Dimensionnement du viaduc de Millau - Définition

Propriétés aérodynamiques des éléments du viaduc

Analyse par éléments

Chacun des éléments du pont est sujet à l'effort des vents. Dans un premier temps chacune de ces parties a été étudiée séparément au moyen de maquettes simples. Par exemple pour le tablier du pont, sa forme extérieure étant la même sur l'ensemble du pont, les efforts de vent ont été mesurés sur un tronçon pour extrapoler ensuite sur la longueur complète de l'ouvrage.

C'est le même type de maquette qui a été utilisé pour connaître les efforts du vent sur un bout de pile, sur un morceau de hauban, sur une partie de pylône. On reconstruit ensuite le pont complet en affectant à chaque élément sa longueur réelle.

Des essais de stabilité ont complété les mesures d'efforts sur la maquette de tablier du viaduc pour vérifier la qualité du profil géométrique vis-à-vis des problèmes de vibration verticale ou de torsion. La maquette est montée sur un système de suspension dont les caractéristiques sont déduites de la raideur de l'ouvrage réel. Le comportement de la maquette selon en différentes vitesses du vent est observé en soufflerie et est représentatif de celui de l'ouvrage réel.

Ces études en soufflerie ont permis de faire évoluer la forme du tablier. D'abord trapézoïdale, puis triangulaire, c’est finalement une forme finale trapézoïdale à base étroite très performante d'un point de vue purement aérodynamique, alliant faibles efforts transversaux et très bonne stabilité malgré les écrans pare-vent latéraux (protection des véhicules sur l'ouvrage) très pénalisants, qui est retenue.

Comportement dynamique de la structure

La "réponse dynamique" du pont sous l'excitation d’un vent turbulent est elle aussi appréhendée d'un point de vue expérimental à l'aide de maquettes spécifiques en soufflerie parallèlement à des calculs sur ordinateurs qui complètent les mesures physiques.

Ce type de maquette "aéroélastique" permet de reproduire tous les effets du vent turbulent, les effets de sillage, l'influence de la topographie. Comme cette maquette est structurellement semblable à l'ouvrage réel, on peut lui adjoindre des éléments structurels tels que câbles de retenue, amortisseurs, masse additionnelle... afin de tester les différentes mesures que l'on peut mettre en application pour mitiger l'excitation du vent.

Pour le viaduc de Millau, la solution béton puis le projet métal finalement choisi ont fait l'objet d'études spécifiques dans un grand nombre de configurations (exploitation, construction, lançage).

On sait que la plus grande partie d'énergie amenée par le vent et susceptible de faire "vibrer" le viaduc se situe dans un domaine de fréquence compris entre 0,1 Hz et 1,0 Hz. D'autre part, il s'avère ses premières fréquences propres de vibration sont les suivantes : 0,175 Hz en flexion transversale, 0,200 Hz en flexion longitudinale et 0,94 Hz pour le quarantième mode. On comprend donc aisément le risque de mise en résonance du viaduc sous l'effet des rafales de vent. De manière simplifiée, on peut dire que les effets dynamiques du vent amplifient par trois voire quatre les effets statiques.

En outre, si le vent moyen n'induit globalement que des efforts transversaux, le vent turbulent agit de façon importante verticalement sur le tablier, à l'instar d'une aile d'avion, mais retournée. Sous les effets des vents de dimensionnement de l'ouvrage en service (205 km/h), on peut s'attendre à des déplacements transversaux du tablier de 60 cm et verticaux de 85 cm environ.