Introduction

Une structure vibre puis la vibration s'amplifie, s'amplifie, s'amplifie jusqu'à atteindre un niveau extrêmement important : elle résonne.

Des verres peuvent alors se briser, des axes en rotation de plusieurs tonnes voler, des ponts se briser etc.

La résonance est un phénomène vibratoire (illustré ici en mécanique mais rencontré également en électromagnétisme ou en mécanique quantique) qui peut se révéler impressionnant par ses manifestations tant utiles que néfastes. Les vibrations résonantes peuvent également se manifester acoustiquement.

En réalité, c'est un phénomène inévitable lorsqu'un corps est soumis à des vibrations et tant l'ingénieur que le musicien doit composer avec lui, selon qu'il l'intéresse pour tel nouveau système ou non.

La résonance est même à la base du comportement atomique et a un impact sur le mouvement de planètes (on parle alors de "résonance orbitale" quand des effets gravitationnels se conjuguent), comme c'est le cas pour Mercure.

Nous ne rentrerons pas dans ces cadres "extrêmes" ici cependant, rassurez-vous !

Voici une liste des points que nous allons passer en revue :



Définition

La résonance est un phénomène se présentant sous divers aspects.

Elle se manifeste par une amplification de la réponse ou de l'amplitude des vibrations d'un système quelconque, en fonction des fréquences d'excitation, et qui dépend des fréquences caractéristiques de ce système.

Ouf ! c'est dit !

On doit comprendre dans cette définition austère, que lorsque des vibrations "excitent" un système (si ! si ! "excitation" est le terme technique qui évoque bien ce qui se passe d'ailleurs), on peut constater dans certaines circonstances (pour certaines fréquences en fait) une amplification des amplitudes vibratoires.

On verra page suivante que l'exemple de la balançoire permet de sentir comment un tel phénomène arrive.

 


 

Exemples de manifestations résonantes

 

La définition vous semble encore obscure?
Voyons d'abord quelques exemples concrets en classant les manifestations résonantes comme utile ou néfaste.


Utile

  • Le son

    La plupart des instruments de musique tirent parti du phénomène et le recherche dans leurs conceptions afin d'émettre le son le plus puissant.

    L'instrument qui exploite le plus le phénomène de résonance est sans contexte l'harmonica de verre de Benjamin Franklin.

    Pour comprendre son fonctionnement original permettant des sons très purs, il suffit d'évoquer au préalable ce numéro qui consiste à prendre des verres remplis de différentes hauteurs d'eau. Enfin, plutôt que de palabrer, voici tout d'abord une vidéo montrant ce qui a inspiré Benjamin Franklin puis un reportage sur l'instrument.

    Vidéo : Résonance de verres d'eau (musique !)

    Vidéo : Documentaire sur l'harmonica de verre (B Franklin)
  • Divers :

    Une expérience originale a créée une barque faite de béton souple qui résonne à une fréquence déterminée induisant des forces hydrodynamiques qui poussent la barque lorsque l'on rame

    Un autre exemple est la recherche de l'armée US pour des armes résonantes : on peut par exemple faire vibrer le sol pour donner des malaises importants (une tourista subite en fait) à l'ennemi.

    On peut également combiner, sur des armes portatives dites "non léthales", un autre effet dévastateur : les vortex (tourbillons : voir notre générateur de vortex) : Voir cette description sur Wikipedia par exemple.

    On étourdit la victime et on fait en sorte que le choc fasse résonner les organes internes.

    Brrrrr …

    Enfin, des grenouilles de Bornéo utilisent les tronc creux d'arbre. Elles adaptent le ton de leur cri afin que ce dernier résonne plus loin et qu'elles aient davantage de chances d'attirer les femelles !

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Néfaste

  • Immeubles, ponts etc

    En effet, ces structures peuvent être excitées par des vibrations provoquées par des forces de différentes origines : vent, tremblements de terre ou passage de véhicules, fonctionnement de machines etc. Il est arrivé que des ponts soient impraticables voire détruits parce qu'ils résonnaient trop.

    Effondrement pont Tacoma

    Un exemple donné classiquement comme un cas de résonance mais qui est en réalité un couplage de résonance et de phénomènes aérodynamiques (remarque : le vent n'était pas exceptionnellement fort : 70 km/h …) est la destruction du pont de Tacoma aux USA qui fut excité par les turbulences du vent (tourbillons alternées de type Von Karman, voir notre dossier sur la mécanique des fluides) sur le tablier du pont.

