96 Exposition chronique au bruit et performances scolaires des élèves de CE2

Jean-Pierre LEVAIN

IUFM de l’université de Franche-Comté. Laboratoire de psychologie EA 3188 (France)

 

Sophie PUJOL

CHRU de Besançon. Laboratoire Chrono-environnement n°6249 UMR CNRS-université de Franche Comté (France)

 

 Frédéric MAUNY

CHRU de Besançon. Laboratoire Chrono-environnement n°6249 UMR CNRS-université de Franche Comté (France)

 

Mots-clés : nuisances sonores, exposition chronique au bruit, performances scolaires, évaluations diagnostiques.

 

Résumé

Cette communication a pour objet de rendre compte d’une recherche analysant les conséquences d’une exposition chronique à des nuisances sonores environnementales sur les performances scolaires des élèves de CE2 de l’ensemble des écoles publiques d’une ville moyenne de 120000 habitants. Elle s’inscrit dans le symposium intitulé : « La recherche en éducation à la santé : objets de recherche et méthodologies ». Nous y présentons en ce sens les principaux apports et limites des différentes approches méthodologiques permettant d’aborder notre objet ; ce qui nous permettra, dans un second temps, d’étayer nos propres choix tout en présentant quelques résultats. Notre approche se caractérise par la prise en compte de niveaux relativement modérés d’exposition aux nuisances sonores environnementales, par la différenciation des bruits scolaires et domiciliaires, par l’exhaustivité des observations à l’échelle d’une ville moyenne et par l’analyse détaillée des performances scolaires en français et mathématiques. Elle comporte quatre volets qui seront détaillés : la mesure des niveaux de bruit scolaire et domiciliaire, l’évaluation des performances scolaires à partir d’épreuves diagnostiques nationales, l’analyse d’un questionnaire destiné aux parents ainsi que le traitement statistique des données. Elle porte au final sur une population de 579 élèves de CE2 répartis dans 31 écoles.

 

Introduction

Cette communication constitue le résultat d’un travail collaboratif impliquant une équipe pluridisciplinaire appartenant à différents laboratoires ou institutions : Chrono-environnement (UMR 6249), ThéMA (UMR 6049), FEMTO-ST (UMR CNRS 6174), laboratoire de Psychologie (EA 3188), CSTB (Centre scientifique et technique du bâtiment), Inspection académique du Doubs et CHUB (Centre Hospitalier Universitaire de Besançon). Ce travail coordonné par Frédéric Mauny du CHUB s’inscrit dans une perspective internationale de recherche portant sur la mise en évidence d’effets délétères résultant d’une exposition chronique à des nuisances sonores urbaines souvent mesurées à proximité d’infrastructures de transport (Clark, et Stansfeld, 2007 ; Stansfeld et al., 2005 ; Hygge, 2011 etc.).

Ces effets néfastes apparaissent « à large spectre » puisqu’ils concernent à la fois les registres physiologiques (perturbation du sommeil, pression sanguine, sécrétion de catécholamines et de cortisol), émotionnels (hyperactivité, morbidité psychologique, stress) et cognitifs (mémoire, attention et compétences scolaires). Nous nous limiterons ici tout particulièrement à ce dernier aspect en analysant les conséquences des nuisances sonores environnementales sur les performances scolaires, évaluées à partir des épreuves normalisées nationales en français et mathématiques, d’une population d’élèves de CE2 distribuée dans les différentes écoles publiques de la ville de Besançon.

