule rapidement en direction et autour du bâtiment du musée, les concepteurs étaient préoccupés par la possibilité de bruit causé par le vent. En raison des nombreuses ouvertures complexes dans les panneaux Corona encerclant le bâtiment juste à l’extérieur du mur-rideau de verre du musée, les concepteurs et les propriétaires du bâtiment ont déterminé qu’il serait prudent d’étudier les risques de bruit induit par le vent durant l’étape de conception, plutôt que d’attendre que des problèmes se posent et les régler après la construction.

  • Notre approche

    De nombreuses interactions complexes entre les structures et l'écoulement d’air peuvent provoquer du bruit induit par le vent, mais il est difficile de prédire toutes les sources possibles de bruit. Par conséquent, l’approche que nous avons adoptée dans ce cas-ci était de demander à l'un de nos spécialistes en aéroacoustique d'examiner la décoration extérieure du bâtiment de manière à identifier les zones critiques. Notre équipe a ensuite classé ces zones critiques selon la probabilité qu'elles génèrent un bruit désagréable; plus grand était le risque, plus notre étude afin d'évaluer le comportement de chaque élément serait approfondie.

    Il existe plusieurs causes de bruit induit par le vent autour d’un bâtiment. Il peut être causé par un « edge tone » qui se produit lorsqu’un écoulement de vent fort se déplace vers un obstacle de taille possédant des arêtes vives comme une feuille de verre avec une bordure exposée. Lorsque l’air se déplace vers le bord tranchant, son écoulement alterne d'un côté ou l'autre de l’obstacle, ce qui fait varier sa fréquence en fonction de la vitesse de l’air et la géométrie de l’objet. Si la fréquence du « edge tone » coïncide avec soit une résonance de la cavité ou une fréquence structurelle, le ton peut être amplifié et devenir nettement audible. Un autre problème est le décollement de tourbillon qui se produit quand le vent crée une vibration audible en traversant des objets contondants cylindriques comme les cordons qui composent le treillis de la Corona.

    Afin de fournir une analyse complète, il nous fallait comprendre comment chaque élément de l’extérieur du bâtiment peut produire chacun de ces phénomènes. Pour déterminer le risque de bruit induit par le vent provenant des impressionnants panneaux Corona de la façade, nous avons étudié les conditions de vent dans le secteur ainsi que les fréquences naturelles des composantes extérieures du bâtiment.

    Pour estimer les conditions locales de vent, nous nous sommes appuyés sur les données enregistrées à l’aéroport international de Baltimore-Washington qui se trouve à proximité. Bien que nous ayons découvert que le plus grand risque de bruit induit par le vent sur les panneaux Corona viendrait du décollement de tourbillon, nous avons également déterminé qu’aux niveaux inférieurs du bâtiment ce risque serait atténué par deux facteurs. Tout d’abord, le cadre supportant les panneaux par-derrière interromprait l'écoulement des vents parallèles aux panneaux. En second lieu, la proximité immédiate du mur-rideau de verre empêcherait le vent de haute vitesse de s’écouler directement à travers les perforations du panneau. Étant donné que ces deux facteurs atténuants entraient en jeu dans la partie inférieure de l’édifice, seules les deux rangées supérieures de panneaux, où le vent peut passer librement à travers les panneaux et par-dessus le bâtiment, présentaient un risque significatif de bruit induit par le vent.

    Nous avons effectué une analyse technique du mode naturel de vibration pour les deux rangées supérieures de panneaux et nous avons constaté que parce que leurs fréquences fondamentales (leurs modes plus « excitables ») sont de l’ordre de 10 Hz, les vibrations produites par le vent local seraient inférieures à la plage d’audition de l'ouïe humaine. Les modèles de perforation irréguliers et les surfaces angulaires de la façade réduisent davantage le risque que des sons soient émis à partir des panneaux.

  • Le résultat

    En nous fondant sur notre évaluation avec documentation, nous avons conclu qu’il existait un faible risque de bruits induits par le vent potentiellement audibles compte tenu des vitesses du vent typiques autour du bâtiment. Le bâtiment a été inauguré en septembre 2016 et il a reçu de nombreux éloges. « L'architecture fait souvent de grandes déclarations plutôt que de traiter d'émotions subtiles, » a écrit Julie V. Lovine dans le Wall Street Journal au moment de l’ouverture du musée. « Mais au National Museum of African American History and Culture, l’esprit d’inclusion, de célébration et même d’élévation spirituelle est palpable dans chaque recoin. »