    Oscillations forcées verticales
    d'un petit pont

    Le même pont mais en torsion cette fois !

    Oscillations forcées en torsion
    d'un petit pont
    C'est vrai que les soldats ne marchent jamais au pas sur un pont pour cette raison ?

    Oui et "non"…

    Il est vrai qu'on leur ordonne de rompre le pas synchronisé mais on dispose d'aucune preuve que cela soit vraiment arrivé.

    Cet ordre a été donné suite à l'effondrement du pont anglais de Machester (Broughton) en 1831 lors du passage de troupes mais il est plus probable que ce pont n'ait tout simplement pas aimé le poids de l'armée !

    En tout cas, le pont Millenium de Londres n'a pendant un temps pas aimé le pas des piétons (qui finissent par amplifier le mouvement en se synchronisant avec les mouvements naturellement afin de ne pas tomber) et il a fallu l'amortir rapidement.

    Vibrations du pont Millenium Bridge de Londres
    …avant réparation
  • Le silence

    On peut rechercher un son puissant dans le cadre d'instruments musicaux mais on ne veut pas pour autant que sa voiture fasse de la musique !

    Les acousticiens (de l'industrie automobile, ferroviaire, aéronautique etc.) font tout pour minimiser le bruit : la résonance des structures composant un « système » (une partie de la voiture par exemple) est à proscrire.

  • Instruments de musique

    Il existe ce qu'on appelle en anglais le "Wolf Tone" (traduction ?). Il s'agit d'une résonance (provoquée par une note particulière) entre les cordes et le corps de l'instrument par exemple. Le son obtenu n'est pas harmonieux car la résonance est trop importante.

  • Les machines tournantes

    Comme toute structure résonne, certaines machines peuvent s'avérer imprécises ou devenir endommagée ou dangereuses.
    Les ingénieurs ont une petite palette de solutions pour palier cela.

    On citera typiquement les machines à laver mais il existe également de très lourdes machines industrielles pour lesquelles le danger est important si ce dernier est négligé et si des précautions ne sont pas bien prises.

    Il y a des petites histoires qui circulent comme celles d'un grands axe d'entraînement dans une lourde machines qui est resté trop longtemps sur un mode propre de vibration et qui a fini par sauter à travers le plafond et écraser quelques voiture sur le parking …

    Sur la vidéo ci-contre par exemple, vous pouvez découvrir les effets de la résonance-sol ("ground resonance") sur les hélicoptères.

    Pour résumer ce test, il s'agit d'un couplage entre les pales (dont l'effet de portance est dissymétrique) d'un rotor articulé et la carlingue de l'appareil oscillant sur le sol.

    Les hélicoptères sont pourvus d'amortisseurs au niveau de la tête du rotor afin d'amoindrir cet effet et ne pas arriver à cette destruction.

  • Autres structures

     “ J'AI UNE CHANSON
     dans le coeur qui résonne… ”

    Toutes les machines qui demandent de la précision et qui peuvent être excitées par des forces externes (comme le vent) sont susceptibles de voir leur fonctionnement dégradé si les phénomènes résonants ne sont pas pris en compte à la conception et durant leur fonctionnement.

    Exemples : raquettes de tennis, battes de base-ball, télescope...

 

Kesako ?La résonance n'est qu'une réponse particulièrement importante du bidule— pardon, système — étudié à une excitation (rappel : force qui peut être d'origine vibratoire, c'est-à-dire tout simplement périodique)
Poussée sur balancoire
Poussée sur
une balancoire

Comment apparaît cette réponse si importante ? Avant de répondre techniquement, voyons une illustration avec un système simple : un bi…non… un PENdule; on prendra une balançoire pour être plus concret.

Imaginons que vous voulez aider pour la première fois un enfant à se balancer.

3 Modes d'une chaîne

modes 1/2/3
Cliquez pour voir le 2& 3

Vous allez rapidement comprendre qu'il faut attendre que la balançoire soit à l'apogée de sa trajectoire pour donner une simple petite poussée qui fera que la balançoire oscille de plus en plus.

S'il vous prenait l'idée de vouloir pousser avant, il vous faudrait beaucoup plus de force (car vous devrez lutter contre la remontée avant de pouvoir initier la descente).