Cette communication s’inscrit dans le symposium intitulé : « La recherche en éducation à la santé : objets de recherche et méthodologies ». En ce sens, nous  insisterons tout particulièrement sur les apports et limites des principales approches méthodologiques permettant d’aborder notre objet ; ce qui nous permettra d’étayer nos choix tout en présentant quelques résultats. Nous insisterons également sur les stratégies de mobilisation des différents acteurs tant institutionnels (Inspection académique, inspecteurs, directeurs, enseignants) que privés (parents, élèves, utilisateurs) à la fois comme condition de réalisation de la recherche mais aussi comme modalité contractuelle de présentation et de valorisation de nos principaux résultats. Cette recherche, financée dans le cadre du troisième programme de recherche et d’innovation dans les transports terrestres (Predit 3), a bénéficié d’une convention de recherche avec le ministère de la recherche, des transports, de l’environnement et de l’industrie (n°CV05000161, 27 janvier 2006). Elle a reçu l’accord du Comité consultatif sur le traitement de l’information en matière de recherche dans le domaine de la santé (CCTIRS) et de la Commission nationale de l’informatique et des libertés (CNIL) (déclaration de traitement de données informatisées n°118.23.59, 13 juillet 2006).

 

Une relation exposition effet difficile à évaluer

L’évaluation des conséquences et retentissements du bruit environnemental sur les capacités d’apprentissage et les compétences scolaires des élèves est complexe à mesurer du fait du caractère discret des effets ainsi que de la multiplicité des co-facteurs qui y sont impliqués. Les choix méthodologiques entre les diverses études apparaissent de ce fait importants dans la détermination des résultats. Ils rendent parfois les comparaisons assez délicates à établir aussi bien du point de vue de la caractérisation des nuisances (sources sonores, indicateurs retenus, lieux, durée de l’exposition etc.) que de l’évaluation des effets (tests psychologiques et neuropsychologiques, épreuves normalisées d’évaluation des compétences scolaires) ainsi que de la prise en compte des facteurs de confusion potentiels (âge, sexe, taille de la fratrie, niveau socio-économique de la famille, niveau d’étude des parents, langue parlée à la maison etc.). Ceci étant trois principales approches peuvent aisément être distinguées.

1- Les études comparant groupes exposés ou non au bruit des transports

Un grand nombre d’études s’intéresse aux conséquences liées à une exposition chronique à des nuisances sonores mesurées à proximité d’infrastructures de transport notamment de grands aéroports urbains. Ces études se caractérisent le plus souvent par des niveaux d’exposition élevés et reposent, d’un point de vue méthodologique, sur des comparaisons de type groupe expérimental (exposé aux nuisances) groupe contrôle (non exposé aux nuisances). Ces approches très représentées dans la littérature peuvent concerner des groupes importants de plusieurs centaines voire plusieurs milliers de sujet. Elles ont permis de valider un effet négatif de l’exposition chronique au bruit du transport aérien sur les performances scolaires ainsi que sur bon nombre de processus cognitifs sous-jacents aux apprentissages : performances de rappel et de reconnaissance en mémoire épisodique, niveau d’attention, capacités en mémoire de travail. Deux conclusions particulièrement robustes émergent de la littérature et semblent aujourd’hui largement validées : une baisse notable des performances en lecture touchant plus particulièrement la compréhension de texte ainsi qu’une détérioration concernant les performances cognitives aux tâches de rappel d’information en mémoire épisodique (Bistrup, 2001 ; Stansfeld, Haines, Brentnall, Head et Roberts, 2006 ; Van Kempen, Van Kamp, Lebret, Lammers, Emmen, Stansfeld, 2010 etc.). Hygge (2003) par exemple observe pour des enfants âgés de 12 à 14 ans et exposés à des environnements bruyants[*] (65-80 Leq.) qu’une baisse de 5 dB(A) du niveau sonore équivalent est associée à une augmentation de 13 % des performances en lecture et aux tâches de rappel en mémoire épisodique. Cet auteur relève, dans les mêmes conditions, une amélioration de seulement 5 % concernant les performances aux tâches de reconnaissance en mémoire épisodique et à celles de mesure de l’attention. D’autres travaux ont également permis, de manière analogue, de mettre en évidence l’impact négatif du bruit lié au trafic routier sur les performances scolaires même si celui-ci semble légèrement moins impactant (Cohen, Glass et Singer, 1973 ; Shield et Dockrell, 2008).

