La vibration des infrastructures : Un savoir-faire technique qui a bien évolué

Depuis 1976 le Groupe GAMBA, bureau d’études en acoustique et vibrations, assure des prestations de service de haut niveau technique. La prise en compte de la problématique de gêne vibratoire autour des projets d’infrastructures est un sujet encore relativement peu mature (preuves en est : il n’y a pas encore de réglementation) qui a pourtant pris de l’importance au début des années 90. Depuis 30 ans, les techniques et méthodes ont bien évolué.

Des outils de mesure plus performants

L’émergence des sujets liés à la gêne vibratoire s’est faite sentir au début des années 90. La norme ISO 2631-2 de 1989 fait d’ailleurs toujours partie des normes de référence dans le domaine. L’objectivation de ces nuisances est donc un sujet de longue date.

En acoustique et vibration, quand on parle « d’objectivation d’une gêne », on parle le plus souvent de mesure.

Les techniques de mesurage ont radicalement changé avec les nouvelles technologies.

Les analyseurs à aiguille ont rapidement laissé place aux écrans… mais cathodiques ! Donc très lourd à transporter et nécessitant d’être branchés sur le secteur ou de transporter de nombreuses batteries, elles-mêmes très lourdes.

Le premier système multivoie (2 voies !!) disponible à notre agence nantaise pesait à lui seul 20 kg. Quand l’auteur de cet article a commencé la vibration dans les années 2000, nous transportions plusieurs batteries de 10 kg chacune avec un système d’acquisition d’un poids similaire. Les transports en avion étaient compliqués (bagages hors format et supérieurs à 40 kg !) donc les voyages se faisaient essentiellement en voiture, même pour l’étranger.

Aujourd’hui nos appareils de mesure tiennent dans un sac à dos et sont autonomes, a minima sur la journée. Certains de nos enregistreurs vibratoires peuvent même tenir un mois sans changer de batteries. Cela permet donc d’intervenir de manière plus fluide et réactive.

Mesures vibratoires

L’une des difficultés du mesurage vibratoire est le choix de l’emplacement du point de mesure. Avec les nouveaux outils, nous pouvons câbler plusieurs capteurs à la fois et nous disposons de systèmes allant jusqu’à 16 voies simultanées.

Un autre challenge « de l’époque » était la sauvegarde des données. On devrait plutôt dire, récupération des données. En effet, la capacité mémoire des appareils il y a 30 ans était très limitée et nécessitait parfois des impressions papier après chaque acquisition pour 1 spectre ! Attention au café renversé sur les fiches de mesures.

Quelques sonomètres pouvaient enregistrer (bande de fréquence par bande de fréquence) sur une durée plus longue mais dans le domaine vibratoire les analyseurs restaient très peu user-friendly.

Nos capacités de traitement et de stockage actuels nous permettent une fiabilisation sur le terrain et au bureau sans commune mesure. Groupe GAMBA dispose d’un parc matériel de plus de 70 accéléromètres et d’une dizaine de systèmes d’acquisitions multivoies dernier cri. Ces systèmes permettent l’analyse en temps réel des signaux, le stockage sur des longues durées et l’envoi/contrôle à distance via un réseau 4G.

Des « options », qui, bien utilisées, permettent de fiabiliser les mesurages in situ et de les sécuriser rapidement par le stockage en réseau local sécurisé.

Acquisition d’une mesure vibratoire

Une puissance de calcul accrue

La densification urbaine a mis le sujet vibratoire au-devant des préoccupations de l’impact ferroviaire.

Depuis les premières études vibratoires de lignes ferroviaires urbaines (SEMITAN premier client historique de l’agence nantaise avec la première ligne de tramway en 1993), les études d’infrastructures n’ont eu de cesse de gagner en technicité.

De nombreux textes scientifiques passionnants sont parus à ce sujet comme RIVAS, Ashrae, FTA…

Groupe GAMBA participe d’ailleurs à cette montée en compétences technique avec plusieurs encadrements de thèses. Celles-ci ont débouché par exemple sur des logiciels internes permettant de remonter aux caractéristiques vibratoires des différentes couches du sol par des mesures en surface sur site. Cette technique, appelée MASW pour Multiple Analysis of Surface Waves, fonctionne grâce à des algorithmes d’inversion complexes.

Nous participons aussi, par le biais du CINOV GIAc ( syndicat regroupant les ingénieurs-conseils et des Bureaux d’Études indépendants spécialisés), à la réflexion autour des pratiques et des prochains textes réglementaires sur le sujet (loi mobilité).

Dans une démarche compatible avec les enjeux environnementaux, le but de ces avancées techniques est l’optimisation des solutions, mettre ce qu’il faut où il faut, et d’arrêter avec les règles forfaitaires (7/12m…), souvent maximalistes en termes de traitement et parfois risquées pour des cas spécifiques.

Une technicité rendue possible par les puissances de calculs de nos ordinateurs modernes : même si cela reste complexe, la modélisation par éléments finis du chemin de propagation vibratoire sur un tronçon et d’un bâtiment entier peut se faire dans un temps plus que raisonnable, autour de quelques jours.

Les ouvrages d’art spécifiques peuvent également être pris en compte avec leurs spécificités géométriques et les caractéristiques de chaque matériau.

Elément fini

De plus, les études localisées sont maintenant projetées facilement sur des linéaires complets avec des cartographies vibratoires d’impact, grâce à la puissance du SIG (Voir notre article à ce sujet sur le blog).

  • Le big data et l’expérience

Le nombre de mesures et de calculs réalisés augmente donc de manière exponentielle avec la technicité.

Le nouveau défi d’aujourd’hui est le traitement de ce Big Data.

Dans cette démarche, Groupe GAMBA s’est construit une base de données de mesures acoustiques et vibratoires aux passages de train/métro/tramway. Aujourd’hui environ 20 000 passages y sont recensés et demain encore davantage.

Grâce à ce retour d’expérience considérable, la possibilité de prise de recul par rapport à des mesures réalisées à un moment et un endroit précis est un vrai plus que nous pouvons valoriser.

Ce recul est appuyé par de nombreuses études d’infrastructures ferroviaires menées en France et à l’étranger.

Carte des projets vibratoires France

Ces études ont parfois été reprises plusieurs dizaines d’années après (maintenance, extension ou rénovation par exemple). Cela ne nous rajeunit pas mais cela étoffe notre savoir-faire technique que nous essayons de garder à la pointe des dernières évolutions.

En parlant d’évolution nous ne manquerons pas d’écrire quelques lignes sur notre LinkedIn ou via une autre Newsletter lorsque la loi mobilité publiera ses premières préconisations de seuils vibratoires (perception tactile et bruit solidien).

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