Cette étude a pour but d'identifier les paramètres influant sur la propagation acoustique du bruit émis par des trains à grande vitesse (TGV). Une campagne expérimentale est présentée, pendant laquelle des passages de TGV ont été enregistrés à des distances de la voie comprises entre 7,50 et 600 mètres. Des mesures de température et de vent ont également été réalisées pour caractériser les conditions atmosphériques pendant les passages. Les profils moyens de température et de vent sont estimés à partir des mesures à l'aide de la théorie de la similitude. Un modèle de propagation du bruit de TGV est ensuite présenté. Dans une première étape, le train est décomposé en un ensemble de sources équivalentes. Dans une seconde étape, un modèle de propagation analytique est utilisé pour calculer le niveau acoustique au récepteur. Les résultats du modèle sont comparés aux mesures en champ acoustique proche

BLANC-BENON, Philippe

COTTÉ, Benjamin

CREMEZI-CHARLET, Cora

POISSON, Franck

I-Revues

18ème Congrès Français de Mécanique Grenoble, 27-31 août 2007 
1 
Modélisation de la propagation acoustique à moyenne distance 
du bruit des trains à grande vitesse 
 
Benjamin Cotté1, Philippe Blanc-Benon1,  Cora Cremezi-Charlet2 & Franck Poisson2 
 
1
 LMFA, UMR CNRS 5509 
Ecole Centrale de Lyon 
36 av. Guy de Collongue, 69134 Ecully Cedex 
benjamin.cotte@ec-lyon.fr 
2
 SNCF 
Direction de l’Innovation et de la Recherche 
45 rue de Londres, 75739 Paris Cedex 08 
 
 
 
Résumé : 
Cette étude a pour but d’identifier les paramètres influant sur la propagation acoustique du bruit émis 
par des trains à grande vitesse (TGV). Une campagne expérimentale est présentée, pendant laquelle des 
passages de TGV ont été enregistrés à des distances de la voie comprises entre 7,50 et 600 mètres. Des 
mesures de température et de vent ont également été réalisées pour caractériser les conditions 
atmosphériques pendant les passages. Les profils moyens de température et de vent sont estimés à partir 
des mesures à l’aide de la théorie de la similitude. Un modèle de propagation du bruit de TGV est ensuite 
présenté. Dans une première étape, le train est décomposé en un ensemble de sources équivalentes. Dans 
une seconde étape, un modèle de propagation analytique est utilisé pour calculer le niveau acoustique au 
récepteur. Les résultats du modèle sont comparés aux mesures en champ acoustique proche. 
 
Abstract : 
This work is aimed at identifying the relevant parameters for high speed train noise propagation. An 
experimental campaign is presented during which high speed train pass-bys have been recorded at 
distances from the track ranging from 7.50 to 600 meters. Temperature and wind speed measurements 
have also been performed to characterize the atmospheric conditions during the pass-bys. Mean 
temperature and wind speed profiles are estimated from the measurements using similarity theory. A 
model for high speed train noise propagation is then presented. In a first step, the train is modelled as a 
set of equivalent sources. In a second step, an analytical propagation model is used to calculate the 
sound pressure level at the receiver. Model results are compared to the measurements in the near-field. 
 
1 Introduction 
De nombreuses études se sont intéressées à la propagation acoustique dans l’atmosphère 
pour une source stationnaire et ponctuelle, et les phénomènes physiques à considérer sont 
connus : effet de l’impédance du sol et de la topographie, réfraction due aux profils moyens de 
température et de vent, diffusion par la turbulence atmosphérique, etc. Dans le contexte du bruit 
ferroviaire, et en particulier du train à grande vitesse (TGV), la source est en mouvement et ne 
peut plus être considérée comme compacte. Une campagne expérimentale est présentée dans le 
paragraphe 2, pendant laquelle des mesures acoustiques ainsi que des mesures météorologiques 
ont été réalisées. Puis un modèle de propagation du bruit de TGV est proposé dans le 
paragraphe 3. Ce modèle est basé sur la décomposition du train en un ensemble de sources 
ponctuelles équivalentes. Les résultats expérimentaux et numériques qui sont obtenus 
permettent d’identifier les principaux paramètres influant sur la propagation acoustique du bruit 
émis par des TGV. 
 
