Phénomènes de résonance

Article du 26/02/2012

Récemment sur le Net a circulé cette vidéo d’un hélicoptère se détruisant au sol sous l’effet de vibrations. Ça s’est passé au Brésil il y a quelques jours, peu après l’atterrissage de l’appareil qui transportait 4 personnes. Tous ont été bien secoués mais s’en sont sortis indemnes…

Impressionnant, non ? Ce phénomène que l’on appelle résonance-sol (« ground resonance » en anglais) est bien connu des fabricants d’hélicoptères et donne lieu régulièrement à des crash-tests comme celui-ci:

Il s’agit ni plus ni moins d’une instabilité comme celle déjà évoqué dans ce précédent article. Sauf qu’ici ce n’est pas l’action du vent qui détruit une structure mais simplement la rotation des pales. Comment est-ce possible ?

À cause du fameux phénomène physique de résonance. C’est-à-dire de la coïncidence entre une fréquence d’excitation (ici il s’agit de la fréquence de rotation des pales) et une fréquence propre de structure (ici la structure c’est celle de l’hélico). Prenons un exemple concret pour bien visualiser cette histoire de résonance: celui du diapason.

Sur cette vidéo est bien expliquée la façon dont les vibrations se transforment en bruit. La fréquence sonore est toujours la même, quelle que soit la force avec laquelle on frappe le diapason. C’est d’ailleurs son utilité puisqu’il permet d’accorder les instruments de musique. La note que le diapason émet est un La, un son transmis à une fréquence qui ne dépend que de la forme et de la structure du diapason: 440 Hz. Cette vibration ne dure pas longtemps car elle est vite amortie par la structure, mais si le matériau est plus fragile, plus fin, vous pourrez le casser en demandant à une cantatrice d’émettre pendant un temps suffisamment long un son dans la fréquence propre de l’objet, en l’occurence un verre. Bon, j’ai pas de chanteuse à la voix assez puissante sous la main, j’ai pris un haut parleur avec une fréquence émise à 991 Hz correspondant justement (comme le hasard est bien fait…) à la fréquence propre de ce verre:

Et paf, le verre !

Pour l’hélicoptère c’est la même chose ! L’excitation est produite par la traînée des pales (une pale de 70 kg qui tourne à 250 tr/min génère quand même une force centrifuge de 20 tonnes à elle toute seule, c’est pas rien) et la fréquence propre est celle de la structure de l’hélicoptère lorsque celui-ci repose sur un sol plus ou moins irrégulier ou dur. Si par manque de chance les deux fréquences coïncident, il faut vite décoller ou changer de régime moteur avant que quelque chose ne casse et n’amplifie le phénomène de manière irréversible.

Logiquement de telles destructions ne doivent pas se produire, grâce à l’ajout d’amortisseurs entre l’hélice et la structure. Mais si ces amortisseurs sont mal entretenus ou que l’un d’entre eux casse sous l’effet de ces vibrations, alors c’est la catastrophe. Des rapports sont régulièrement publiés par l’aviation civile (le BEA) à ce sujet, comme celui-ci: Accident du 25 Janvier 2003, preuve qu’on est loin de tout maîtriser en mécanique et que les diagnostics vibratoires ont encore une longue vie devant eux !

Si vous ne voulez pas que vos équipements industriels subissent le sort de ces pauvres hélicoptères, une seule adresse, celle de MECADYN .

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Chef d'entreprise MECADYN
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2 commentaires pour Phénomènes de résonance

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