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Visite guidée de Tamaris

03/10/2013

Depuis plus de 40 ans, le laboratoire d’Études de Mécanique Sismique au CEA-Saclay cherche à mieux comprendre et à prédire le comportement des équipements et des bâtiments face aux séismes. Pour cela, ce laboratoire dispose de la plus grande table vibrante d’Europe destinée à la simulation sismique, installée dans un outil de classe internationale : la plateforme Tamaris.

Tamaris est une plateforme expérimentale destinée à mieux comprendre et prédire le comportement des structures et des équipements sous sollicitations sismiques. Elle est constituée de plusieurs tables vibrantes capables de supporter des objets (les spécialistes disent des spécimens) allant de quelques kilos à 100 tonnes. Les chercheurs y testent le comportement de maquettes de bâtiments à échelle réduite ou d’équipements.
Les mesures réalisées servent à améliorer la prédiction de leur comportement en cas de tremblements de Terre. Pour cette partie, c’est le logiciel Cast3M qui est utilisé, un code de calcul par éléments finis que le CEA a décidé de mettre à disposition gratuitement et librement pour l'enseignement et la recherche publique.
 
 
Prenez la route qui va du Christ de Saclay à Villiers-le-Bacle et regardez sur votre gauche lorsque vous arriverez à la hauteur du panneau triangulaire qui annonce les feux de l’entrée principale du centre CEA-Saclay. Vous découvrirez un grand bâtiment blanc, entaillé à mi hauteur d'un défilé d’ouvertures étroites : c'est ici que se trouve Tamaris.
 
 
Si vous étiez à l’intérieur du centre, vous vous apercevriez que le bâtiment est tout de même assez imposant. Sur le côté on distingue une grande ouverture, mais aussi de grosses structures d’acier, et des petits tas de sable et de graviers. Que veulent dire ces indices ?
 
 
Quelques marches à monter, une porte vitrée à pousser.
 
 
Rien ne vous étonne lorsque vous pénétrez dans le bâtiment. Tout semble paisible ici. On entend pourtant des sons assourdis, des coups de marteaux, des bruits de perceuses, qui viennent du grand hall d’essais que l’on aperçoit à travers la vitre au fond.
 
 
Voici Thierry Chaudat qui arrive. Il est ingénieur d’essais et responsable de la plateforme expérimentale Tamaris et c’est lui qui sera notre guide.
 
 

Thierry nous fait tout d’abord découvrir une maquette de Tamaris.

Sur cette photo vous pouvez voir un carré gris entouré de rayures rouge. Il s’agit d’un massif de réaction suspendu en béton de 2700 tonnes. Sur ce massif sont installées 4 tables vibrantes. Sur la plus importante, Azalée, on peut voir une maquette d’un petit immeuble.
Ce qui semble une tour verte en bas à droite est en fait une fosse : Il s’agit d’Iris, qui sert à tester des objets de grande hauteur, jusqu'à 15m.

 
 

Nous voici dans le hall d’essais, c’est‑à‑dire l’intérieur du grand bâtiment que l’on voit depuis la route.

La mezzanine vitrée en haut à gauche est la salle de commande des moyens d’essais de la plateforme.

Aujourd'hui, c'est une maquette de maison en bois qui se trouve sur la table Azalée.

C'est la première fois que ce type de construction est testé à Tamaris. Ces essais sont réalisés dans le cadre du projet Sisbat (financé par l'ANR) et coordonné par l’Institut technologique forêt cellulose bois-construction ameublement (FCBA)

 
 

Faisons le tour de cette maquette de maison pour mieux découvrir l'ensemble.

La table Azalée, sur laquelle elle a été construite, est un grand plateau en aluminium de 6m par 6m, mis en mouvement dans les trois axes (2 axes horizontaux et 1 axe vertical) grâce à 8 vérins. Azalée peut supporter des masses jusqu’à 100 tonnes.

Devant nous sur le sol, se trouve une table plus petite, c’est Vésuve.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Voici l’un des 8 vérins de la table Azalée. Chacun d'entre eux peut produire une force maximale de 100 tonnes et autorise des déplacements de 250 mm d’amplitude.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Sur cette photo d’archive prise en 1991, on peut voir le plateau de 20 tonnes de la table Azalée lors de sa mise en place sur le massif de réaction.

Vous pouvez en savoir plus sur cet outil hors du commun ici : http://www-tamaris.cea.fr/html/fr/essais/azalee.php

 
 
Sur cette vidéo, vous pouvez découvrir comment les vérins mettent en mouvement la table Azalée durant un essai.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

La structure de poutrelles grises qui entoure la maquette de maison en bois n’est pas posée sur la table Azalée mais sur le massif de réaction en béton.

Elle ne subira donc aucune vibration lors des essais. Elle sert de support de fixation des multiples capteurs de déplacements reliés à la maison par un fil d'acier, mais aussi, dans certains cas, de protection physique lors des essais.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

On voit ici distinctement le fil d'acier d'un des capteurs dont l’extrémité est fixée sous le faîtage de la toiture. Durant les essais sismiques, la maquette tirera plus ou moins sur ces fils apportant ainsi des informations sur les amplitudes de déplacement de la structure.

Plusieurs dizaines d’autres capteurs, comme ceux que l’on voit ici connectés aux câbles bleus, mesurent les accélérations subies par la maquette durant chaque essai.