2 Mesures acoustiques aux passages de TGV 
Une campagne de mesures a été menée par l’Agence d’Essais Ferroviaires en mai 2003 sur 
le site de Pierrelatte. Des mesures de niveaux acoustiques ont été réalisées à courte distance 
(7,50 m et 25 m) et à moyenne distance (150 m, 300 m et 600 m). Dans le même temps, un mât 
18ème Congrès Français de Mécanique Grenoble, 27-31 août 2007 
2 
météo a permis de mesurer la température, la vitesse du vent et sa direction à 2 et 10 mètres de 
hauteur. Enfin, l’impédance du sol a été mesurée en différents points sur le site expérimental. 
Sept passages de TGV pendant l’après-midi du 26 mai 2003 sont étudiés ici ; la vitesse de ces 
passages est proche, entre 295 et 300 km/h. En champ acoustique proche, les passages sont 
caractérisés par le niveau équivalent sur le temps de passage Leq,tp, où tp = Ltrain/V, avec Ltrain la 
longueur du train et V sa vitesse (tp = 2.4s à 300 km/h). Les signatures temporelles et les 
spectres en tiers d’octave de Leq,tp pondérés A sont tracés sur la figure 1 pour les sept passages. 
A 7,50 m, les signatures présentent des pics du niveau de pression qui marquent le passage des 
bogies, ces pics étant plus marqués au niveau des motrices avant et arrière à cause des sources 
de bruit liées à la traction (moteurs, transmission, refroidissement,…). A 25 m, les signatures 
sont plus régulières, même si les niveaux sont toujours plus élevés au début et à la fin des 
passages. On observe que les signatures et les spectres correspondant aux différents passages se 
superposent bien, à 7,50 m comme à 25 m. Ils seront utilisés dans le paragraphe 3 pour valider 
les résultats du modèle. 
 
 
-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5
85
90
95
100
105
temps (s)
L A
e
q,
10
0m
s
 
(dB
A)
7m50
25m
 
102 103 104
55
60
65
70
75
80
85
90
95
fréquence centrale des tiers d'octave (Hz)
L A
e
q,
tp
 
(d
BA
)
7m50
25m
 
FIG. 1 – Signatures temporelles (gauche) et spectres en tiers d’octave de Leq,tp (droite) 
pondérés A pour 7 passages de TGV à 7,50 m et 25 m de la voie.  
 
Les signatures temporelles des sept mêmes passages à 150 m et 300 m de la voie sont 
tracées sur la figure 2. A ces distances, on n’observe plus les forts niveaux au début et à la fin 
des passages, comme c’était le cas en champ proche. A 150 m, les passages se superposent 
bien ; à 300 m, par contre, des écarts importants apparaissent qui peuvent être attribués au 
moins en partie aux variations des conditions atmosphériques entre les passages. A ces 
distances, les passages sont caractérisés par le niveau équivalent sur le temps d’exposition Leq,te, 
où te est le temps pendant lequel le niveau de pression est à moins de 10 dB(A) de son 
maximum. Le temps d’exposition est compris entre 5 et 6 secondes à 150 mètres, et entre 8 et 
15 secondes à 300 mètres. Cette augmentation de te avec la distance de propagation s’observe 
au niveau des signatures temporelles de la figure 2 ; celles-ci sont plus étalées dans le temps à 
300 m qu’à 150 m. Les spectres en tiers d’octave de Leq,te en dB(A) sont tracés sur la figure 2. 
On observe que la dispersion entre les passages est de l’ordre de 5 à 6 dB(A) à 300 m, contre 2 à 
3 dB(A) seulement à 150 m. Si on compare ces spectres aux spectres de Leq,tp en champ proche, 
on remarque une évolution de la forme des spectres avec la distance de propagation. Les 
niveaux sont plus fortement atténués aux hautes fréquences qu’aux basses fréquences, en raison 
notamment de l’augmentation du coefficient d’absorption atmosphérique avec la fréquence 
acoustique. 
Pour étudier l’effet des conditions atmosphériques sur la propagation acoustique, il est 
nécessaire de connaître les profils moyens de température et de vent, ainsi que la direction du 
18ème Congrès Français de Mécanique Grenoble, 27-31 août 2007 
3 
vent dans l’atmosphère. A partir des mesures de température et de vitesse de vent à 2 et 
10 mètres de hauteur, ces profils peuvent être estimés à l’aide de la théorie de la similitude, dont 
les principaux paramètres sont la vitesse de friction u* et l’échelle de température θ*. La théorie 
de la similitude est valide dans la couche de surface de l’atmosphère, à condition que le sol soit 
suffisamment plat et homogène (Stull, 1988). En effet les relations de similitude sont valides 
pour des hauteurs comprises entre -2LMO et LMO, avec LMO l’échelle de Monin-Obukhov. Trois 
profils estimés à différents moments de l’après-midi du 26 mai sont tracés sur la figure 3 ; les 
paramètres u*, θ* et LMO associés à ces profils sont également donnés. On observe que le profil 
de température près du sol change notablement, avec un gradient de température qui passe de 
négatif à positif entre 15h17’ et 18h31’. Pour ces trois profils, l’échelle de Monin-Obukhov est 
supérieure à 200 mètres en valeur absolue. Les relations de similitude sont donc valides jusqu’à 
des hauteurs importantes, largement suffisantes pour la propagation du son sur des distances 
inférieures au kilomètre. Ces fortes valeurs de LMO correspondent à une atmosphère neutre, où 
les effets de vent sont dominants par rapport aux effets de température. 
 
