Devinette

[invitea4c88bd8]

Le pont de Takoma (pont haubanné dans les années 50) aux USA s'est brisé sous les effets d'un vent léger. Pourquoi ?
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[wizz]

Résonnance....

C'est comme une balançoire.
On peut effectuer de faibles poussées à chaque fois.
Mais si on pousse à la même fréquence que celle de la balançoire, ça va finir par monter très très haut...

[_Goel_]

Néanmoins, ça reste impressionant.
De nos jours, les ponts sont construits sur amortisseurs et différents systèmes autonomes ou pilotés permettent de limiter les oscillations.

[invitea4c88bd8]

Vous avez vite fait de trouver.
Je trouve ce phénomène très impressionnant.
L'air qui passe sur un obstacle (comme la corniche ou la structure d'un pont) crée un sillage derrière celui-ci.
C'est une alternance de tourbillons générés de part et d'autre de l'obstacle (allées de Karmann) qui, à la fréquence de résonance, créent la ruine de l'ouvrage.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea2955c80]

L'air qui passe sur un obstacle (comme la corniche ou la structure d'un pont) crée un sillage derrière celui-ci.
C'est une alternance de tourbillons générés de part et d'autre de l'obstacle (allées de Karmann) qui, à la fréquence de résonance, créent la ruine de l'ouvrage.

Je ne pense pas que les tourbillons de Karman soient à l’origine de la ruine du pont de Tacoma.

La fréquence du mode de torsion du tablier dépend de la vitesse du vent, la fréquence du mode de flexion est constante.
Le jour de la catastrophe, il y avait exactement le vent nécessaire pour que le couplage des modes de flexion et de torsion permette au pont d’emprunter de l’énergie au vent !

Pour faire simple, lorsqu’une section de pont " descendait " par flexion, la torsion présentait cette même section avec une incidence négative par rapport au vent, ce qui génèrait une force dirigée vers le bas, et inversement, lorsque la section " montait ".

Les scientifiques rigoureux appellent ce phénomène : instabilité par couplage antisymétrique en raideur.

[invitea4c88bd8]

J'avais étudié ce phénomène lorsque j'étais au laboratoire du LEGI (Laboratoire des écoulements Géophysiques et Industriels) à Grenoble et je me permet de tenir ma position en ce qui concerne le lien entre le phénomène des tourbillons de Karman et la ruine du pont de Takoma. Ce phénomène est d'ailleurs plus fort en amplitude et en fréquence lorsque l'écoulement du fluide passe du régime laminaire au régime turbulent.
J'ai également vérifié sur la toile et cela me conforte dans mes souvenirs.

Pour être parfaitement objectif, j'ai trouvé des pistes comme celle ci issue d'un mémoire de DEA:

"De même, les caractéristiques vibratoires des ponts sous écoulement
doivent être établies avec précision . Cependant, pour de telles structures, il est
souvent difficile de faire la part des choses entre les excitations purement fluide -
élastiques et les excitations dues à des écoulements périodiques . Par exemple,
l'accident du pont de takoma aux Etats-Unis semble provenir d'une superposition
de forces dues aux détachements tourbillonnaires ainsi qu'à des phénomène s
fluide-élastiques encore mal connus .
Dans d'autres domaines industriels tels que la biomécanique, l'étude de s
forces fluide-élastiques constitue un nouvel axe de recherche ."

Ce phénomène fluide-élastique est peut-être celui que tu évoques.

Salutations.

[invitea2955c80]

Pour être parfaitement objectif, j'ai trouvé des pistes comme celle ci issue d'un mémoire de DEA:
"De même, les caractéristiques vibratoires des ponts sous écoulement
doivent être établies avec précision . Cependant, pour de telles structures, il est
souvent difficile de faire la part des choses entre les excitations purement fluide -
élastiques et les excitations dues à des écoulements périodiques . Par exemple,
l'accident du pont de takoma aux Etats-Unis semble provenir d'une superposition
de forces dues aux détachements tourbillonnaires ainsi qu'à des phénomène s
fluide-élastiques encore mal connus ."

Ce phénomène fluide-élastique est peut-être celui que tu évoques..

Ce phénomène de couplage qui fait intervenir le premier mode de flexion et le premier mode de torsion est bien connu des constructeurs d’avions sous le nom de flottement ( flutter pour les anglophones ).

Il fut à l’origine de pas mal de désastres aéronautiques dans les années 30 lorsque des monoplans à ailes insuffisamment rigides en torsion remplacèrent les biplans, et que les vitesses augmentèrent. ( on peut montrer que la fréquence des oscillations en torsion est modifiée par la vitesse d’écoulement ) .

Je ne crois pas que le vent ayant entraîné la ruine du pont de Tacoma ait pu constituer une excitation. périodique
Je ne crois pas davantage, au détachement tourbillonnaire, la littérature indique que les allées
tourbillonnaires de Bénard-Karman existent en aval de corps cylindriques de révolution pour des nombres de Reynolds compris entre 40 et 300, c’est le domaine des fils électriques ,des poteaux….

[invitee0a3847c]

C'est effectivement la résonance

http://youtube.com/watch?v=9lQaIdDI5OE
Très impressionnant en tout cas!

C'est également à cause de la résonance que les militaires ne doivent pas marcher au pas lors de la traversée d'un pont