Brevet FR2488697A1 — publié le 19820219

La présente invention concerne un géné- rateur d'ondes sismiques permettant de produire des ondes de choc dont les fréquences sont similaires, à un rapport X près, aux fréquences des ondes de choc produites dans un séisme naturel. L'invention s'applique en particulier à déterminer par simulation la tenue des construc- tions (immeubles, monuments, centrales nucléai- res,...) au cours d'un séisme. Le générateur d'ondes sismiques se ca- ractérise en ce qu'il comprend un cylindre, fermé à l'une de ses extrémités par l'une des parois d'une cellule contenant un sol et à l'autre extrémité par une paroi épaisse sur laquelle viennent se fixer des moyens permettant de produire des ondes de choc à l'intérieur du cylindre, ces ondes étant transmi- ses de l'intérieur du cylindre à l'intérieur de la cellule au moyen d'ouvertures effectuées dans la paroi de celle-ci, provoquant des mouvements du sol similaires à ceux que l'on rencontre lors de séis- mes naturels. Selon un mode préféré de l'invention, les moyens produisant les ondes de choc sont constitués par des dispositifs pyrotechniques. Selon un autre mode préféré de l'inven- tion, ce générateur comprend en outre des moyens permettant d'éliminer les ondes de choc de fréquen- ces élevées, obtenues par réflexion à l'intérieur du cylindre. Ces moyens sont constitués de préfé- rence par un dispositif mécanique placé à l'inté- rieur du cylindre et à proximité de la paroi de la cellule munie desdites ouvertures, ce dispositif jouant le rôle de filtre passe-bas. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non limitatif en référence aux figures annexées dans lesquelles - la figure 1 représente schématiquement un générateur d'ondes sismiques selon l'invention, - la figure 2 représente schématiquement le filtre mécanique du générateur de la figure l; - la figure 3 représente l'amplitude du signal (A) fourni par le générateur sans filtre mé- canique en fonction du temps (t); - la figure 4 représente l'amplitude du signal (A) fourni par le générateur muni du filtre mécanique en fonction du temps (t). Le générateur d'ondes sismiques repré- senté sur la figure 1 comprend un cylindre 2 fermé à l'une de ses extrémités par l'une des parois 4 d'une cellule 6 contenant un sol quelconque 8. A son autre extrémité, le cylindre 2 est fermé par une paroi épaisse 10 sur laquelle viennent se fixer dix dispositifs pyrotechniques 12. Ces dispositifs pyrotechniques 12 sont reliés à une source d'ali- mentation 14 par l'intermédiaire de deux- tiroirs, l'un 19, émetteur d'ordre, et l'autre 18, récepteur d'ordre, d'un connecteur 16 et d'un édifice explo- sif 20 placé à l'intérieur de la paroi épaisse 10.- La mise à feu des dispositifs pyrôtechni- ques 12, qui peut être programmée au moyen d'un programmateur incorporé dans le tiroir émetteur d'ordre 19, provoque, lors de l'explosion, des on- des-de choc qui se propagent dans le cylindre 2 et qui se réfléchissent sur les parois internes 22 du- dit cylindre. La mise à feu des différents disposi- tifs pyrotechniques 12 peut se faire, soit en une seule fois, c'est-à-dire mise à feu des dix dispo- 3 2488697 sitifs à la fois, soit en plusieurs fois, c'est-à- dire mise à feu d'un dispositif pyrotechnique l'un après l'autre. Dans ce dernier cas, le temps entre chaque explosion est compris entre 1 et 18 millise- condes. La mise à feu de tel ou tel dispositif py- rotechnique est assurée au moyen d'un relais élec- trique 17 relié au programmateur incorporé dans le tiroir émetteur d'ordres 19. Les ondes émises par réflexion sur les parois internes 22 du cylindre 2 peuvent présenter des fréquences élevées que l'on peut éliminer au moyen d'un dispositif mécanique 24 jouant le rôle d'un filtre passe-bas. Ce dispositif mécanique 24 est placé à l'intérieur du cylindre 2 et à proximi- té de la paroi 4 de la cellule 6. Les ondes de choc filtrées ou non, sui- vant la gamme de fréquences que l'on désire obte- nir, sont transmises de l'intérieur du cylindre 2 à l'intérieur de la cellule 6 en traversant la paroi 4 de celle-ci par l'intermédiaire d'ouvertures 26. Ces ondes de choc sont alors transmises au sol 8 provoquant ainsi des mouvements de celui-ci simi- laires à ceux rencontrés lors de séismes naturels. La simulation de séismes recherchée est réalisée en disposant une maquette à échelle rédui- te dans le rapport 1 d'une construction quelconque (non représentée) à la surface du sol 8. Cette ma- quette est maintenue en place, soit en positionnant le sol *8 horizontalement de façon que la paroi 4, en contact avec ledit sol soit placée en-dessous de celui-ci, soit en plaçant l'ensemble dans une na- celle pivotante située à l'extrémité d'un bras d'uie centrifugeuse, tournant sous l'effet d'une accélération pvr exemple égale à 100 fois la valeur de l 'accélération de la pesanteur (9,81 m/s).ceci permet sous l'effet de la force centrifuge de main- tenir plaquée la maquette sur le sol 8 et le sol 8 contre la paroi 4, lorsque cette dernière est en position verticale à l'état de repos, ou horizonta- le sous l'action de la force centripète. La figure 2 représente schématiquement le filtre mécanique 24 de façon plus détaillée. Ce filtre mécanique est constitué