En fait, vous venez de déterminer la fréquence idéale (l'intervalle de temps entre 2 poussées dans ce cas) pour que l'amplitude du système augmente facilement.

Précisons au passage que c'est avec cette méthode que les oscillations du pendule de Foucault sont entretenues par un dispositif electromagnétique

Le saviez-vous ? Expérimentez les fréquences de résonance avec un long ressort (Slinky) que 2 personnes font osciller à chaque bout : harmoniques avec ressort

C'est ce que l'on appelle logiquement une « fréquence naturelle » du système ; les structures ont quasiment toujours de nombreuses fréquences naturelles de ce type.

L'animation précédente par exemple montre 3 modes de résonance d'une chaîne dont on tient un bout (cliquez sur l'animation pour voir les modes successifs).

Vous pouvez vous amusez à les reproduire à l'aide d'une trentaine de trombones attachés.

La résonance relève ainsi de ce concept : des impulsions, même faible mais à des fréquences bien déterminées sur la balancoire font que vous pouvez éjecter l'enfant dans l'arbre en face !



StructuresLors d'une excitation, des oscillations se propagent dans la structure et rebondissent sur les bords

Conjugaison
A Agrandir
pour animer !

Comme les vagues sur la mer, les vagues peuvent se croiser sans s'influencer mais il peut arriver à certaines fréquences (rappel : les fréquences naturelles) que ces vibrations se combinent après avoir rebondi sur des bords opposées.

Elles deviennent alors des ondes stationnaires, c.a.d qu'elles ne se propagent alors plus mais oscillent sur place dans la structure.

Sur l'animation ci-contre (à agrandir pour la déclencher), on voit un exemple simple de la manière dont se produit cette conjugaison (en Noir) à cause de la rencontre de 2 ondes sinusoidales (rouge et verte) se propageant en sens inverse.

La résultante est bien stationnaire et d'amplitude double au moment où les ondes rouges et vertes sont en phase.

MODE
 “ Top modAl !  ”

A ce moment là et pour des fréquences données, on appelle ces mouvements (appelées "réponses" dans le jargon technique) de la structure des MODES (de déformation), ou encore des DEFORMEES.

Modes peau de tambour
Modes de peau
de tambour

Dans un mode (rappel : donc pour une fréquence donnée), il existe des noeuds, soit des points (ou lignes si la structure est 3D) où la déformation de la structure est inexistante (on les a noté également sur l'animation 2D précédente : les points N sont signalés) ainsi que des ventres, soit des maximums d'amplitude de la déformation.

Donc, à un mode correspond une fréquence ; si un premier mode a sa fréquence qui est un multiple de la fréquence d'un premier mode de fréquence la plus basse, ( ex : 440 Hz et 2640 Hz = 6* 440), on les appelle des « harmoniques » du « fondamental ».

Ces modes de déformation dépendent de plusieurs paramètres pour un système donné :

  • Des paramètres « internes » :

    Forme, la (ou les) matière(s) …

  • Des paramètres « externes » :

    Liaisons avec systèmes, température …

3 Modes peau de tambour
avec film de savon !

Pour une corde de guitare par exemple, les résonances vont dépendre du type de matériau, de la longueur, de la tension et de la position de votre doigt sur la corde.

En posant les doigts vous ne faîtes rien d'autre que d'imposer les noeuds de vibration.

On commence à comprendre pourquoi on dit les structures excitées tendent à se placer sur les fréquences naturelles.

Ce qui fait que la vibration n'atteigne au bout du compte un infini d'amplitude est l'amortissement heureusement présent dans tout système (sauf cas extrèmes relevant de la mécanique quantique non abordés ici).

Le saviez-vous ? : Chladini présenta sa découverte à Napoléon en 1808.
Ce dernier promis un kilo d'or à celui qui expliquerait le phénomène ! (l'explication arrivera bien plus tard).

Expérimentalement, on peut déjà bien détecter les noeuds de vibrations d'une structure…plane.

Il suffit simplement de saupoudrer du sable sur la surface de la structure.

Sur l'animation ci-contre, on voit s'exprimer les noeuds de différents modes de plaques (et donc différentes fréquences de résonance).

