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Contrôle passif par transfert d'énergie

Emmanuel GOURDON, Claude-Henri LAMARQUE, Stéphane PERNOT
ENTPE/DGCB/LGM - URA 1652 CNRS, Vaulx en Velin

On s’intéresse à l’étude d’absorbeurs passifs non linéaires. En effet, par couplage très faible d’une structure existante (linéaire ou linéarisée, par exemple un bâtiment, un tablier de pont, une aile d’avion, une machine-outil, une structure mécanique,...voire non linéaire), avec une petite structure annexe à comportement non linéaire (et dimensionnée de façon adéquate), il est possible de :
  • très peu modifier les caractéristiques de la structure existante (fréquences et modes propres en particulier) ;
  • créer un mode de vibration non linéaire tel que, sous la moindre sollicitation (instationnaire entre autre comme un choc ou comme les séismes) exercée sur la structure linéaire, celle-ci vibre moins que sans le couplage. Il se produit une résonance de la petite structure annexe ajoutée qui va concentrer l’essentiel des vibrations, le phénomène de pompage énergétique transférant l’énergie de la structure primaire vers la structure non linéaire.
  • Ces absorbeurs passifs non linéaires se révèlent être à meilleure efficacité que les absorbeurs passifs linéaires classiques tels les amortisseurs de Frahm très répandus dans l’industrie (masse ajoutée plus faible et amortissement plus rapide des vibrations, élargissement de la zone fréquentielle où l’atténuation est efficace) pour équiper notamment les structures du Génie Civil (bâtiments, ouvrages d’art) et Génie Mécanique afin d’amortir les vibrations en cas de sollicitations externes (chocs, vibrations, vent, séisme...). Ils possèdent aussi une meilleure robustesse (toujours bonne efficacité avec faibles changements des paramètres de la structure initiale). Utilisant une simple raideur non-linéaire (non-linéarité géométrique à l’aide de ressorts par exemple), ces amortisseurs sont pratiques à implémenter. De plus, les amortisseurs passifs linéaires classiques de type Frahm déjà existant modifient les caractéristiques de la structure principale (les modes propres sont généralement modifiés) ce qui peut poser de nombreux problèmes.
    Après avoir montré le principe du pompage énergétique avec l’étude de la résonance de modes non linéaires, le phénomène est étudié d’une part en régime instationnaire (pendant le transitoire avec des impulsions) et en régime stationnaire d’autre part (avec des excitations périodiques). Ces absorbeurs passifs à raideur non linéaire sont notamment comparés aux absorbeurs classiques existants pour mettre en évidence les intérêts d’un tel dispositif ajouté pour atténuer les vibrations d’une structure quelconque.


    Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés - LMSSC