-4 -2 0 2 4 6 8 10
58
60
62
64
66
68
70
72
74
76
78
80
temps (s)
L A
e
q,
1s
 
(d
BA
)
150m
300m
 
102 103 104
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
fréquence centrale des tiers d'octave (Hz)
L A
e
q,
te
 
(d
BA
)
150m
300m
 
FIG. 2 – Signatures temporelles (gauche) et spectres en tiers d’octave de Leq,te (droite) 
pondérés A pour 7 passages de TGV à 150 m et 300 m  de la voie.  
 
0 2 4 6 8
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
U (m/s)
z 
(m
)
15.5 16 16.5 17
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
T (°C)
 
 
 
 
 
 Heure u* 
(m/s) 
θ* 
(K) 
LMO 
(m) 
- 15h17’ 0.45 -0.05 -260 
- 16h37’ 0.58 -0.01 -4700 
- 18h31’ 0.46 +0.05 +320 
 
 
FIG. 3 – Profils moyens de vent U et de température T estimés avec les relations de similitude à 
partir des mesures à des hauteurs de 2 et 10 m (cercles). Ces profils correspondent aux passages 
de TGV de 15h17’ (noir), 16h37’ (rouge), et 18h31’ (bleu). Les paramètres u*, θ* et LMO 
associés à ces trois profils sont également donnés. 
18ème Congrès Français de Mécanique Grenoble, 27-31 août 2007 
4 
3 Modèle de propagation du bruit de TGV  
Le calcul du niveau de pression au récepteur se déroule en deux étapes : caractérisation de 
la source et propagation acoustique. Les modèles prédictifs existants considèrent le train comme 
une source linéique ou comme un ensemble de sources ponctuelles (van Leeuwen, 2000). La 
source linéique est couramment utilisée pour modéliser le bruit de roulement, correspondant au 
contact roue/rail (Rathe, 1977 ; Kurzweil et al., 1979 ; Ringheim, 1988). Les sources 
ponctuelles sont généralement mieux adaptées pour modéliser les autres sources de bruit (bruit 
de traction, bruit d’origine aérodynamique), car ces sources ne sont généralement pas réparties 
uniformément le long du train (Kurzweil et al., 1979 ; Ringheim, 1988). Dans cette étude, on 
s’intéresse aux TGV circulant à des vitesses de l’ordre de 300 km/h. La contribution des sources 
de bruit aérodynamique du TGV est importante à ces vitesses (Mellet et al., 2006), c’est 
pourquoi une modélisation par un ensemble de sources ponctuelles est choisie. La figure 4 
présente la géométrie et les notations utilisées par la suite. Le mouvement du train est supposé 
rectiligne et uniforme. 
 