Et oui, lorsque l'on fait vibrer la structure (historiquement avec un archet de violon, maintenant avec une enceinte sonore) pour exciter un de ses modes en particulier, le sable va avoir tendance à se placer aux endroits où ça bouge le moins, les noeuds.

On obtient alors ce que l'on nomme les figures de Chladni.

Chladini : différents modes à différentes fréquences

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IllustrationUn système assez simple qui résonne est le diapason

DIAPASON
 “ un plongeoir ? ”

Le diapason typique doit donner le « La » standard, qui correspond en musique à 440 Hz (New-Toon a une fâcheuse tendance à théoriser ce qui est poétique ou artistique mais après tout, c'est un robot...).

Vous comprenez maintenant que le système « diapason » est conçu dans le seul but de résonner à 440 Hz (pour le diapason standard) et de le faire savoir acoustiquement (pour l'entendre à l'oreille et pas seulement en vibrant).

Animation montrant le mode de déformation 2640 Hz

Mode 2640 Hz

C'est pour cette raison qu'il a deux branches : elles vont vibrer un peu comme le plongeoir dans une piscine après un saut.

Seulement, une structure résonne souvent à plusieurs fréquences différentes et un coup très bref sur le diapason fait que toutes les fréquences sont stimulées au départ.

Vous voyez sur ci-contre le mode correspondant au son aigu qui est émis lors du choc sur le diapason à 2640 Hz (on peut néanmoins éviter sa présence en frappant sur son genou).

Le premier son aigu n'est en effet qu'un harmonique à 6 x 440 Hz (= 2640 Hz).

Il y a en effet 2 modes puissants qui se révèlent acoustiquement (les autres modes ne s'entendent pas vraiment): si on frappe le diapason, on entend immédiatement un bruit très aigu qui s'atténue en quelques secondes (écouter la vidéo précédente) mais tous les musiciens vous le diront : ce n'est pas le LA !!!

flêche  Fourche de vélo

Peut être utilisé comme diapason :
le fondamental aux branches
et un harmonique à la fourche

Pour entendre le LA, vous devez porter le diapason à l'oreille (ou placer le diapason debout sur un objet comme une table qui va elle même résonner) : un son plus grave se fait entendre.

Voici maintenant une animation montrant le mode de déformation correspondant au LA à 440 Hz.

Animation montrant le mode de déformation 440 Hz

Mode 440Hz (la)

Précisions : par souci de simplification, on a tout ramené sur un plan (mouvements gauche-droite) mais les branches du diapason ont également des mouvements d'avant-arrière.

C'est ce qui fait d'ailleurs qu'en faisant tourner le diapason sur son axe tout en le maintenant près de l'oreille on perçoit des zones de silence !

En réalité les ondes émises longitudinalement et perpendiculairement au plan du diapason s'interceptent et comme elles sont de phases opposées, elles s'annulent ! (comme le feraient des vagues sur la surface de l'eau après reflexion sur le bord).

Donc Il faut retenir que les 2 modes sont bien entendu conjugés dans la réalité (avec même beaucoup d'autres inaudibles) ! Enfin, les mouvements des animations sont exagérées en amplitude.

Voilà pour le riche exemple du diapason.

flêche  Si identiques

Si vous n'avez que 2 même diapasons
Enroulez un élastique autour d'une
des 2 branches d'1 diapason

Note : profitons de l'occasion pour évoquer le phénomène de battements. Prenez 2 diapasons de fréquences très proches (quelques Hz) et frappez les en même temps.

Vous obtiendrez un son pur dont l'intensité va monter et décroitre.

Si les fréquences sont trop éloignées, vous n'obtiendrez qu'un mélange de 2 sons purs distincts.

 

GénéralisationOn a vu des systèmes assez simples mais les structures complexes résonnent à de très nombreuses fréquences et avec des modes de déformations divers.

Animation système simple à un degré de liberté

Système 1° liberté

On peut voir le cas classique d'une peau de tambour.

N'hésitez pas à jeter un oeil aux illustrations animées de : Modes d'une "peau de tambour".

Pour étudier les structures complexes, les ingénieurs utilisent une méthode éprouvée en sciences : ils cherchent à décomposer n'importe quel système complexe en systèmes simples qui seront mis en parallèle.

Dans le cas des vibrations, ils cherchent à décomposer en système à 1 seul degré de liberté (il ne peut bouger que dans un seul axe).

Vous allez "capter" : regardez la petite animation ci-contre.

