Etude sur un site permettant d’évaluer les voies de transmission des vibrations.
1. Introduction
Dans les bâtiments, les sources de bruit et de vibrations sont nombreuses. Les machines tournantes ou à chocs sont souvent à l’origine de ces nuisances, qui peuvent être perceptibles tactilement ou réémettre du bruit par rayonnement acoustique – on parle d’acoustique régénérée.
Les vibrations engendrées par les passages de train ou de métro aux abords des bâtiments ne sont pas traités dans cet article, mais retrouver notre brochure ici.
Ces vibrations peuvent avoir des effets néfastes sur la santé humaine et sur le bon fonctionnement de certains équipements.
La désolidarisation vibratoire consiste à isoler une source de vibrations de son support, en utilisant des systèmes d’isolation spécifiques. Pour comprendre son fonctionnement, il est important de bien comprendre les sources de vibrations, les voies de transfert et les récepteurs
2. Les sources de vibrations
Les sources de vibrations sont généralement des machines tournantes ou à chocs, qui génèrent des forces internes et des réactions inertielles. Ces forces génèrent des vibrations qui sont transmises à la structure du bâtiment par les pieds ou le socle de la machine.
Dans l’industrie, de nombreuses machines peuvent engendrer des vibrations. Les machines tournantes, telles que les moteurs électriques, les pompes, les ventilateurs et les compresseurs, sont des sources courantes de vibrations. Les machines à chocs, telles que les presses hydrauliques, les perceuses et les machines de forage, génèrent également des vibrations importantes.
Les vibrations peuvent être transmises aux structures du bâtiment par les pieds de la machine, la tuyauterie, les réseaux fluides et les connections électriques. Les vibrations peuvent également se propager à travers l’air, sous forme de bruit.
Pompe à chaleur au sous-sol d’un bâtiment de bureaux – Lagord (17)
3. Les voies de transfert des vibrations
Les voies de transfert des vibrations sont les chemins empruntés par les vibrations pour se propager de la source aux récepteurs. Elles peuvent être constituées de structures solides, telles que les murs, les planchers et les plafonds, ou de milieux fluides, tels que l’air et les liquides.
Dans les bâtiments, les voies de transfert des vibrations peuvent être complexes et impliquer plusieurs structures et milieux. Par exemple, les vibrations générées par une machine peuvent se propager à travers les pieds de la machine, la tuyauterie, les réseaux fluides et les connections électriques, avant d’atteindre les récepteurs. Il est important de prendre en compte toutes les voies de transfert possibles pour mettre en place une désolidarisation vibratoire efficace.
Modélisation des voies de propagation à l’aide des éléments finis
4. Perception des vibrations
Les vibrations peuvent être perçues de différentes manières, en fonction de leur fréquence et de leur amplitude. Les vibrations de basse fréquence sont généralement perçues comme des tremblements, tandis que les vibrations de haute fréquence sont perçues comme des bourdonnements.
Au-delà de l’amplitude de 0,1 mm.s-1, les vibrations peuvent devenir tactilement perceptibles par les individus, en posant la paume de la main sur un mur par exemple.
Les seuils de perception des individus sont définis dans l’American report FTA-VA-90-1003-mai 2006. Ce rapport propose des gabarits d’acceptabilité des vibrations, qui définissent la probabilité que les vibrations deviennent gênantes en fonction de l’usage des locaux. Ces gabarits, exprimés en niveau de vitesse vibratoire Lv en dBv (réf. 5.10-8 m.s-1), présentent des valeurs constantes dans les bandes de tiers d’octave comprises entre 8 Hz et 100 Hz.
Le graphique présente les gabarits issus du guide FTA-VA-90-1003-mai 2006 étendus. Le gabarit généralement retenu est le seuil « logement de nuit ». Il est important de prendre en compte la perception des vibrations pour évaluer les risques et mettre en place des mesures de désolidarisation vibratoire adaptées.
Les équipements sensibles aux vibrations, tels que les microscopes à balayage électronique, les palpeurs et les lithographes, nécessitent des conditions d’installation maîtrisées pour garantir leur précision et leur fiabilité. Des perturbations vibratoires peuvent réduire considérablement la précision des mesures, mettre l’équipement en défaut et même affecter la durée de vie des outils en augmentant les coûts de maintenance. Il est donc important de prendre en compte les risques liés aux vibrations et de mettre en place des mesures de désolidarisation vibratoire adaptées pour protéger ces équipements sensibles.
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Dans ce cas, les gabarits sont étendus vers des niveaux plus bas et prennent les noms VC-A, VC-B, etc. Plus la lettre est loin dans l’alphabet, plus les conditions microsismiques sont faibles.
Gabarits issus du guide FTA-VA-90-1003-mai 2006 étendus
5. Quand désolidariser
Dans les bâtiments, il est recommandé de désolidariser toutes les sources de vibrations des structures du bâtiment pour réduire les nuisances sonores. Les sources de vibrations courantes dans les bâtiments comprennent les équipements de chauffage, de ventilation et de climatisation, les ascenseurs et les pompes.
Des appuis antivibratiles sont mis en place systématiquement pou éliminer le risque de gêne.
En effet, dans la plupart des cas, il est rare qu’une expertise vibratoire soit menée pour des équipements dits courants. L’équilibrage des pièces tournantes est meilleur qu’autrefois. De plus, le coût des appuis (centaine d’euros) n’est pas significatif par rapport au prix de la machine ce qui incite les installateurs à ne prendre aucun risque.
