Conception et optimisation d’amortisseurs à masse accordée pour les structures du génie civil

La modernisation de l’aménagement urbanistique des villes qui se veut de plus en plus créative et respectueuse de l’environnement et du paysagisme, d’une part, et l’émergence d’un esprit de management de plus en plus responsable à l’égard des catastrophes naturelles comme les séismes, d’autre part, suscitent de plus en plus de rigueur méthodologique et conceptuelle au niveau du métier de l’ingénieur civil. Dans ce contexte, la construction de ponts légers de grande portée et des grattes ciels très élancés, requiert de plus en plus de matériaux à hautes performance et des technologies novatrices tout en étant économiquement acceptables.

Le contrôle des structures de génie civil représente un domaine de recherche émergent qui répond aux enjeux et aux contraintes précédemment citées. Ainsi des efforts importants ont porté sur le développement de dispositifs de contrôle assurant la conception de constructions flexibles et répondant aux diverses exigences suivantes :
➤ d’ordre sécuritaire (accroitre la sécurité et la fiabilité des structures flexibles qui sont sensibles aux excitations dynamiques extérieures telles que les vents et les tremblements de terre),
➤ d’ordre fonctionnel (accroissement de la durée de service de l’ouvrage et par la suite la possibilité de sa réhabilitation)
➤ d’ordre économique (raccourcissement de la durée du chantier et par suite diminution d’arrêts de chantier dus à un vent trop fort représentant un cout financier très important)
➤ ou de confort (le confort aux usagers dans ou lors de la traversée l’ouvrage).

Sachant que les systèmes classiques consistent à renforcer et à rigidifier les structures, les systèmes de contrôle moderne présentent une alternative par laquelle les structures peuvent résister aux actions dynamiques. L’idée est de produire des forces de réaction bien adaptées, et ce, lors de la manifestation des actions perturbatrices (vents violents, séismes, trafics irréguliers de piétons ou de véhicules…etc.).

Le contrôle des structures du génie civil représente un domaine de recherche relativement nouveau mais qui se développe rapidement. Ainsi, la tendance générale à construire des ponts légers de grande portée et des grattes ciels très élancés, demande des matériaux à hautes performances et des technologies novatrices. Ceci permet aux ingénieurs d’exprimer leurs créativités.

Des efforts importants ont été consacrés à la possibilité d’employer divers dispositifs de contrôle dans la conception des constructions flexibles. Les méthodes de contrôle qui leur sont associés ont des objectifs différents tel que :
➤ L’accroissement de la durée de service de l’ouvrage et, par la suite, la possibilité de sa réhabilitation.
➤ Le confort aux usagers en traversant l’ouvrage.
➤ Le raccourcissement de la durée du chantier et, par suite, la diminution les arrêts de chantier dus à un vent trop fort représentant un coût financier très important [1].
➤ Accroître la sécurité et la fiabilité des structures flexibles qui sont sensibles aux excitations dynamiques extérieures telles que les vents et les tremblements de terre.

Plutôt que de renforcer et de rigidifier la structure, les systèmes de contrôle présentent des moyens efficaces par lesquels les structures peuvent résister aux actions dynamiques, et ce, en produisant, lors de la manifestation de telles actions, des forces de réaction bien adaptées.

Les systèmes de contrôle développés pour réduire la réponse des structures soumises aux chargements variables de l’environnement sont principalement de trois types :

➤ Le contrôle passif qui consiste à superposer à la structure un dispositif dissipant l’énergie ou filtrant la transmission des efforts dans la structure, au moins à une fréquence donnée. Il ne nécessite ni mesure, ni calcul, ni source d’énergie externe[2].
➤ Le contrôle actif qui se réfère aux systèmes nécessitant une source importante d’énergie externe pour opérer les actionneurs qui fournissent des forces de contrôle ou des déplacements en certains points, et ce, en fonction de l’état du système. Les magnitudes sont déterminées en utilisant des mesures collectées à partir des capteurs qui mesurent l’excitation et /ou la réponse de la structure [2]. Cependant, il est également connu que ces systèmes sont en général plus coûteux, plus complexes et moins fiables que les systèmes passifs.
➤ Le contrôle semi actif qui implique l’application d’un dispositif réglable ne nécessitant pas d’alimentation externe importante pour pouvoir fonctionner. Ce dispositif combine les caractéristiques des systèmes passives et actives. Il n’exige alors qu’une faible source d’énergie (ex : batterie) pour modifier ses propriétés mécaniques comme le coefficient d’amortissement ou la rigidité.