On voit une masse M soutenue par un ressort de raideur k et un amortisseur d'amortissement C (sinon on serait dans le cas très scolaire du système sans dissipation, c-'est-à-dire que n'importe quelle excitation entraînerait un mouvement perpétuel).

Cet amortisseur est communément représenté par un piston baignant dans de l'huile.

Les ingénieurs vont tout bonnement chercher à obtenir les caractéristiques M, C, k décrivant ce système simple et donner les fréquences propres (rappel : pour lesquelles ce système rentre en résonance).



Je résonne ?Tout à fait, toutes les parties qui constituent votre corps résonne à des fréquences particulières

fréquences corps humain
Fréquences du corps

Le corps est sensibles aux basses fréquences, inférieures à 100 HZ ; en Acoustique on arrive aux « infrasons », si désagréables.

Et si votre crane ou cerveau résonne au lieu de raisonner, aux fréquences respectives de 100 Hz et 700 Hz environ, comme cela arrive dans certains chocs violents (accidents de moto), vous pouvez alors avoir de sérieux problèmes ; les nouveaux casques doivent en tenir compte.

Les ingénieurs font de plus en plus attention à ces paramètres dans la conception de machines afin que jamais vous ne subissiez des vibrations néfastes qui provoqueraient une migraine par ex.

Pour les voitures, les vibrations qui passent par le siège sont inférieures à 30 Hz : on comprend qu'il faut travailler sur des suspensions efficaces pour amortir leur influence sur notre corps.

Ce problème est-il si fréquent et problématique que cela ?

Il l'est en tout cas pour les industriels qui perdent de l'argent lors de la mort des poulets durant le transport en camion. Une étude a en effet bien montré que les vibrations du camion peuvent exciter et mettre en résonance certains organes et conduire, par stress, jusqu'au décès de l'animal (source, en anglais).

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CombatLes ingénieurs ont des moyens précis de lutter contre les effets de la résonance

En 1er lieu, ils doivent analyser aussi finement que possible les modes (fréquences et formes des déformations associées, n'oubliez pas!).

Ils travaillent sur la dynamique des structures (pour différencier de la statique des structures pour laquelle le paramètre t — temps — n'est pas pris en compte) et font alors de l'Analyse Modale à la fois expérimentale et numérique.

Ah !
 “ si j'avais un marteau ! ”

Lors de l'analyse expérimentale, on peut soit faire vibrer la structure grâce à un pot vibrant plaçé en dessous, soit frapper la structure grâce à un marteau de choc, ce qui a pour conséquence d'exciter tous les modes de la structures.

En parallèle, ils étudient le comportement des structures sur ordinateur en utilisant pour la simulation un modèle, soit une méthode de discrétisation de la structure — méthode des Eléments Finis souvent — en découpant la structure en petites mailles (on voyait ces mailles nettement sur la peau de tambour page précédente) dans chacune desquelles les équations ne vont être calculées qu'1 fois.

Cette dicrétisation permet d'alléger les calculs. Tout l'art est de paramétrer les équations afin de se rapprocher des résultats expérimentaux.

Après analyse, les ingénieurs ont une palette d'outils à leur disposition. Ils doivent par dessus;tout éviter le processus de couplage, c.a.d — pour un système composé de différentes structures — que certaines des structures possèdent les même fréquences de résonance que d'autres (ou très proches). Ainsi pour l'exemple des éoliennes, les ingénieurs font attention qu'il n'y ait pas de couplage entre les pales et la tour.

  • ISOLER

    Ils peuvent empêcher les vibrations de se propager dans la structure qui peut résonner en la déconnectant au maximum de la source de vibrations.

    C'est le cas avec de toutes les suspensions caoutchouc, appelées communément "silent-blocks" (équipant votre machine à laver par ex).

  • AMORTIR

    Ils peuvent agir l'amplitude en amortissant le système résonant.

    Bitume sur évier
    Bitume sur évier

    C'est en effet grâce à l'amortissement que la résonance n'est pas infinie !

    C'est ce que font les amortisseurs de la voiture ou la plaque de bitume collée sous votre évier (vous n'aviez jamais remarqué ?).

