Activités d'Investigation Contextualisées
Audit sonore d'atelier, analyse oscilloscopique d'une sirène et télémètre d'obstacle à ultrasons.
Audit Sonore & Protection Auditive en Atelier
Situation Professionnelle
Dans un atelier de fabrication, un opérateur utilise une meuleuse d'angle générant un niveau sonore de $L_1 = 88\text{ dB(A)}$. Un second opérateur allume un poste d'usinage identique produisant également $L_2 = 88\text{ dB(A)}$ juste à côté. Le responsable sécurité (HSE) effectue une mesure au sonomètre pour vérifier la conformité avec la réglementation du travail.
Travail à réaliser
1. Seuil de Danger et Réglementation (Compétence S'approprier) :
a) Rappeler le seuil d'exposition quotidienne déclenchant l'action de prévention ($80\text{ dB}$) et celui rendant obligatoire le port d'EPI ($85\text{ dB}$).
b) L'opérateur travaillant seul avec la meuleuse ($88\text{ dB}$) doit-il obligatoirement porter un casque antibruit ?
2. Cumul de 2 Machines de 88 dB (Compétence Analyser & Réaliser) :
En appliquant la règle du cumul sonore pour 2 sources de niveau identique ($+3\text{ dB}$), déterminer le niveau sonore total $L_{tot}$ lorsque les 2 machines fonctionnent simultanément.
3. Atténuation par Casque Antibruit (Compétence Valider) :
Le salarié met un casque antibruit ayant un indice d'atténuation $SNR = 26\text{ dB}$. Calculer le niveau sonore $L_{percu}$ qui parvient réellement au tympan de l'opérateur et vérifier qu'il est inférieur au seuil de risque.
Voir le corrigé rédigé complet de l'Activité 1
1. a) Seuil de risque/alerte $= 80\text{ dB(A)}$ ; Obligation de port d'EPI $= 85\text{ dB(A)}$.
b) Oui, car $88\text{ dB} > 85\text{ dB}$. Le port d'EPI antibruit est **strictement obligatoire**.
2. $L_{tot} = 88\text{ dB} + 3\text{ dB} = 91\text{ dB(A)}$. La puissance acoustique est doublée.
3. $L_{percu} = 91\text{ dB} - 26\text{ dB} = 65\text{ dB(A)}$. Le niveau est bien inférieur à $80\text{ dB}$ : l'oreille est parfaitement protégée.
Analyse d'un Signal de Sirène sur Oscilloscope
Situation Professionnelle
Un technicien réseau câble une sirène d'avertissement sonore sur une armoire de commande. Pour vérifier le bon réglage du signal d'alarme, il branche un microphone sur un oscilloscope numérique. La sensibilité horizontale de l'écran est réglée sur $S_h = 2\text{ ms/div}$ ($0{,}002\text{ s/div}$). Sur l'écran, un motif périodique complet s'étend sur $N_{div} = 4\text{ divisions}$.
Questions d'Investigation
1. Période $T$ du Signal (Compétence Réaliser) : Calculer la période $T$ du signal sonore en millisecondes (ms) puis en secondes ($T = N_{div} \times S_h$).
2. Fréquence $f$ et Hauteur du Son (Compétence Analyser) :
a) Calculer la fréquence $f$ du signal en Hertz ($f = \frac{1}{T}$ avec $T$ en secondes).
b) Ce son est-il grave, médium ou aigu ? Justifier.
3. Audibilité (Compétence Communiquer) : Vérifier que ce son appartient à la bande audible par l'être humain ($20\text{ Hz}$ à $20\text{ kHz}$).
Voir le corrigé de l'Activité 2
1. $T = 4\text{ div} \times 2\text{ ms/div} = 8\text{ ms} = 0{,}008\text{ s}$.
2. a) $f = \frac{1}{0{,}008} = 125\text{ Hz}$.
b) Comme $f = 125\text{ Hz} < 200\text{ Hz}$, il s'agit d'un **son grave** (propice à la traversée des parois en atelier).
3. $20\text{ Hz} < 125\text{ Hz} < 20\,000\text{ Hz}$ : le son est parfaitement audible par le personnel de l'usine.
Télémètre Acoustique & Détecteur de Recul
Situation Professionnelle
Un engin de chantier est équipé d'un télémètre ultrasonique de recul. Le capteur émet une impulsion sonore vers un obstacle (mur d'échafaudage). Le récepteur capte le signal réfléchi après une durée d'aller-retour $t_{tot} = 0{,}030\text{ s}$ ($30\text{ ms}$). La vitesse du son dans l'air est $v = 340\text{ m/s}$.
Questions & Calculs Théoriques
1. Utilité des Ultrasons (Compétence S'approprier) : Pourquoi utilise-t-on des **ultrasons** ($f > 20\text{ kHz}$) plutôt que des sons audibles pour ce détecteur de recul ?
2. Distance Parcourue par l'Onde (Compétence Réaliser) : Calculer la distance totale $d_{tot}$ parcourue par le signal sonore en mètres ($d = v \cdot t_{tot}$).
3. Distance de l'Obstacle (Compétence Valider) :
a) En déduire la distance exacte $D$ séparant l'engin du mur ($D = \frac{d_{tot}}{2}$).
b) Si le bip d'avertissement de choc doit se déclencher à moins de $6\text{ mètres}$, l'alarme doit-elle retentir ?
Voir le corrigé de l'Activité 3
1. Les ultrasons sont **inaudibles pour les ouvriers du chantier**, ce qui évite d'ajouter une gêne sonore permanente, tout en se propageant en ligne droite.
2. $d_{tot} = 340 \times 0{,}030 = 10{,}2\text{ mètres}$.
3. a) $D = \frac{10{,}2}{2} = 5{,}1\text{ mètres}$.
b) Comme $5{,}1\text{ m} < 6\text{ m}$, l'alarme de recul doit **immédiatement retentir** en cabine pour avertir le conducteur.