En revanche, dans les laboratoires de recherche et les sites de production sensibles aux vibrations, les équipements de métrologie et de production tels que les microscopes à balayage électronique, les palpeurs, les lithographes, etc. exigent des conditions d’installation maîtrisées.
Des perturbations vibratoires peuvent réduire considérablement la précision des mesures, mettre l’équipement en défaut, voire affecter la durée de vie des outils en augmentant les coûts de maintenance. Il est donc important de désolidariser ces équipements sensibles des sources de vibrations pour garantir leur précision et leur fiabilité.
L’intervention d’un expert vibratoire est essentielle pour garantir les conditions d’installation.
6. Quelles sont les solutions ?
Les différentes méthodes de désolidarisation sont les suivantes :
- Caoutchouc, néoprène ou fibre de verre
- Ressorts métalliques hélicoïdes pour le support ou la suspension
- Appuis pneumatiques
Au-dessus des appuis, il peut être nécessaire de mettre en œuvre :
- Les isolateurs sont à installer directement sous la machine ;
- Châssis métallique raidi
- Massif d’inertie en béton.
Le choix du support est réalisé en fonction de la structure du bâtiment, de la machine à désolidariser et du filtrage vibratoire à réaliser. Le paragraphe suivant détaille le fonctionnement d’un massif d’inertie ou massif antivibratiles.
Mise en place d’un système de ressort pour désolidariser un équipement en toiture.
7. Comment fonctionne un massif antivibratile ?
?! Bon à savoir : en désolidarisant une machine, on libère 3 degrés de liberté. La machine va bouger !
Les massifs antivibratoires sont des éléments lourds et rigides utilisés pour réduire les vibrations transmises par une machine ou un équipement. Ils fonctionnent en augmentant la masse de l’ensemble source suspendu, ce qui permet de confiner l’énergie vibratoire autour de la machine et de réduire le niveau vibratoire en aval. Cependant, cette augmentation de masse peut également augmenter les niveaux vibratoires en amont – i.e. le niveau vibratoire de la machine.
Grace aux appuis antivibratiles, une partie de l’énergie est dissipée sous la forme d’effet joule.
L’énergie vibratoire étant une combinaison d’énergie de déformation et d’énergie cinétique, il est parfois nécessaire d’augmenter drastiquement la masse de l’ensemble source suspendu pour réduire les vibrations. C’est pourquoi les massifs antivibratoires sont souvent constitués d’un bloc de béton ou d’un autre matériau lourd et rigide, qui reçoit directement la machine ou l’ensemble à découpler, et est suspendu pour augmenter la discontinuité d’impédance.
Cependant, en isolant le système source, le découplage va aussi avoir pour effet de le laisser développer des phénomènes de résonance vibratoire, tels que les modes propres de suspension, les résonances de flexion du corps de la machine, les résonances de torsion des arbres, etc. Ces résonances peuvent devenir dangereuses si le fonctionnement habituel les maintient en excitation.
Il est donc important de vérifier que ces résonances ne font pas sortir de l’enveloppe des mouvements maximaux admissibles par le système et ses liaisons à son environnement, en particulier lors des arrêts ou mises en route.
Pour un système de filtrage assimilé à un système à un degré de liberté, on distingue quatre fréquences :
- La fréquence de suspension (Frésonance),
- La fréquence de filtrage à partir de laquelle le système commence à filtrer (Ffiltrage),
- La fréquence d’excitation et le taux de filtration obtenu (Ffiltrage).
- La fréquence du premier mode propre de déformation du support (souvent > 100 Hz).
La masse antivibratile est conçue pour fonctionner sur une plage de fréquences spécifiques. La fréquence de résonance du système {massif + machine} sur ses appuis est la fréquence à laquelle le système vibre naturellement sur ses plots : à cette fréquence, la vitesse vibratoire est amplifiée. Il faut donc choisir convenablement les plots, pour que le filtrage soit suffisamment efficace à la fréquence d’excitation.
Une dernière vérification avant la mise en production : la première fréquence propre de déformation du massif doit être différente de celle de la source de vibrations. A vérifier par le calcul !
Exemple de modélisation d’un bâtiment avec CTA en plénum technique
8. Conclusion
En conclusion, la désolidarisation vibratoire est un enjeu important dans de nombreux domaines tels que le logement, l’industrie, la construction, les transports et la recherche. Les vibrations peuvent avoir des effets néfastes sur la santé humaine, la précision des équipements et la durée de vie des machines. Il est donc essentiel de prendre en compte les sources de vibrations, les voies de transfert et les récepteurs pour déterminer quand et comment désolidariser.
Les normes et réglementations en vigueur fournissent des gabarits d’acceptabilité des vibrations en fonction de l’usage des locaux. Les équipements sensibles aux vibrations nécessitent des conditions d’installation maîtrisées pour garantir leur précision et leur fiabilité.
Dans certains cas, l’ajout d’un massif d’inertie est indispensable pour réduire efficacement les vibrations transmises à une structure du bâtiment.
Nos experts utilisent Code Aster pour résoudre toutes ces problématiques. Prenez contact avec l’un de nos experts il pourra vous faire gagner beaucoup de temps.
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