    C'est également l'option choisie par les ingénieurs qui ont dû apporter des corrections au pont "Millenium" de Londres

    Ils ont finalement pris la décision de rajouter des amortisseurs composé de matériaux visco-élastiques(Il s'agit d'un matériau à la fois visqueux et élastiques aux propriétés amortissantes) travaillant en cisaillement afin de réduire la mise en résonance lors du passage des piétons.

    Problème détaillé des vibrations du
    pont Millenium Bridge de Londres
     

    Avec ce traitement, l'amplitude du mode sera toujours présent à la fréquence donnée (en fait l'amortisseur change un peu cette fréquence) mais moins forte, dans la limite de ce que la structure peut supporter selon le cahier des charges.

  • RIGIDIFIER et/ou ALOURDIR
    Panneau Machine à laver
    Machine à laver

    Ils peuvent agir sur les fréquences des modes gênants en les repoussants hors du champ d'action des vibrations susceptibles de les exciter.
    A cet effet, ils peuvent raidir les structures : cela décale les fréquences naturelles de la structure vers les hautes fréquences et ainsi on obtient des amplitudes moins élevées.

    C'est une méthode très répandue.

    Augmenter la masse permet au système d'être plus difficile à bouger pour un même niveau de vibrations : les fréquences sont décalées vers de plus basses fréquances.

    Regardez par exemple les panneaux latéraux de votre machine à laver : dans la plupart des cas, le côté n'est pas plat mais gauffré (Miam ? Miam ? Non !), raidi quoi !

  • CONTRECARRER

    Les ingénieurs peuvent aussi mettre des systèmes qui luttent contre le mal avec le mal.
    Ils font en sorte d'envoyer au système qui commence à résonner une vibration de même amplitude mais de phase opposée (un signe + contre un signe – en somme) : la somme devient nulle.

    En acoustique on connait la solution des résonateurs d'Helmholtz

    Il s'agit simplement d'une cavité dont le volume est paramétré pour contrecarrer les vibrations acoustiques à une fréquence souhaitée.

    En fait un résonateur de Helmholtz agit exactement comme le système masse-ressort que nous avons décrit en haut de cette page.

    Vous pouvez voir une petite explication au résonateurs de Helmoltz (en français) ou encore sur Résonateurs à cavité (pop-up, en anglais). Ce sont en général des solutions très efficaces contre une fréquence de résonance donnée en effet.

    Ils existent des systèmes passifs (pas d'apport extérieur d'énergie ) ou actifs (énergie extérieure et électronique de contrôle souvent) : un système connu (même s'il ne s'agit pas que de résonance) est le casque audio que l'on peut paramétrer pour lutter contre un bruit standard.

    Ce système a été validé pour un usage avec du bruit est plutôt répétitif et pas localisé dans les hautes fréquences : dans les avions d'abord puis il commence à se répandre dans les autos haut de gamme.

    Un exemple commercial est le système Noiseguard : voir Sennheiser (pop-up).

    Voici une petite vidéo pour illustrer les casques anti-bruits à systèmes actifs.

    Vidéo : casques actifs anti-bruit
    Tai Pei 101
    TaiPei 101

    Citons enfin un cas extrème : la résonance des gratte-ciels en cas de tremblements de terre ou de vents violents.

    En plus de souvent les rigidifier par des entretoises puis les amortir par exemple par l'ajout de matériaux visco-élastiques intégré à la structure, les ingénieurs ajoutent souvent, ce que l'on appelle des "masses accordées" (Tuned Mass dampers en anglais, ce type de système passif est utilisé dans les véhicules automobiles de luxe également).

     

    Le principe est très simple : Il s'agit tout simplement une masse (importante sur le building Tai pei 101) qui va osciller en opposition de phase pour une fréquence de vibration donnée.

    Vidéo de la boule suspendue de Taipei 101

    La boule de la tour gigantesque TaiPei 101 (haute de 508 mètres) est composée de plus de 600 tonnes d'acier et elle est visible dans la salle du restaurant au 88ième étage !) en haut de la tour: voir cette photo par ex.

    Le saviez-vous ? : Cette tour TaiPei 101 possède l'ascenceur le plus rapide au monde.
    Vous pouvez jetez un oeil à cette vidéo pour vous rendre compte de la vitesse de descente.

    Le système est dimensionnée pour osciller en opposition de phase avec la fréquence naturelle la plus dommageable et plus susceptible d'être sollicitée du batiment.

    Voici la liste (pop-up, en anglais) des bâtiments équipés de ce type de système.

