Le pont dansant de Volgograd apprivoisé

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Maurer Söhne amortit le plus long pont routier d'Europe

Volgograd (anciennement Stalingrad) a reçu en octobre 2009 le pont dont elle avait tant besoin sur la Volga. Avec ses 7,1 km, l'ouvrage total est le plus long pont routier d'Europe. Il a été achevé au bout de 12 ans, mais six mois plus tard, il a dû être à nouveau fermé en raison de vibrations massives - d'abord complètement, puis il a été progressivement rouvert à la circulation : d'abord pour les voitures, puis pour les camions. La raison : un vent latéral régulier (et non une tempête) provoque, à partir d'une certaine force de vent, la rupture des tourbillons dans le sillage du pont et entraîne des vibrations - qui correspondent exactement à la fréquence propre du pont : Le pont commence à osciller, à ± 400 mm.

Le pont de Wolfe est très mince et entièrement en acier : un ressort en grandeur nature, pour ainsi dire, qui offre des conditions optimales pour les vibrations et qui, de plus, résonne longtemps.

Entre faisabilité et nécessité

Le pont devait être amorti, mais sa conception souple et élancée posait un autre problème : quelle masse d'amortissement "supporte" un pont dont les travées, qui peuvent mesurer jusqu'à 155 m de long, s'abaissent en leur milieu dès qu'un camion passe dessus ? Le trafic normal générait donc une agitation permanente dans l'ouvrage. Peter Huber, ingénieur diplômé et chef de projet chez Maurer Söhne, explique : "Le défi consistait à trouver un compromis entre ce qui était statiquement possible en termes de masse d'amortissement et ce qui était nécessaire pour calmer l'ensemble du pont et réagir au cas de charge spécial". De plus, le rééquipement devait rester finançable.

Une masse d'amortissement de 5200 kg a finalement été calculée et 12 amortisseurs de masse coordonnés ont été installés - non pas répartis uniformément sur le pont, mais concentrés sur les trois travées où le pont présentait les plus fortes oscillations. Chaque travée a reçu 4 amortisseurs qui doivent remplir trois fonctions :

• Apaiser globalement le tablier du pont en cas de trafic normal.
• Réduire les temps de décroissance.
• Réduire les débattements maximaux au milieu de la travée de ± 400 mm à ± 40 à 95 mm. Une réduction à zéro n'était pas techniquement réalisable, car la masse d'amortissement est trop petite par rapport à la masse du pont.

Même si les amortisseurs de masse n'ont été installés que dans trois travées, cela a des répercussions sur l'ensemble du pont, car il est constitué d'une seule pièce vibrante.

Adaptation en temps réel

Les amortisseurs sont adaptés à la fréquence du pont. Mais comme cette fréquence varie entre 0,41 et 0,68 Hz et qu'elle dépend en outre d'autres facteurs, comme la température et la fatigue des matériaux, des amortisseurs qui s'adaptent dans une certaine limite ont été installés.

Ces amortisseurs de masse adaptatifs sont un développement breveté par Maurer Söhne et ont déjà été installés sur plusieurs ponts pour amortir les haubans, par exemple à Kampen (Pays-Bas), Dubrovnik (Croatie) et Sutong (Chine). Pour la première fois au monde, il a été utilisé sur le tablier d'un pont routier. L'utilisation des amortisseurs adaptatifs a permis de réduire le nombre d'amortisseurs de 36 pièces théoriques à 12 pièces.

Dans l'amortisseur de masse, le paramètre d'amortissement est régulé de manière autonome dans un élément d'amortissement hydraulique au moyen d'une électronique : Un système de capteurs mesure la fréquence propre, communique les données à un ordinateur industriel qui détermine la réponse d'amortissement souhaitée et la communique aux amortisseurs par des impulsions de courant. Un fluide magnéto-rhéologique se trouve dans les éléments d'amortissement hydrauliques. Un champ magnétique contrôle sa résistance au cisaillement. Les impulsions de courant provenant de l'ordinateur vont dans une bobine et règlent ainsi la résistance avec laquelle l'amortisseur réagit. L'oscillation de la masse d'amortissement peut ainsi être freinée. Cela se fait en temps réel avec un temps de réaction de 50 à 100 msec. Un monitoring enregistre en outre les données de mouvement des amortisseurs de masse.

Installation dans des portiques de 100 kg

L'installation des amortisseurs en août et septembre 2011 a constitué un défi. La poutre du pont est un caisson creux continu en acier, accessible uniquement par des trappes sur les culées à des fins de maintenance. Il n'était pas pratique d'y introduire les éléments amortisseurs et de les transporter sur des kilomètres à travers la structure creuse du pont. Le tablier du pont a donc été soudé directement sur les points de montage, à l'extérieur, sur 2000 x 80 mm. Les amortisseurs ont été démontés en pièces détachées de 100 kg maximum, des chariots élévateurs munis de bras en porte-à-faux ont hissé les pièces jusqu'au trou, puis elles sont arrivées à l'intérieur par un toboggan et ont été réassemblées - à partir d'une centaine de pièces détachées. Les ouvertures de montage ont ensuite été refermées par soudage afin de ne pas affaiblir la statique du pont. L'entretien se fait par les accès dans la culée.

Depuis le montage de l'amortisseur, le cas de charge spécial "vent latéral régulier" ne s'est pas encore reproduit. Ce n'est qu'à ce moment-là que l'on verra comment le pont se comporte avec une amplitude maximale de 80 à 95 mm et si, le cas échéant, il doit être temporairement fermé à la circulation. Les vibrations auxquelles il faut désormais s'attendre ne sont certainement plus dangereuses pour l'ouvrage.

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