FIG. 4 – Géométrie pour le modèle de propagation et notations. 
 
Dans le modèle présenté ici, le TGV est décrit par 31 sources équivalentes, réparties en 
cinq catégories, comme le montre la figure 5. Le bruit de roulement est modélisé par une source 
équivalente pour deux roues. Les quatre autres types de sources sont d’origine aérodynamique et 
correspondent à la zone bogie, aux ventilateurs de refroidissement des moteurs de traction, à la 
cavité du pantographe, et au pantographe. Chaque source est décrite par un spectre en tiers 
d’octave du niveau de pression à 1 mètre, une directivité horizontale et une directivité verticale. 
Les caractéristiques des sources ont été obtenues à partir des résultats de différents projets, 
parmi lesquels on peut citer le projet DEUFRAKO (Talotte et al., 2000 ; Mellet et al., 2006). 
 
FIG. 5 – Modèle de 31 sources équivalentes pour le TGV. 
 
Au temps t au récepteur, le niveau de pression est obtenu en sommant les contributions de 
chacune des sources équivalentes iS . Le niveau de pression pour la source iS  sur le tiers 
d’octave (n) est calculé à l’aide des relations : 
18ème Congrès Français de Mécanique Grenoble, 27-31 août 2007 
5 
( ) ( )nieinini AdWL +−= ,110log20  , (1) 
( ) niin mini DVLW += α,1,  (2) 
où niW  est le terme source, ( )id ,110log20−  correspond à l’atténuation géométrique, avec id ,1  
la distance source – récepteur, et ( )nieA  est l’atténuation due à la propagation du son dans 
l’atmosphère. La distance id ,1  peut être exprimée en fonction de la vitesse V, du temps au 
récepteur t et des paramètres géométriques (voir par exemple Morse et Ingard (1968)). Le terme 
source est calculé selon l’équation (2), avec ( )in mi VL α,1,  le niveau de pression à 1 mètre pour la 
source iS  corrigé par l’effet Doppler, et niD  la correction de directivité. L’atténuation ( )nieA  
due aux effets de propagation dans l’atmosphère est calculée avec un modèle analytique qui 
prend en compte la réflexion d’une onde sphérique sur un sol impédant et l’absorption 
atmosphérique (Chessel, 1977 ; Salomons, 2001). Le calcul est réalisé sur les tiers d’octave 
entre 50 et 5000 Hz. 
 
 
-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5
85
90
95
100
105
temps (s)
L A
e
q,
10
0m
s 
(d
BA
)
Modèle à 7m50
Modèle à 25m
Mesures
 
102 103
55
60
65
70
75
80
85
90
95
fréquence centrale des tiers d'octave (Hz)
L A
e
q,
tp
 
(d
BA
)
Modèle à 7m50
Modèle à 25m
Mesures
 
FIG. 6 – Signatures temporelles (gauche) et spectres en tiers d’octave de Leq,tp (droite) 
pondérés A mesurés et calculés à 7,50 m et 25 m de la voie. 
 
Les résultats du modèle sont comparés aux mesures en champ proche de la figure 1. La 
voie est posée sur une couche de ballast de 75 cm épaisseur, qui repose elle-même sur un 
remblai d’environ 2,50 m de hauteur. Il est important de prendre en compte cette géométrie pour 
calculer correctement l’atténuation due à l’effet de sol. L’impédance du sol est modélisée par le 
modèle phénoménologique de Hamet et Bérengier à trois paramètres (Bérengier et al., 1997). 
Pour le ballast, la résistivité au passage de l’air est 20 kN.s/m4 et la porosité est 0.6 ; pour le 
remblai et pour le sol, la résistivité au passage de l’air est 100 kN.s/m4 et la porosité est 0.4. La 
tortuosité est 2.5 dans les deux cas. Les résultats du modèle sont comparés aux mesures dans la 
figure 6. Les signatures temporelles sont en bon accord, même si on remarque qu’il y a un 
décalage au début des signatures à 25 m. Il existe quelques différences entre les spectres de Leq,tp 
calculés et mesurés, notamment sur les tiers d’octave entre 200 et 400 Hz. Par ailleurs, le 
modèle d’impédance de sol de Delany-Bazley a été testé et permet également d’obtenir des 
résultats satisfaisants. Les principales caractéristiques des passages de TGV donc bien 
reproduites par le modèle. Les différences observées entre résultats expérimentaux et 
numériques peuvent provenir des modèles de source, en particulier pour les sources 
aérodynamiques qui ne sont pas parfaitement caractérisées. 
18ème Congrès Français de Mécanique Grenoble, 27-31 août 2007 
6 
 
