TPE - Faire entrer en résonance un pont

[invite974e483c]

Bonjour !

Je voulais tout d'abord remercier tout ceux qui nous ont aidé à ma précédente question, vous nous avez bien lancées

Nous sommes donc trois élèves de 1S et nous réalisons un tpe sur la résistance au vent des ponts, et particulièrement sur l'effet de résonance.

Nous avons besoin de faire une réalisation, et nous comptons faire une maquette, que nous ferions entrer en résonance grâce à un moteur à masse excentrée. Je suppose qu'il ne faut surtout pas que le pont soit en bois, car ça vibrerait très mal, mais est-il plus interressant d'utiliser du métal ou du plastique ? Et comment pourrait-on calculer la fréquence nécessaire pour que notre maquette entre en vibration ? Je suppose que l'on doit trouver des formules, mais nous n'avons pas trouvé grâce à Google...

Nous pensons aussi prévoir une maquette qui pourrait "s'ouvrir", modélisant ainsi un pont poreux ou non-poreux, et donc montrer la différence de l'action du vent selon l'obstacle rencontré (il nous faudrait donc alors quelque chose qui puisse produire du vent, et plutôt de façon colorée... Un ventilateur qui pourrait envoyer de la fumée ? :S )

Je vous remercie d'avance si vous pouvez nous aider

Bonjour
Comme le titre l'indique, il s'agit d'un "TPE"
Je déplace dans la rubrique appropriée

La modération
Papykiwi
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[invite2b93fa3f]

Bonjour, attention à votre sujet, un pont peut entrer en résonance, mais si des soldats marchent dessus par exemple.
Je ne suis pas sur qu'un pont puisse entrer en résonance à cause du vent.
Attention à ne pas faire l'amalgame avec le cas de l'effondrement du pont de Tacoma qui ne fut pas de la résonance, mais un effet de galop.
Or, cet effet est assez technique et demande des connaissances en mécanique des fluides.

Cordialement

[Gawel]

Attention, il convient de définir et comprendre ce qu'est l'effet de résonance. La résonance est une amplification des oscillations d'un signal.

Le son peut provoquer des résonances, mais le vent le peut lui aussi.

Ainsi, un pont peut entrer en résonance à cause d'un son, mais aussi à cause du vent, et effectivement, ce fut le cas pour le Pont de Tacoma.

Je pense que c'est précisément ce phénomène que Enaro veut étudier.


Enaro, dans le cadre de votre étude, il faudra bien préciser le phénomène de résonance physique (qu'elle soit dû à un son, du vent ou autre...) en traitant tous les types d'oscillation :
atténués (pendule en tenant compte des frottements de l'air, rebonds successifs d'une balle de tennis au sol)
entretenus (enfant sur une balançoire poussée par un adulte)
amplifiés (résonance due à un élément extérieur, lancé du marteau)

Puis essayer de comprendre comment le vent transmet son énergie au pont

Et enfin, comment le pont évolue. Sur les vidéos présentes sur le net, on peut évaluer 2 à 3 oscillations successives, ce qui permet de calculer les évolutions d'amplitudes et de fréquences.

Vous pouvez aussi aborder la résistance mécanique des matériaux. Leur zone d'élasticité, leur zone de plasticité, et leur seuil de rupture

[invite2b93fa3f]

Attribué la destruction du pont de tacoma à une quelconque résonance est une erreur courante, mais les calculs confirment que ce n'est pas la résonance. D'autres études ultérieures évoquèrent un problème d'interaction fluide-structure.

Je joint un lien pour appuyer mes dires : http://www.ladhyx.polytechnique.fr/ifs/ae-tacoma.html

Ainsi, pour ton tpe, n'étudie pas le pont de tacoma à travers sa résonance, tu foncerait dans le mur.

Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gawel]

Extrait de votre lien :

Du fait du couplage aéroélastique, un échange d’énergie mécanique se produit entre le vent et le pont qui oscille. On dit que le pont est stable lorsque l’énergie mécanique est transférée du pont vers le vent qui la dissipe. C'est-à-dire que lorsqu’un évènement extérieur engendre une petite oscillation initiale, par exemple le passage d’un camion ou une soudaine rafale de vent, alors cette oscillation va s’amortir. De plus le vent n’est jamais parfaitement constant : les petites variations de vitesse autour de la vitesse moyenne suffisent à produire de petites oscillations.
Mais si la vitesse moyenne du vent est suffisamment élevée, au dessus de ce que l’on appelle la vitesse critique, le pont est instable et l’oscillation initiale s’amplifie. L'énergie se transfère alors du vent vers le pont et les oscillations s’amplifient à cause du couplage aéroélastique, jusqu’à la ruine.

Dans le cas du pont de Tacoma, la déformation en torsion du tablier qui s’observe facilement sur les photographies extraites du film correspond à une variation de l’angle d’incidence du vent. Ce changement d’incidence modifie l’écoulement du vent autour du tablier, qui en retour modifie le couple de torsion, de sorte que le pont capte de l’énergie au vent à chaque fois qu’il oscille. L’amplitude des vibrations augmente progressivement jusqu’à ce que la déformation engendre des effets sur les câbles et les autres composants qui conduisent finalement à sa ruine. Cette explication a été confirmée par plusieurs études en soufflerie depuis les années 40 et ce phénomène aujourd’hui bien connu des concepteurs est systématiquement étudié.

Les passages en gras soulignent le fait qu'il est avéré que les oscillations se sont amplifiées.

Comme je le signalais, une oscillation s'amplifiant, c'est ce qu'on appelle la résonance... Quelle qu'en soit la cause

[invite2b93fa3f]

Attention, il convient de définir et comprendre ce qu'est l'effet de résonance. La résonance est une amplification des oscillations d'un signal.

On est d'accord !

Cependant, ici, la vitesse du vent n'a pas besoin d'osciller.

Autre citation du lien que j'ai mis :

Lorsque la fréquence de cette force correspond à l’une des fréquences de vibration naturelle du pont, un phénomène de résonance se déclenche, au cours duquel les mouvements de la structure sont fortement amplifiés. Mais dans le cas du pont de Tacoma cette explication ne tient absolument pas car la fréquence de torsion du pont était d’un cycle toute les 5 secondes (0.2 Hz), tandis que celle des tourbillons était d’un cycle par seconde (1 Hz). Le rapport de ces deux fréquences étant de cinq, tout risque de résonance est exclu.

Cependant, le sujet ici n'est pas de débattre si oui ou non, le pont de tacoma a été détruit à cause de la résonance mais si il s'applique à un TPE. Or, nous serons tous les deux d'accord que sa mise en équation requiert une étude du couplage fluide-structure, et que les oscillations ne correspondent pas aux fréquences de torsion du pont. L'étudier en y cherchant une quelconque résonance conduit donc droit dans le mur.
Enaro, je te déconseille donc d'utiliser cet accident en exemple.

Cordialement

[Gawel]

Cependant, ici, la vitesse du vent n'a pas besoin d'osciller.

Attention, on ne parle pas d'oscillation du vent, mais de l'oscillation du pont !
Le vent peut être régulier ou non, et causer une oscillation d'un pont, et même, suivant le profile du pont, le faire entrer en résonance (amplifier son oscillation) jusqu'à sa rupture.

bref, c'est un débat sémantique sur la définition de la résonance. Reste que le phénomène de résonance peut être traité en TPE, tout comme le cas du pont de Tacoma peut l'être.
Mais quelque soit le sujet traité, il est important d'établir le sens du terme qu'on emploie, pour éviter justement ces débats sémantiques.