 
 

Des dizaines de câbles se retrouvent connectés sur deux baies électroniques qui seront chargées de l’enregistrement des informations provenant des capteurs pendant les essais.

Sandra Vasic, technicienne à Tamaris, met en place les connections des capteurs de la maison, pour laquelle une centaine de voies de mesure sont prévues.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Il vaut mieux être bien concentré et avoir les idées claires pour connecter tous ces câbles.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Suivons Sandra dans la mezzanine qui abrite la salle de commande de Tamaris.

C'est à partir d'ici que sont lancés les essais et les enregistrements des mesures. La visualisation et le contrôle des enregistrements peuvent être réalisés rapidement après la fin de chaque essai.

En général, une campagne d’essais est constituée de 5 à 10 essais sismiques, chaque essai ayant une durée de 20 à 40 secondes. Les accélérations maximales imposées peuvent atteindre la valeur de 1g, ce qui correspond à un niveau de séisme très important. À titre d’exemple, lors du séisme de Kobé au Japon en 1995, des accélérations maximales de 0,8g ont été enregistrées.

 
 
Quelques temps après notre visite, nous avons reçus un des films de l'essai de simulation sismique sur la maison de bois. Le voici.
 
 

En sortant de la salle de commande, il suffit de baisser les yeux pour mieux découvrir Vésuve, « petite » table vibrante qui ne supporte « que » 20 tonnes et ne sollicite les maquettes que selon un axe horizontal. Aucun essai n’était en cours sur cette table lors de notre visite.

Vous pouvez en savoir plus sur Vésuve ici : http://www-tamaris.cea.fr/html/fr/essais/vesuve.php.

 
 
Il serait dommage de ne pas profiter de ce point de vue sur le hall d’essais dans son entier avant de descendre l’escalier pour rejoindre la plateforme expérimentale.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Thierry Chaudat nous a entraînés dans les sous-sols de Tamaris pour nous montrer l’envers du décor.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Le massif de réaction en béton armé de 2700 tonnes a une allure de champignon dont le chapeau repose sur les fondations du bâtiment. Ce chapeau s’appuie sur un ensemble de boites à ressort et d'amortisseurs qui empêchent que les vibrations transmises par les tables au massif ne se propagent à tout le laboratoire et aux bâtiments alentours.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Le pied du champignon ne s’appuie sur rien et reste suspendu à quelques centimètres de la surface du sol. Thierry Chaudat nous le montre en glissant son pied sous cette masse colossale.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ces imposants flexibles amènent l’huile sous une pression de 210 bars jusqu’aux vérins qui font vibrer les tables. Thierry Chaudat nous explique que cet endroit est strictement interdit au public quand des essais sont en cours de réalisation pour des raisons de sécurité. Si un de ces flexibles venait à se rompre, celui-ci s’agiterait dans l’air tel un fouet qu’il ne ferait pas bon croiser.
 
 
Toujours en sous-sol, nous pénétrons dans la salle des groupes hydrauliques qui mettent sous pression les 7000 litres d’huile de l’installation. Voici 3 des 6 énormes groupes. La puissance électrique totale nécessaire au fonctionnement des 6 groupes est d’environ 900 kW, capable ainsi de générer un débit d'huile maximum d’environ 2200 litres par minute.
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Revenus dans le hall d’essais, nous nous arrêtons un moment devant la maquette à échelle réduite (1/4) d’un bâtiment en béton armé qui a subi un essai sur la table Azalée il y a quelques semaines.

Elle sera prochainement sortie à l’extérieur du hall d’essai pour être déconstruite.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Voici quelques fissures apparues sur la maquette en béton lors des essais. Après chaque essai sur ce type de maquette, un relevé de fissures est réalisé par le laboratoire.

Les fissures sont repérées avec une couleur différente par essai. Il est ainsi possible de pouvoir suivre lors du déroulement de la campagne expérimentale l’évolution de la fissuration de la maquette.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Cette vidéo explique pourquoi et comment le programme de recherche commun CEA/EDF appelé « Smart » a abouti à la fabrication et à la réalisation d’une campagne expérimentale sur une maquette en béton armé sur table vibrante.

Vous pouvez aussi accéder au site du CEA pour découvrir la version longue de ce court métrage documentaire, ainsi que de nombreuses autres vidéos : http://www.cea.fr/jeunes/mediatheque/videos/dossiers

 
 
Avant de sortir de hall d'essais, vous auriez pu découvrir ce jour-là comment avançaient les travaux de construction d’une maquette de maison à coté du massif de réaction. Celle-ci est réalisée avec des murs maçonnés et des chaînages en béton armé. Elle prendra place sur la table Azalée après les essais de la maquette de maison à ossature bois, car Tamaris ne s’arrête jamais.
 
 
 
Vous pouvez en découvrir plus sur Tamaris en allant sur le site du Laboratoire d'études de mécanique sismique : http://www-tamaris.cea.fr/
 
Le Laboratoire d'études de mécanique sismique appartient au Service d’Études Mécaniques et Thermiques du Département de Modélisation des Systèmes et Structures de la Direction des Activités Nucléaires de Saclay au sein de la Direction de l’Énergie Nucléaire du CEA.
 
Crédit photo : Didier Touzeau/CEA et équipe Tamaris