4 Conclusions  
Des résultats expérimentaux et numériques ont été présentés afin d’identifier les principaux 
paramètres influant sur la propagation acoustique du bruit des TGV. Des mesures acoustiques 
réalisées à différentes distances de la voie ont permis d’observer l’évolution des signatures 
temporelles et des spectres en tiers d’octave des passages en fonction de la distance de 
propagation. On a montré également qu’il était possible d’estimer les profils moyens de 
température et de vent à partir de mesures à deux hauteurs à l’aide de la théorie de la similitude. 
Un modèle de propagation du bruit de TGV a été présenté ; il est basé sur une décomposition du 
train en un ensemble de sources ponctuelles équivalentes. L’accord entre les résultats du modèle 
et les mesures est bon en champ proche, même si les modèles de source pourraient être 
améliorés. Le modèle de propagation utilisé ne prend pas en compte les effets météorologiques, 
qui semblent importants pour des distances de propagation supérieures à 300 mètres, comme le 
montre les mesures de la figure 2. Dans de futurs travaux, le modèle pourra être couplé avec un 
modèle de propagation numérique incluant les profils de température et de vitesse dans 
l’atmosphère, tel que le modèle d’équation parabolique (Gauvreau et al., 2002). 
 
Remerciements 
Nous voudrions remercier Paul Vinson et Fabien Létourneaux de l’Agence d’Essais 
Ferroviaires pour leur aide concernant l’analyse des données expérimentales. Ces travaux sont 
réalisés dans le cadre d’une bourse de thèse BDI cofinancée par le CNRS et la SNCF, et 
s’inscrivent dans la thématique du GDR CNRS 2493 « Bruit des transports ».  
 
Références 
Bérengier, M.C., Stinson M.R., Daigle G.A. & Hamet, J.F. 1997 Porous road pavements: 
Acoustical characterization and propagation effects. J. Acoust. Soc. Am. 101, 155-162 
Chessell, C.I. 1977 Propagation of noise along a finite impedance boundary. J. Acoust. Soc. Am. 
62, 825-834 
Gauvreau, B., Bérengier, M., Blanc-Benon, Ph. & Depollier, C. 2002 Traffic noise prediction 
with the parabolic equation method: Validation of a split-step Padé approach in complex 
environments. J. Acoust. Soc. Am. 112, 2680-2687 
Kurzweil, L.G., Cobb, W.N. & Kendig, R.P. 1979 Propagation of noise from rail lines. J. 
Sound.. Vib. 66, 389-405 
Mellet, C., Létourneaux, F., Poisson, F. & Talotte, C. 2006 High speed train noise emission: 
Latest investigation of the aerodynamic/rolling noise contribution. J. Sound.. Vib. 293, 535-
546 
Morse, P.M. & Ingard K.U. 1968 Theoretical Acoustics. Princeton University Press. 
Rathe, E.J. 1977 Railway noise propagation. J. Sound.. Vib. 51, 371-388 
Ringheim, M. 1988 Sound propagation and the prediction of railway noise. J. Sound.. Vib. 120, 
363-370 
Salomons, E.M. 2001 Computational Atmospheric Acoustics. Kluwer Academic. 
Stull., R.B. 1988 An Introduction to Boundary Layer Meteorology. Kluwer Academic. 
Talotte C., Guerrand S. & Gaumain C. 2000 Simulations of the noise radiation of high speed 
trains. Proceedings of INTERNOISE 2000, Nice, France 
van Leeuwen, H.J.A. 2000 Railway noise prediction models: A comparison. J. Sound.. Vib. 231, 
975-987 


Modélisation de la propagation acoustique à moyenne distance du bruit des trains à grande vitesse

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