Diagnostic vibratoire d’un pont arc : comment l’instrumentation révèle l’invisible
Contexte
Le diagnostic vibratoire d’un pont constitue une étape clé pour comprendre l’origine des vibrations et orienter les solutions de renforcement adaptées.
Face à des vibrations anormales constatées sur un pont arc en béton armé franchissant un cours d’eau, l’inspection visuelle ne suffisait plus.
Pour comprendre l’origine réelle des désordres, CIDECO a déployé une stratégie de diagnostic structurel d’envergure, couplant instrumentation massive et analyse modale.
Cette mission illustre comment une approche instrumentée permet de dépasser les constats visuels pour identifier les causes réelles des pathologies.
Cet ouvrage d’art, constitué d’un tablier porté par deux arcs parallèles, présentait des signes de fatigue inquiétants.
Au-delà des dégradations visibles classiques (fissuration des entretoises, corrosion avancée, appareils d’appui défaillants), ce sont les mouvements ressentis au passage des véhicules qui ont alerté le Maître d’Ouvrage.
Ces vibrations, symptômes d’un mal plus profond, nécessitaient une auscultation dépassant les méthodes traditionnelles.
Interventions réalisées
Pour capturer le comportement dynamique du pont, nos équipes ont déployé un dispositif de monitoring haute fréquence (1000 mesures/seconde) et réalisé une campagne d’essais de chargement exhaustive.
L’ouvrage a été sollicité par un camion de 12 tonnes selon plusieurs scénarios : passages à vitesses stabilisées, freinages d’urgence pour exciter la structure, et circulations excentrées pour tester la réponse en torsion.
Cette mise en charge réelle est indispensable pour dépasser la théorie et observer la réponse physique du pont.
Une stratégie d’instrumentation sur-mesure
Le plan d’implantation des 51 capteurs vise à mailler l’intégralité de la structure pour en créer une image fidèle.
- Accéléromètres sur les arcs et en sous-face de tablier: Leur répartition permet de reconstituer les déformées modales en 3D (flexion, torsion, translation).
- Accéléromètres sur les trottoirs, aux extrémités des encorbellements: Leur positionnement révèle le comportement des éléments en porte-à-faux.
- Jauges d’extensométrie: Elles mesurent les micro-déformations des arcs pour vérifier que le béton travaille dans son domaine élastique malgré les vibrations.
- Fissuromètres: Placés aux points critiques, ils surveillent en temps réel si le tablier se « décolle » de ses appuis lors du passage des charges.
Méthodes et expertises mobilisées
L’étape décisive du diagnostic a reposé sur l’Analyse Modale Opérationnelle (AMO).
Le traitement mathématique des signaux enregistrés a permis d’isoler 8 modes de vibration propres à l’ouvrage.
La comparaison de ces mesures terrain avec notre modélisation numérique (éléments finis) a révélé un écart majeur: l’existence d’un mode de vibration basse fréquence (4,64 Hz) correspondant à une translation longitudinale pure du tablier.
Ce mouvement, absent du modèle théorique d’un pont sain, a mis en lumière les causes racines des désordres: une défaillance des liaisons tablier-arcs et un déficit global de contreventement.
Les capteurs ont objectivé ce diagnostic avec des accélérations verticales atteignant 0,1 m/s² et des ouvertures de fissures allant jusqu’à 0,6 mm lors des passages excentrés.
Valeur ajoutée
Ce diagnostic prend tout son sens au moment d’établir la stratégie de réparation.
Une simple inspection visuelle aurait conduit à traiter uniquement les symptômes (réparation des bétons, couture des fissures, changement des appareils d’appui) sans corriger la cause des vibrations.
Quelques années plus tard, l’insuffisance de rigidité aurait continué à générer des mouvements excessifs, rouvrant les fissures réparées et dégradant à nouveau le béton.
Grâce à ce diagnostic vibratoire, le maitre d’ouvrage dispose désormais d’un plan d’action plus complet, qui intègre aussi le chemisage des têtes de poteaux pour rigidifier les liaisons et l’ajout de contreventements longitudinaux et verticaux.
Les travaux préconisés représentent certes un investissement supérieur à celui espéré, mais garantissent la pérennité de l’ouvrage sur plusieurs décennies, optimisant ainsi le coût global de l’entretien.
Ces travaux, bien que moins coûteux initialement, auraient été voués à l’échec à court terme, les désordres réapparaissant inévitablement sous l’effet du balancement de la structure.
