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Contrôle actif
Isolation antivibratoire et antichoc - Définitions. Principes physiques
B5140 v1 Article de référence

Contrôle actif
Isolation antivibratoire et antichoc - Définitions. Principes physiques

Auteur(s) : Bernard GARNIER

Relu et validé le 06 janv. 2023

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Présentation

1 - Sources, transferts et récepteurs vibro-acoustiques

2 - Découplage et isolation

3 - Amortissement

4 - Raideurs statique et dynamique

5 - Suspension antivibratoire d’un objet rigide

6 - Suspension antichoc d’un objet rigide

7 - Suspension d’un objet déformable

8 - Contrôle actif

9 - Vers des structures « intelligentes » ?

Sommaire

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INTRODUCTION

La suspension élastique des machines pour réduire la transmission des vibrations indésirables à leur environnement est devenue une pratique courante, tout comme le montage souple des systèmes fragiles ou sensibles aux vibrations afin de mieux les protéger. La mise en œuvre de ces dispositifs pourrait sembler assez simple, dès lors qu’on suit bien les indications des constructeurs ; et pourtant nombreux sont les cas qui requièrent une attention particulière pour éviter des résultats malencontreux, allant jusqu’à des usures ou des ruptures prématurées.

Pour résumer les facteurs qui conduisent à ce regain d’attention lors du choix d’une isolation antivibratoire ou antichoc, on citera en particulier :

  • la volonté d’alléger et de réduire la taille des machines tout en accroissant leur puissance, ce qui amène les constructeurs à choisir des vitesses de rotation plus rapides, des carters et des arbres moins rigides, des bâtis moins surdimensionnés ;

  • la volonté de décliner des gammes standardisées de moteurs, de boîtes et de transmissions, d’accouplements, de génératrices, de pompes, etc., ce qui multiplie les possibilités de combinaisons lors d’une mise en groupe sans que le constructeur ait pu toutes les valider sur le plan dynamique et vibratoire, d’où des configurations parfois délicates à opérer ;

  • une volonté de modularité et de souplesse d’aménagement des ateliers de production, ce qui va amener les utilisateurs à implanter des instruments de contrôle ou des bureaux au plus près de certaines machines, donc à contrôler et réduire davantage les sollicitations vibro-acoustiques qu’elles génèrent, ou à minimiser l’interférence de diverses unités de production autrefois disjointes ;

  • une préoccupation d’ergonomie et de protection des travailleurs, ce qui, après avoir imposé le port de protections individuelles ressenti souvent comme inconfortable, impose maintenant de spécifier des niveaux acoustiques ambiants dans les ateliers directement acceptables sans pour autant que des systèmes trop complexes de capotages et de mise en cabines ne gênent les flux de production ni les interventions de maintenance.

Une isolation antivibratoire bien conduite peut répondre à tout cela, moyennant l’application attentive des concepts et méthodes détaillés et illustrés dans le présent article et dans l’article , qui abordent successivement :

  • Définitions et principes physiques ;

  • Solutions technologiques et industrielles.

Nota :

Le lecteur se reportera également à l’article Vibrations des structures industrielles [R 3 140]dans le traité Mesures et Contrôle.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-b5140

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8. Contrôle actif

On a jusqu’alors uniquement considéré l’isolation antivibratoire apportée par l’interposition d’un élément très souple qui rend la propagation des vibrations difficile par la discontinuité d’impédance qu’il constitue. À la faible fraction d’énergie près qu’il dissipe du fait de son amortissement, le support ne modifie pas le bilan énergétique initial du système source.

Une approche différente est d’introduire une nouvelle source de vibrations au sein du support qui va créer un effort vibratoire synchrone et antagoniste à la vibration initiale : en aval, on fera disparaître toute vibration, tandis qu’on ajoutera une énergie supplémentaire à la source.

Le principe du contrôle actif antivibratoire est donc très simple, et imaginé depuis longtemps. Ce n’est malgré tout qu’aujourd’hui qu’apparaissent des réalisations industrielles, car la mise en œuvre d’un tel dispositif requiert :

  • la disponibilité d’actionneurs assez efficaces, compacts et rustiques, pour déployer l’effort requis tout en s’insérant au cœur de la suspension et en présentant une excellente fiabilité dans un environnement a priori sévère ;

  • la disponibilité de contrôleurs électroniques permettant un pilotage précis de ces actionneurs avec la même fiabilité et des coûts assez bas ;

  • des algorithmes ne requérant que peu de capteurs de pilotage et de contrôle et une marge de stabilité suffisante.

De nombreux développements se poursuivent sur ces axes, mais peu ont atteint un stade assez industriel pour faire l’objet de cet article. C’est le cas des exemples ci-après.

  • Suspension active des moteurs d’automobiles

    Il existe à l’heure actuelle deux axes de solutions parvenues au stade prototype sur véhicules :

    • une première solution est de créer un perfectionnement des plots élastoméro-hydrauliques (article Isolation antivibratoire et antichoc. Solutions technologiques et industrielles ) consistant à agir sur la membrane intermédiaire (ou à créer un effet de piston dans la chambre inférieure) avec un petit actionneur électromagnétique pour générer un contre-effort dynamique indirect à travers le fluide de la chambre supérieure ;

    • une seconde solution est d’agir directement...

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