par une plaque 28 maintenue par des goujons 30 vissés dans la paroi 4 de la cellule 6 et maintenus en place au moyen de contre-écrous tels que 31. Cette plaque 28 n'ayant aucun contact avec les parois internes 22 du cylin- dre, de façon à permettre le passage des ondes de choc du cylindre à la cellule comme décrit précé- demment, peut sous l'impact des ondes de choc se déplacer comme représenté par la flèche F. Le dé- placement de la- plaque 28 est régulé au moyen de ressorts 32 hélicoïdaux disposés'autour des gou- jons 30. Les ressorts 32a et 32b situés sur le même. goujon 30 et de part et d'autre de la plaque 28 produisent des effets antagonistes permettant de ramener la plaque dans sa position initiale (posi- tion avant déplacement). En effet, lorsque le res- sort 32a se contracte, le ressort 32b se dilate. Les ressorts 32 peuvent être plaqués contre la pla- que 28 au moyen de rondelles telles que 34 et sont maintenus sur les goujons 30 au moyen d'écrous 36, vissés sur l'extrémité libre 38 des goujons 30. Ces ressorts 32 présentent une raideur liée à la fréquence que l'on désire obtenir. Seules les ondes de choc de fréquence élevée, c'est-à- dire supérieure à 400 Hertz, arrivant sur la plaque 28 sont absorbées par le mouvement de celle-ci. Bien entendu, toute autre forme de dispo- 24886e7 sitif mécanique jouant le rôle de filtre passe-bas peut être envisagée sans sortir pour cela du domai- - ne de l'invention. Le générateur d'ondes sismiques utilisé sans le filtre mécanique permet d'obtenir des ondes de choc dont le spectre des fréquences présente un maximum dans une bande située aux alentours de 1500 Hz et au-delà. Le signal obtenu est représenté sur la figure 3. Le repère S1 permet d'indiquer la partie utile du signal non filtré. Les oscillations situées avant ce repère S1 sont dues à l'explosion des différents dispositifs pyrotechniques. Le générateur d'onde sismique utilisé avec le filtre mécanique 24 permet d'obtenir des ondes de choc dont le spectre des fréquences pré- sente un maximum dans la bande 200-400 hertz. Le signal obtenu est représenté sur la figure 4. Comme précédemment, le repère S2 indique la partie utile- du signal filtré. L'utilisation d'un filtre mécanique pré- sentant une plaque alourdie par rapport au filtre fournissant le signal représenté sur la figure 4 et o des ressorts de plus grande raideur permet d'ob- tenir des fréquences inférieures à 100 hertz, c'est-à-dire d'éliminer toutes les ondes de choc présentant des fréquences supérieures à 100 Hertz. Ce générateur d'ondes sismiques permet donc la production d'ondes de choc- dont les spec- tres des fréquences présentent des maxima dans les bandes de fréquences situées à l'intérieur de la plage 100-1500 HZ. En tenant compte des lois de la similitu- de et du coefficient A de réduction d'échelle égal à 100, la plage des fréquences devient 1-15 HZ, ce qui correspond à la grande majorité des fréquences produites dans des séismes naturels. 6 2488697 REVENDICATIONS 1. Générateur d'ondes sismiques produi- sant des ondes de choc dont les fréquences sont similaires à un rapport près, aux fréquences des ondes de choc produites dans un séisme naturel, ca- ractérisé en ce qu'il comprend un cylindre (2), fermé à l'une de ses extrémités par l'une des pa- rois (4) d'une cellule (6) contenant un sol (8) et -à l'autre extrémité par une paroi épaisse (10) sur laquelle viennent se fixer des moyens (12) permet- tant de produire des ondes de choc à l'intérieur du cylindre (2),ces ondes étant transmises de l'inté- rieur du cylindre (2) à l'intérieur de la cellule (6) au moyen d'ouvertures (26) effectuées dans la- dite paroi (4) de celle-ci, provoquant des mouve- ments du sol (8) similaires à ceux que l'on rencon- tre lors de séismes naturels. 2. Générateur selon la revendication l, caractérisé en ce que les moyens produisant les ondes de choc sont constitués par des dispositifs pyrotechniques (12). 3. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il com- prend en outre des moyens (24) permettant d'élimi- ner.les ondes de choc de fréquences élevées, obte- nues par réflexion à l'intérieur du cylindre. 4. Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens permettant d'éli- miner les fréquences élevées des ondes de choc sont constitués par un dispositif mécanique (24) jouant le rôle de filtre passe-bas, placé à l'intérieur du cylindre (2) et à proximité de la paroi (4) de la cellule (6) munies desdites ouvertures (26). 5. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif mécanique est constitué par des goujons (30) vissés dans ladite paroi (4) de la cellule (6) et par une plaque (28) disposée entre deux ressorts (32a, 32b) hélicoïdaux identiques, disposés autour de chaque goujons (30), ladite plaque (28) n'ayant aucun contact avec le cylindre (2). 6. Générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les ressorts (32) sont main- tenus sur les goujons (30) au moyen d'écrous (36) vissés sur l'extrémité libre (38) desdits goujons. 7. Générateur selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les goujons (30) sont au nombre de quatre. 8. Générateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dispositifs pyrotechni- ques (12) sont au nombre de dix.