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Caractérisation dynamique des matériaux et réduction des nuisances vibroacoustiques : l’apport des vibrations.
On peut montrer que l’optimum au niveau du dimension-
nement conduit à une masse de l’absorbeur égale à 20%
(compromis entre efficacité et masse ajoutée) de la masse
modale et un amortissement de 10% à 20%. La figure 5
illustre l’effet d’un absorbeur dynamique optimisé sur la
première fréquence de résonance d’une poutre cantilever.
Le dispositif est accordé et reste d’autant moins efficace
sur les modes d’ordres supérieurs.
Fig. 5 : Réponse d’un absorbeur dynamique pour différentes
valeurs du rapport de masse µ et d’amortissement
On peut trouver de nombreuses applications de ces
dispositifs :
- les «dampers» montés en extrémité de vilebrequin pour
limiter l’acyclisme des moteurs diesel,
- les absorbeurs utilisés en génie civil pour atténuer les
vibrations de tours sous l’action du vent ou des ponts sous
l’action de la circulation,
- montés sur les roues des véhicules ferroviaires pour limi-
ter le bruit de crissement (figure 6a),
- ou sur des rails de manière à combattre l’usure ondula-
toire (figure 6b).
Fig. 6 : Absorbeurs dynamiques amortis :
a- montés sur roue ; b - montés sur rail
L’
isolation
est réalisée en insérant des dispositifs élastiques
entre le générateur et la structure ce qui a pour but de limi-
ter le transfert par voie solidienne. L’insertion d’une raideur
K entre la source et la structure à protéger permet, au-delà
d’une fréquence ƒ égale à ƒ
0
d’avoir un rapport de trans-
missibilité inférieur à 1. Par contre, pour des fréquences infé-
rieures, il y a amplification avec un maximum à ƒ
0
. Ce phéno-
mène peut être gênant dans les phases de démarrage de
machines où la vitesse passe de 0 à la valeur nominale non
instantanément et un risque d’accrochage est alors possi-
ble au franchissement de ƒ
0
. Là encore l’amortissement
permet de réduire la surtension sans avoir d’impact sur la
fonction de filtrage (vrai pour un matériau hystérétique mais
faux pour un amortisseur visqueux). Toutefois il ne faut pas
utiliser des matériaux très amortissants. En effet, le dépla-
cement relatif entre la machine et la structure augmente
dans la zone de résonance, passe par un maximum à la
résonance et décroît rapidement au-delà. Si le matériau est
fortement amortissant, un taux de déformation trop impor-
tant peut entraîner un phénomène d’auto-échauffement qui
va se traduire par une diminution du module d’Young et donc
de la fréquence de résonance. Pour une sollicitation à accé-
lération constante, l’amplitude de vibration augmente et l’on
peut atteindre un régime auto-entretenu conduisant à la ruine
de la suspension. C’est la raison pour laquelle les amortisse-
ments des gommes utilisées pour la réalisation des suspen-
sions ne dépassent pas 10% à 15%. Pour les élastomères,
le phénomène est plus complexe dans le sens où le maté-
riau présente un comportement non linéaire avec le taux
de déformation, comme nous l’avons montré dans l’article
paru dans le numéro 57 d’Acoustique & Techniques Spécial
Vibrations Partie 1.
Ces dispositifs se trouvent aujourd’hui très répandus, l’auto-
mobile étant un des exemples (suspension du moteur et
des accessoires) les plus connus.
Nous nous attarderons ici sur une application moins répan-
due : le filtrage des micro-vibrations générées par les roues
d’inertie des satellites d’observation. Ces dispositifs qui
permettent l’orientation précise du satellite génèrent des
micro-vibrations qui peuvent introduire un flou d’image.
Pour pallier cet inconvénient, l’équipement optique à proté-
ger est monté sur trois suspensions en silicone, fixées
sur la plateforme METOP. Le design d’une telle suspen-
sion concerne le choix et la caractérisation du matériau
(figure 7a), le dimensionnement de la suspension à l’aide
des EF (figure 7b), la réalisation (figure 7c) et la qualifica-
tion des dispositifs (figure 7d).
Fig. 7a : Caractérisation des plots Silicone - DMA 01dB-Metravib
Les matériaux ont été qualifiés en ambiance spatiale (déga-
zage, inflammabilité, toxicité) et ont fait l’objet d’une collabo-
ration avec la société LORD. Les suspensions sont bridées au