Toujours dans cette perspective, Evans, Hygge, et Bullinger ont observé une possible réversibilité des troubles cognitifs (Evans, Hygge, et Bullinger, 1995; Hygge, Evans, et Bullinger, 2002). Ces auteurs constatent une disparition progressive des principaux troubles (mémorisation et compréhension en lecture) deux ans après l’interruption des fortes nuisances sonores liée à la relocalisation de l’aéroport de Munich puis, après une période d’un an et demi à deux ans, une apparition des troubles concernant la population nouvellement exposée. Cette possible réversibilité des troubles nous semble constituer un argument déterminant afin de mobiliser les acteurs tant institutionnels que privés en faveur de la promotion d’environnements d’apprentissage silencieux dans une perspective d’éducation à la santé.

2- Les recherches expérimentales

Plusieurs études reconstituent, dans une perspective de psychologie expérimentale, des classes- laboratoires dans lesquelles le niveau de bruit intérieur constitue une variable manipulable. Ces recherches permettent de ce fait une analyse plus fine des effets des environnements bruyants sur les apprentissages même si en contrepartie les durées d’exposition portent nécessairement sur des temps relativement courts. En ce sens, Boman (2004) élabore un protocole expérimental recréant artificiellement deux niveaux de bruits : calme et bruyant de respectivement 38 et 66 dB(A) croisé avec le caractère interne (brouhaha) ou externe des bruits (liés aux transports). Son approche lui permet de valider une relation entre le caractère bruyant de la classe et une détérioration des performances aux tâches de compréhension en lecture, tâches nécessitant un fort accès en mémoire sémantique. Néanmoins ce lien n’est validé que pour la modalité bruit interne (brouhaha) et non pour celle externe (bruits des transports). Ce travail souligne le fait que le niveau sonore n’est sans doute pas le seul paramètre à prendre en compte puisqu’ici les bruits produits par la classe semblent davantage impactants que les bruits environnementaux liés aux transports toutes choses égales par ailleurs. Klatte, Hellbrück et Seidel (2010) ainsi que Shield et Dockrell (2003) insistent quant à eux sur l’importance de la qualité acoustique de la classe. La présence de bruits de fond élevés associée à un temps de réverbération plus long contribuerait à la réduction de l’intelligibilité du discours et nécessiterait un niveau d’attention plus soutenu de la part des élèves.

3- Une étude transversale en population générale

Les recherches que nous avons présentées ont permis des avancées décisives dans la validation d’effets délétères résultants d’une exposition aux nuisances sonores sur les compétences scolaires et le fonctionnement cognitif des élèves. La perspective épidémiologique que nous avons développée pour notre propre étude permet de compléter ces recherches sur un certain nombre de points jusqu’alors, nous semble-t-il, insuffisamment investigués. Les niveaux d’exposition aux nuisances sonores retenus dans la plupart des études apparaissent relativement élevés. De ce fait, ces recherches apportent assez peu d’informations concernant les effets produits par des niveaux d’exposition plus modérés pourtant caractéristiques de nombreuses villes moyennes ne disposant pas nécessairement d’un aéroport international. Elles privilégient également des comparaisons entre groupes de sujets au détriment d’une analyse exhaustive des nuisances concernant l’ensemble des quartiers d’une ville. Enfin trop peu d’études s’intéressent à l’exposition cumulée à l’école et au domicile des élèves en dehors de l’étude RANCH conduite néanmoins exclusivement auprès d’enfants vivant à proximité d’aéroports (Clark et al. 2006).

