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Dispositif anti-vibratoire : le résonateur à amplification inertielle

Le résonateur à amplification inertielle : un système anti-vibratoire passif ultra efficace mais totalement méconnu...
...et qui n'a rien a voir malgré un nom semblable avec les résonateurs masse ressort ou TMD (Tuned Mass Damper), les fameux batteurs de la suspension de la 2CV.

Siège hélicoptère

Limitation des vibrations

Dès qu’un système mécanique se met en mouvement, il y a une forte probabilité pour qu’il engendre des vibrations. Suivant le niveau d’excitation ou la réponse vibratoire, elles pourront rester faibles, s’atténuer ou alors être amplifiées si la fréquence d’excitation est proche d’un mode propre.
Il est donc souvent nécessaire d’installer un système anti-vibratoire au plus près de la source d’excitation afin de l’isoler dynamiquement et ainsi réduire la transmission des vibrations.
La solution la plus communément employée est d’introduire une souplesse dans la chaîne de transmission d'effort, généralement sous la forme de plots élastomère mono ou multidirectionnels.

Principe plot élastomère

C’est une solution basique, économique et fiable. Le principe de fonctionnement est très simple : on choisit la souplesse de manière à ce que la fréquence de résonance de l’ensemble, ainsi monté sur des plots élastomère, se retrouve bien en deçà de la plage de fréquence de fonctionnement. Les vibrations ne sont pas éliminées mais fortement atténuées, et cette atténuation est d’autant plus importante que la souplesse est importante.

Graphe plot élastomère

Limites des plots élastomère

Même si ce principe de filtration des vibrations est efficace et a depuis longtemps fait ses preuves dans la plupart des cas, il existe des situations où il n’est pas adapté :


Souvent la seule solution est de faire un coûteux renforcement structurel, de rajouter de la masse ou dans les cas extrêmes d’utiliser un système actif de contrôle des vibrations.
C’est là qu’intervient une solution connue depuis longtemps chez les hélicoptéristes mais quasiment inconnue dans le monde de l’industrie : le résonateur à amplification inertielle.

Le résonateur à amplification inertielle

Le principe est lui aussi très simple : il suffit de rajouter en parallèle au ressort une masse battante amplifiée au bout d’un bras de levier.

Principe RAI

Cette disposition laisse toujours apparaître une résonance classique mais surtout une anti-résonance qui possède des caractéristiques extrêmement intéressantes :

Graphe RAI
A la fréquence d’anti-résonance, les efforts du ressort et de la masse battante s’annulent en interne dans le résonateur et les vibrations ne sont pas atténuées mais mécaniquement supprimées.
Tout se passe comme si la source d’excitation était libre dans l'espace tout en conservant une grande rigidité statique, le Graal de tout bon spécialiste en vibration !

Au contraire d’une suspension classique, les parties se retrouvent donc dynamiquement totalement découplées, et la transmission des vibrations ne dépend plus ni de la réponse dynamique ni de la masse des éléments auxquelles elle est reliée.
On joue seulement sur la raideur du ressort, sur la masse amplifiée et sur le rapport d’amplification pour caler l'anti-résonance. On peut ainsi filtrer des fréquences très basses avec des suspensions très raides.
La simplicité du système autorise le montage d'une masse amplifiée en parallèle d'un plot élastomère d'une installation existante, avec un minimum de modifications pour contrer les effets d'une structure trop souple.
On comprend donc tout l’intérêt de ce système dans le cas d’un siège d'hélicoptère : il faut une raideur très importante afin de ne pas avoir de grande course d’écrasement sous les facteurs de charge et en même temps être totalement indépendant de la masse, de la réponse dynamique et de la physionomie de chaque passager.

C’est donc une solution passive palliant aux défauts des suspensions classiques et qui permet de gagner énormément de temps en cas d’apparition de vibrations après la fabrication d’une structure en s’épargnant de coûteuses études vibratoires et la fabrication de pièces de renforcement.

Cependant, ce type de solution ne s'improvise pas, et un vrai savoir-faire est nécessaire pour mettre en place cette technologie. Plusieurs sociétés sont spécialisées dans ce domaine, comme par exemple le français Dynalya.

Applications industrielles

Dans le domaine industriel, cette solution peut être utilisée pour isoler des moteurs de machines, de pompe, etc... du moment que la fréquence de rotation reste à peu près constante.
On peut donc agir en préventif en étudiant spécifiquement une solution lors de la conception pour de nombreuses problématiques, comme par exemple :



Article rédigé par Thomas MANFREDOTTI, Expert en systèmes anti-vibratoires


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