Les outils de l’ingénieur et leur mise en œuvre
Vibrations des structures industrielles

Toutes les structures et installations industrielles sont sujettes à des vibrations, qu’il s’agisse de celles qu’elles génèrent ou de celles qu’elles subissent de la part de leur environnement.

• Le paragraphe 1 présente, outre une description qualitative des principaux phénomènes vibratoires, un panorama des normes concernant les vibrations et les chocs.

• Le paragraphe 2 expose un certain nombre de représentations des phénomènes vibratoires 2.1, aidant à interpréter les observations, souvent fort complexes, de l’état vibratoire d’une structure industrielle, à prédire le cas échéant l’effet de modifications, et à guider ainsi le concepteur, l’installateur et l’exploitant. Il présente ensuite 2.2 les moyens de mesure et d’essai offerts par le marché, et quelques critères de choix.

• Le paragraphe 3 présente des stratégies de maîtrise des vibrations et du bruit induit, à différentes étapes du développement et de la vie d’une installation ou d’un produit industriel. Cinq qualités, techniques et humaines, sont menacées par les vibrations des structures ; ce sont :

  • la régularité du produit ou du service rendu ;

  • la sûreté ou au moins la sécurité de fonctionnement ;

  • la tranquillité de marche ;

  • la durée de vie de la structure et de ses composants ;

  • l’endurance au poste de travail.

  Ces qualités, qui doivent pouvoir être quantifiées, sont à prendre en compte dès le projet, lors de la mise au point et durant l’exploitation de la structure, jusqu’à sa révision ou sa mise en réforme. Du bilan complet de fonctionnement d’une structure, il est possible d’estimer la part technique et le coût correspondant imputable aux effets vibratoires indésirables.

  Des exemples d’intervention des vibrations sont présentés au paragraphe 3. Ils pourraient être beaucoup plus nombreux, car les vibrations sont omniprésentes. En effet, toute fluctuation de charge, de débit, de vitesse, toute irrégularité de mouvement des pièces d’une installation, constituent une source d’excitation vibratoire des structures avoisinantes, d’autant plus riche et intense que cette fluctuation est rapide.

  En termes de traitement du signal, le spectre vibratoire correspond à la transformée de Fourier de la fluctuation temporelle F(t) relative au système :

  La transformée de Fourier d’une impulsion infiniment brève (Dirac) contient en égale proportion toutes les fréquences f du spectre : des chocs brefs peuvent donc exciter toutes les fréquences propres d’une structure.

  Les réponses structurales, utiles à connaître, dépendent de la situation des fréquences dans ce spectre, mais :

  • d’une part, les paramètres descriptifs d’une structure ne sont pas toujours faciles à dénombrer : évalués par excès, ils font état de modes physiquement inexistants ; évalués par défaut, ils omettent l’existence de modes moins manifestes relatifs à des paramètres cachés ;

  • d’autre part, le modèle représentatif, unique avec une structure linéaire, reste à déterminer, cas par cas, dans le cas de non-linéarités, faibles ou fortes, mais souvent présentes.

  De telles difficultés rencontrées en pratique sont rappelées au paragraphe 3, ainsi que les solutions mises en œuvre.