Absorbeurs de vibrations
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Absorbeurs de vibrations

PYTHEAS

26 janvier 2023

 

Focus sur les absorbeurs de vibrations

Grâce au développement de différents projets, PYTHEAS Technology a accumulé des compétences et connaissances uniques en contrôle vibratoire et amortissement des vibrations. Notre page dédiée au contrôle vibratoire vous explique les grandes lignes du sujet et voici plus de précisions sur les absorbeurs de vibrations et les solutions développées par PYTHEAS Technology.

 

Tout d’abord, prenons le temps d’expliquer le phénomène de vibration dans les structures.

 

Absorbeurs de vibrations
Absorbeurs de vibrations

Pourquoi et comment limiter les vibrations d’une structure ?

Les structures qui nous entourent peuvent être caractérisées par leurs fréquences propres, ou fréquences de résonance. Il s’agit des fréquences auxquelles la structure est sensible : lorsqu’elle est sollicitée à l’une de ces fréquences, l’oscillation résultante est de forte amplitude. Chaque structure présente une infinité de fréquences propres et l’on s’intéresse en général à la première, la plus basse de ces fréquences qui provoque un déplacement de forte amplitude.

 

On observe sur la figure ci-contre le phénomène de résonance, durant lequel la structure va subir des oscillations de plus en plus importantes à l’approche d’une fréquence spécifique.

L’amplitude maximale de l’oscillation, en noir, est représentée en fonction de la fréquence à laquelle la structure est sollicitée. Nous pouvons observer un pic qui correspond à la fréquence de résonance.

L’objectif du contrôle vibratoire est d’éliminer ou de limiter cette résonance afin de réduire le déplacement de la structure. Différentes solutions techniques existent, dont l’ajout d’un absorbeur de vibration.

Absorbeurs de vibrations
Absorbeurs de vibrations

Qu’est-ce qu’un absorbeur de vibrations ?

Un absorbeur de vibrations est un dispositif annexe qui peut être positionné sur une structure pour la contrôler et limiter la vibration parasite. Il sert à absorber et dissiper l’énergie vibratoire qui pourrait provoquer une oscillation de haute amplitude de la structure.

Voici quelques cas d’usage :

  • Assurer la tenue mécanique de la structure. Des oscillations de fortes amplitudes pourraient endommager la structure. Par exemple, les antennes de satellite sont très fragiles et une excitation de leur base, du fait du déplacement du satellite, pourrait provoquer une fissure. On peut alors ajouter un absorbeur de vibrations pour réduire l’oscillation des antennes et assurer leur intégrité.
  • Améliorer le confort des utilisateurs. La réduction des vibrations permet de limiter l’inconfort des usagers, par exemple dans les trains.
  • Réduire le bruit. La réduction du bruit généré par la vibration peut également relever d’objectifs stratégiques. C’est notamment le cas des sous-marins, dont la maitrise des vibrations assure la furtivité acoustique.
  • Assurer un positionnement précis. Certains dispositifs de mesure scientifique nécessitent un positionnement très précis afin de fonctionner correctement. Il devient alors primordial de contrôler son environnement vibratoire. On retrouve notamment cette problématique dans l’industrie spatiale ou dans le domaine des instruments scientifiques (banc optique,…).

Comment fonctionnent les absorbeurs de vibrations ?

L’emploi de Tuned Mass Damper (TMD), ou absorbeur à masse accordée en français, est largement répandu, du fait de sa simplicité de dimensionnement et d’utilisation. Un TMD peut être assimilé à un système résonant masse/ressort. Lorsque le TMD est sollicité à la vibration pour laquelle il a été dimensionné, il va osciller et ainsi dissiper une partie de l’énergie responsable de la résonance de la structure. On constate alors que la vibration de structure principale (en bleue) est atténuée.

 

L’emploi d’un TMD permet de limiter l’amplitude du déplacement de la structure.

Absorbeurs de vibrations
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Quelle est la particularité des absorbeurs de vibrations de PYTHEAS Technology ?

Experte dans l’emploi de la piézoélectricité, PYTHEAS Technology propose des absorbeurs de vibrations piézoélectriques, aussi appelés résonateurs piézoélectriques.

L’ajout d’éléments piézoélectriques, sous forme de céramiques ou de patchs, permet de réaliser une conversion électromécanique : une partie de l’énergie mécanique de la vibration est convertie en énergie électrique. Un circuit électronique( « shunt »), est connecté aux bornes de cet élément piézoélectrique pour dissiper l’énergie électrique extraite.

L’utilisation de résonateurs piézoélectriques (courbe violette) permet d’obtenir de meilleures performances qu’un TMD classique pour une même masse ajoutée. Cette amélioration des performances est due à la conversion électromécanique et à l’utilisation du shunt qui permettent de mieux dissiper l’énergie vibratoire.

Le couplage avec des électroniques dites « intelligentes » permet d’ajuster la fréquence de résonance en temps réel voire de pouvoir traiter plusieurs fréquences avec un seul dispositif mécanique ce qui représente un gain de masse ajoutée.

L’emploi de la piézoélectricité présente un autre avantage : en plus de dissiper et d’éliminer une vibration parasite, les résonateurs piézoélectriques peuvent récupérer de l’énergie. Au lieu de minimiser une source de vibration, il est possible de l’exploiter pour convertir une partie de cette vibration en électricité puis la stocker et l’exploiter.

Absorbeurs de vibrations
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Nous espérons vous en avoir appris davantage sur le contrôle vibratoire et les résonateurs piézoélectriques et restons à votre disposition pour échanger sur le sujet. Pour les plus curieux, restez connectés, nous communiquerons bientôt sur les travaux de Floriane Peyrouse dans le cadre de sa thèse « Résonateurs piézo-électriques robustes : application au contrôle vibratoire basses fréquences et à la récupération d’énergie ».