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Caractérisation dynamique des matériaux et réduction des nuisances vibroacoustiques : l’apport des vibrations.
fréquences et ne sont efficaces que dans une bande étroite
autour des fréquences de résonance. Les techniques de
dissipations sont plus large bande et permettent de réduire
les surtensions sur une large gamme de fréquence. Toutefois
ces dispositifs peuvent être pénalisants du point de vue de
la masse ajoutée (d’autant plus dans le cas d’une démarche
a posteriori) et ont une efficacité limitée en température et
en basse fréquence. Notons que la société SMAC propose
une gamme de matériaux viscoélastiques sous forme de
feuilles seules ou sous forme de composite adhérisé sur
un support métallique SMACTANE (www.smac.fr).
Comme nous l’avons signalé figure 1, depuis une vingtaine
d’années des techniques de réduction actives des vibrations
sont apparues. Ces techniques mettent enœuvre des capteurs
et des actionneurs et profitent des avancées de la microé-
lectronique, du traitement du signal de la science des maté-
riaux (par exemple fluides ou solides magnéto rhéologiques,
céramiques ou polymères piézoélectriques…) et des straté-
gies de contrôle permettant de développer des dispositifs
très efficaces. Pour les dispositifs avec contrôle en boucle
de réaction (feedback control), la vibration est mesurée et
le contrôleur pilote un actionneur qui génère un effort ou un
moment venant contrecarrer la vibration à étouffer. Dans le
cas d’un contrôle en action directe (feedforward control), la
source est mesurée et le contrôleur pilote un actionneur qui
va délivrer un effort avec le bon déphasage et l’injecte près
de la source. Le point commun de ces deux approches est
que l’on injecte de l’énergie pour annuler la vibration indési-
rable mais on n’en contrôle pas le flux. En fait, ces techni-
ques ne permettent pas d’éliminer complètement le champ
vibratoire. Plus récemment des méthodes de confinement
de l’énergie (vibration control by confinement of vibration
energy) sont apparues. Elles visent à canaliser l’énergie dans
des zones où il est plus facile de la traiter. Dans ce cas, on
ne parlera plus de contrôle passif ou actif, mais de contrôle
proactif (intelligent). Cette approche est développée par la
société SmartSkin (www.smartskininc.com). Il s’agit donc
de combiner des techniques passives et actives et de créer
des puits d’énergie. À titre d’exemple, la figure 12 présente
l’ «écoulement» forcé de l’énergie d’une zone à une autre par
le contrôle en amplitude et en phase d’une matrice d’action-
neurs attachés à la plaque.
Fig. 12: Méthode de contrôle de l’écoulement
d’énergie (SmartSkin)
Toujours dans le domaine des vibrations, nous pouvons
citer la société LORD établie depuis plus de 80 ans aux
Etats-Unis et qui, entre autres activités, a proposé des
matériaux viscoélastiques plus particulièrement adaptés
aux traitements d’amortissement par revêtement simple
(PVC chargé de graphite). Fin des années 70, ce maté-
riau nous a permis de réduire le phénomène POGO sur les
lanceurs DIAMANT BP4. Aujourd’hui, LORD propose des
dispositifs mécatroniques d’absorption d’énergie sur la
base d’actionneur magnéto-rhéologiques. Ces fluides ont
la propriété de présenter une faible viscosité lorsqu’ils sont
au repos et d’atteindre la consistance du «miel» lorsqu’un
champ magnétique leur est appliqué. Les principales appli-
cations se situent dans le domaine automobile et de la
machine outils (figure 13).
Fig. 13 : Amortisseur actif linéaire Rheonetic LORD
Il existe d’autres matériaux adaptatifs comme les céra-
miques piézoélectriques ou les matériaux magnétostric-
tifs, voire d’autres qui nous échappent encore. Ces quel-
ques exemples illustrent la part croissante que devrait
prendre dans l’avenir les matériaux adaptatifs dont les
propriétés sont pilotables par un signal électrique ou un
champ magnétique.
Le sujet que nous venons de traiter est vaste et il est clair
que nous avons laissé des zones d’ombre volontairement
ou involontairement. Il en ressort que la vibration est un
outil puissant au service de la caractérisation des maté-
riaux, mais qu’elle peut aussi être à l’origine de nuisances
que l’on traite par des techniques passives ou actives s’ap-
puyant en partie sur les caractéristiques des matériaux,
la boucle est rebouclée… Deux aspects que nous n’avons
pas traités : la fatigue et la surveillance des structures et
des machines. Ces thèmes sont aussi intimement liés à
la vibration et mériteraient un nouvel article…
Références bibliographiques
[1] Ahid.D.Nashif and David.J.G.Jones, Vibration Damping, John Wiley & Sons 1985
[2] Philip.M.Morse, Vibration and Sound, ASA
[3] Leo.L.Beranek, Noise and Vibration Control engineering, John Wiley & Sons 2006
[4] Cyril M.Harris , Shock & Vibration Handbook, Mc Graw-Hill 1995
[5] Malcolm J.Crocker, Handbook of Noise & Vibration control, John Wiley & Sons 2007
[6] M.J.Ewins, Modal testing theory and practice, Research Studies Press LTD