 

Présentation de notre recherche

1- L’exposition chronique au bruit

Le mesurage effectif du bruit à l’aide de microphones et sonomètres est difficilement réalisable à l’échelle d’une ville de taille moyenne si l’on souhaite couvrir à la fois l’ensemble des écoles ainsi que le domicile des élèves. C’est pourquoi un travail de modélisation en vue de produire une cartographie du bruit environnemental s’avère nécessaire. Cette cartographie s’effectue par calcul des différents niveaux sonores à partir d’un modèle théorique d’émission et de propagation du son dans l’espace. Le logiciel MITHRA (Méthode Inverse de Tir dans l’Habitat de Rayons Acoustiques) développé par le CSTB (centre scientifique et technique du bâtiment) a été utilisé pour la réalisation d'une carte stratégique du bruit couvrant l’ensemble de la ville de Besançon. Au-delà de l’intégration dans ce modèle des sources sonores liées aux transports, des sources sonores supplémentaires identifiées lors d’une campagne de mesure effectuée au domicile de 49 élèves sélectionnés aléatoirement dans toute la ville (Pujol et al. 2012) ont été intégrées de manière à améliorer la validité du modèle de prévision (Pujol et al. 2010). Au final, le niveau de pression acoustique en façade des logements d’habitation des 724 élèves ayant participé à l'étude a été estimé par calcul à partir de 2043 récepteurs positionnés en façade des habitations. Le niveau de pression acoustique à l'extérieur des écoles a lui aussi été estimé par calcul sur toutes les façades des bâtiments scolaires représentées par 299 récepteurs. Pour chacune des 35 écoles, la moyenne et la valeur maximale des niveaux sonores calculés ont été retenues.

2- La prise en compte des facteurs de confusion potentiels

Le niveau de performance scolaire est difficile à interpréter. Il dépend en effet d’une multiplicité de facteurs. Il existe par ailleurs une relation entre le niveau socioéconomique, les performances scolaires et l’exposition à un environnement défavorable, tel que les nuisances sonores (Evans et English, 2002). C’est pourquoi un questionnaire a été proposé à l’ensemble des parents des élèves de CE2 scolarisés dans les écoles publiques de la ville afin de contrôler ces facteurs de confusion potentiels. Ce questionnaire invitait les parents à renseigner les principales informations suivantes : la profession du père et de la mère et / ou d’un autre tuteur légal, le statut vis-à-vis de l’emploi ainsi que le niveau d’étude atteint par chaque parent ; la structure de la famille (présence du père et de la mère, famille monoparentale, recomposée), le nombre d’habitants dans le logement, le nombre de frère et sœur, le rang dans la fratrie ; le sexe et l’âge de l’enfant, la langue principalement parlée à la maison, l’âge de la scolarisation, la fréquentation d’une crèche, les principaux loisirs pratiqués par l’enfant ; la taille du logement, l’ancienneté d’occupation du logement, l’équipement du logement, la localisation précise du logement et de la fenêtre de la chambre de l’enfant (adresse, étage, type de bâti autour du logement, environnement immédiat : cours, jardin, rue peu fréquentée, rue très fréquentée).

La mobilisation des enseignants concernés ainsi que des parents constituait un élément essentiel à la réalisation de ce travail. C’est pourquoi une réunion de présentation de l’étude a été proposée en début d’année scolaire à l’ensemble des directeurs d’école. Un entretien individuel avec le directeur d’école a ensuite été réalisé au sein de chaque école pour préparer la distribution des questionna   ires et le tirage au sort des élèves pour la campagne de mesure. Cette phase de présentation a fait l’objet d’une médiatisation locale (journaux, radio et télévision), suite à la diffusion d’un dossier de presse. Les relances auprès des familles ont été effectuées directement par les enseignants ou le directeur dans la plupart des écoles. Un diaporama d’illustration du bruit et de ses effets a été mis à disposition des enseignants. Un suivi de l’exhaustivité a été réalisé de manière hebdomadaire auprès des directeurs d’école. Sur les 964 questionnaires distribués, 746 nous ont été retournés soit un pourcentage de retour de plus de 77 %. Elle porte au final sur une population de 579 élèves de CE2 répartis dans 31 écoles.