Chacune de ces solutions présentent des avantages et des inconvénients et c'est tout le travail des ingénieurs spécialisés de les évaluer dans le contexte puis de les sélectionner ou les mélanger savamment.

 

HistoireQui s'est intéressé aux phénomènes de résonance ?
Tesla
Mr Tesla

En particulier, Tesla, cet inventeur forcené mais aussi génial (il est tombé à la limite du mysticisme tellement il voyait grand) tant dans le domaine de la Mécanique que dans le domaine de l'Electricité (dans lequel il est plus connu)

Ce personnage a fait quelques expériences marquantes et parfois dangereuses. Il s'intéressait à la résonance tant mécanique qu'électrique et voulait l'appliquer pour le bienfait de l'humanité. Il est à l'origine de grandes inventions dont le courant alternatif.

Il existe deux anecdotes croustillantes à son sujet et concernant les résonances vibratoires :

  • Il avait construit une petite machine vibrante.

    Il l'avait fixé ensuite sur une poutre de la chambre de son immeuble. Tout l'immeuble s'était mis en résonance et —d'après la légende— même le quartier tout entier ( pour la plus grande panique des résidents).

    Il a dû dans la précipitation casser la machine avec un marteau. Comme les habitants auraient pu le soupçonner, il dit à la police arrivé sur le lieux qu'il avait dû s'agir d'un tremblement de terre ! (maintenant, cette légende est bâtie sur son témoignage et il était très doué pour mettre en valeur ses prouesses scientifiques)

  • il avait notamment invité son ami Mark Twain

    Il lui a fait tester sa plate-forme de vibrations et ce dernier s'est vite retrouvé malade (vous savez maintenant pourquoi !).

Si vous avez un peu de temps et que vous comprenez bien l'anglais, voici une vidéo qui résume bien la vie de Tesla, ses projets et l'utilisation (militaire et secrète) qu'on a faite de ceux-ci :

 


 


ExpérimentezVous pouvez bien sur d'abord vous procurer un diapason La boutique d'Imaginascience peut vous amuser avec des objets plus ludiques.

  • DIAPASONS

    On a décrit le fonctionnement du diapason dans l'article. Il permet une illustration simple et efficace de ce phénomène. Vous pouvez aussi expérimenter avec sa caisse de résonance.

    Couplage par résonance de 2 caisses
    avec diapasons
  • BOL CHINOIS
    verre
    Le saviez-vous ? :
    On peut tout à fait casser un verre avec la voix. C'est difficile (et il y a des supercheries) mais possible.
    Voir questions-réponses.

    Le bol chinois possède des modes de déformation particuliers qui peuvent se voir nettement si on a préalablement versé de l'eau dans le bol et que l'on a humidifié ses mains.
     

    Stimulé par le frottement de vos mains sur les anses du bol, ce dernier résonne et fait vibrer fortement l'eau qui gicle en gouttelettes.

    C'est le seul produit que New-Toon a trouvé qui montre bien les effets vibratoires et structuraux de la résonance (et pas seulement acoustique).

    Un bel objet et très étonnant.

    Bol résonant : les projections de gouttes
    révèlent le mode de déformation.
  • BARRE CHANTANTE

    On peut entendre grâce à cette barre chantante les effets acoustiques de la résonance.
    Le son émis par le frottement de vos mains est d'une intensité quasi-insupportable (voire dangereuse) à l'oreille et il est dérangeant car "pur" (de fréquence unique), soit quasiment inconnu à nos tympans car la Nature n'en produit pas.

  • TUYAU HURLEUR

    La résonance de ce tuyau hurleur est uniquement acoustique. Le tube souple comporte des dénivellés périodiques. On obtient un son pur (une seule fréquence) assez étrange qui est entièrement dépendante de la vitesse de rotation imprimée par votre mouvement de poignet.

  • SLINKY

    Ce slinky est un jouet très simple (il s'agit d'un ressort long et souple) et connu pour "savoir" descendre les escaliers tout seul. Il peut également servir de démonstration efficace de modes longitudinaux.

Voici pour terminer cette page une vidéo d'une goutte de mercure que l'on fait vibrer : ce n'est pas q'une jolie vidéo : vous pouvez constater par vous même qu'il existe une publication associée.

Vidéo : Modes d'une goutte de mercure
Scientifique et esthétique !