La science dans les ponts
Mathis MOISON, Renaud DE THEZY et Simon DUFOSSE
TPE les ponts 2016
1ère Sb
Quelles sont les différentes contraintes dans la conception d'un pont ?
L'hypothèse longtemps admise par la communauté scientifique explique l'effondrement du pont à cause d'un phénomène de résonance. Le vent aurait soufflé à la même fréquence que la "fréquence de résonance" du pont, entraînant une accumulation de l'énergie du vent dans le tablier du pont, symboliser par le balancement puis l'effondrement du pont.
Seulement, la cause réelle du désastre est plus subtile. Elle porte le nom de vortex de Von Karman. Pour comprendre, il faut s’imaginer le pont comme une aile d’avion géante. Le vent soufflant sur le tablier crée des vortex (tourbillons) au dessus et au dessous de celui-ci. Ces vortex génèrent des pressions sur la structure qui s’annulent si le tablier est immobile (figure 3).
Ce dernier ayant été mis en mouvement par le vent, les vortex ne s’annulent plus et ont tendance à créer une torsion dans le tablier. De plus, cette torsion modifie à son tour l’écoulement du vent autour du pont, amplifiant ainsi les vortex. Le vent crée donc le vortex, qui amplifie le mouvement, qui amplifie le vortex etc. Une boucle sans fin se met en place jusqu'à ce que la structure casse.
Le pont de Tacoma se situe a environ 30 km de Seattle, dans le "Puget sound", bras de mer du Pacifique, dans l'état de Washington, aux États Unis. Ce pont a été inauguré le 1er juillet 1940, et l'incident, puis la destruction, le 7 novembre 1940, a 11h environ, soit 11 mois après la date de son inauguration. Des oscillations de grande amplitude en torsion dues a une vitesse de vent de 65km/h sont apparues à 10 h, menant à l'effondrement du pont à 11 h 10. le pont a commencé à se balancer de plus en plus, tordant le tablier et les câbles. Certains câbles ont alors cédés, laissant tomber des parties entières de tablier