3- L’évaluation des performances scolaires

Notre perspective épidémiologique a nécessité de recourir aux épreuves institutionnelles d’évaluation organisées en début de CE2 sur l’ensemble du territoire national et non à des épreuves cognitives ou à des tests neuropsychologiques impossibles à faire passer à l’ensemble de notre population au regard de nos ressources et possibilités d’intervention. Nous disposons, de ce fait, d’une évaluation relativement fine de l’impact des environnements bruyants sur les performances scolaires des élèves. Par contre nous n’avons pas d’éléments d’information concernant cet impact sur les processus cognitifs ou neuropsychologiques impliqués dans le travail scolaire. Il y a là une limite concernant les données recueillies sans doute inhérente à notre méthodologie.

Les épreuves d’évaluation nationales sont construites par la DEPP (direction de l’évaluation, de la prospective et de la performance). Elles permettent de recueillir des informations concernant les acquis des élèves en mathématiques et en français en début de cycle 3. Ces épreuves nationales d’évaluation ne peuvent se confondre, d’un point de vue métrologique, avec des épreuves psychotechniques dûment étalonnées car les différents exercices qui les composent ne sont pas nécessairement indépendants les uns des autres. En français, 93 items ont pour objet d’évaluer les compétences des savoirs lire et écrire à travers quatre champs distincts : reconnaissance de mots, compréhension, production de textes et orthographe. En mathématiques, 88 items visent à apprécier les compétences relatives aux savoirs et savoir-faire des élèves regroupés en cinq champs principaux : connaissance des nombres entiers naturels, exploitation de données numériques, calcul, espace et géométrie ainsi que grandeurs et mesures. Les résultats des évaluations ont été saisis nominativement par les professeurs des écoles puis transmis au centre de ressources informatiques académique (CRIA) qui a ensuite procédé au calcul des différents scores et sous-scores et à l’anonymisation des résultats, avant de nous les retourner pour traitement et analyse.

 

Principaux résultats

La présentation détaillée du traitement statistique, des résultats ainsi que de leur discussion fait actuellement l’objet d’une soumission sous forme d’article à la revue Psychologie Française. Nous n’en reprendrons donc ici que quelques aspects particulièrement saillants. Le traitement statistique des données consiste à modéliser la relation entre le score  ou les différents sous-scores, en français puis en mathématiques et les niveaux d’exposition sonore en réduisant au maximum les effets de confusion potentiels. Le jeu de données présentant une structure organisée en niveaux hiérarchiques emboités : élève-classe-école, une approche statistique contextuelle à l’aide de modèles de régression linéaire multiniveau (ou hiérarchique) est utilisée (Goldstein 1995).

Nos résultats apparaissent globalement cohérents avec la littérature du domaine. Pour une augmentation du niveau d’exposition chronique au bruit en façade des écoles de 10 dB(A), les scores de français et mathématiques baissent de 5,5 points en moyenne (p ≤ 0,02).

Concernant les sous-scores, nous relevons un lien significatif entre exposition au bruit à l’école et les épreuves de reconnaissances des mots (p = 0,02), les épreuves de compréhension de texte (p = 0,05) et surtout les épreuves d’orthographe (p = 0,01), mais pas avec celles renvoyant à de la production de texte (p = 0,10). Nous validons également en mathématiques un lien significatif entre exposition au bruit à l’école et les épreuves relevant de la connaissance des nombres (p = 0,05), de l’exploitation numérique (p = 0,01) ainsi que du calcul (p = 0,01). Par contre, nous ne relevons pas de lien significatif entre exposition sonore à l’école et les deux champs : grandeurs et mesures (p = 0,13), ainsi qu’espace et géométrie (p =0,38).

Concernant l’exposition aux nuisances sonores évaluées en façade des domiciles des élèves, aucun des liens entre exposition aux bruits et performances scolaires n’apparaît significatif, tant en français qu’en mathématiques, tant pour les scores globaux que pour les différents sous-scores.

 

Références bibliographiques

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[*] Le niveau sonore équivalent pondéré A (LAeq), exprimé en décibels (dB) correspond au niveau d’un son stable ayant la même énergie que le son fluctuant sur la période de temps considérée. La pondération A est utilisée pour prendre en compte la sensibilité de l’oreille humaine.