École Privée d’Ingénierie du Niger — L’école du nouveau monde

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Unité d’enseignement : CM · S6 · UE1 — Vibrations et Dimensionnement en Chaudronnerie

  • Calcul et Dimensionnement en Chaudronnerie

    Ce cours de fin de licence apprend à passer d’un besoin (stocker du gasoil, produire de la vapeur, séparer un gaz d’un liquide, transporter de l’eau chaude) à un ouvrage chaudronné dimensionné : enveloppes, fonds, ouvertures, brides, supports et tuyauteries. Il s’appuie sur les codes de construction utilisés en Afrique de l’Ouest — NF EN 13445 et CODAP pour les appareils à pression, ASME VIII, API 650 pour les réservoirs de stockage, ASME B31.3 et NF EN 13480 pour les tuyauteries — et présente leurs formules de base à la main avant l’usage des logiciels. Les applications portent sur des ouvrages rencontrés au Niger : réservoirs de dépôts pétroliers et de la raffinerie SORAZ, chaudières et tuyauteries vapeur d’huileries, ballons d’air comprimé, châteaux d’eau.

    Objectifs d’apprentissage

    • Maîtriser la terminologie des chaudières, réservoirs, séparateurs et tuyauteries.
    • Déterminer les actions (pression, poids, vent, température) et les sollicitations dans les enveloppes.
    • Calculer les épaisseurs de viroles, de fonds et de réservoirs de stockage selon les formules des codes.
    • Dimensionner les accessoires : renforcement d’ouvertures, trou d’homme, brides et boulonnerie, supports.
    • Dimensionner une tuyauterie (épaisseur, dilatation, supportage, ancrages) et son calorifuge.
    • Conduire un projet de conception d’ouvrage chaudronné avec ses accessoires.

    Prérequis

    Résistance des matériaux (contraintes, flexion, flambement), matériaux métalliques et soudage, traçage et chaudronnerie, mécanique des fluides, thermique de base.

    Plan du cours

    1. Leçon 1 — Terminologie des ouvrages chaudronnés, actions et bases de calcul
    2. Leçon 2 — Calcul des enveloppes : viroles, fonds et réservoirs de stockage
    3. Leçon 3 — Accessoires : ouvertures, trous d’homme, brides, supports et séparateurs
    4. Leçon 4 — Tuyauteries, calorifugeage, protection et projet de conception

    Modalités d’évaluation

    Volume horaire : 30 h de CM, 10 h de TD, 0 h de TP et 20 h de TPE ; 3 crédits. Évaluation : contrôle continu (TD, projet de conception en travail personnel, quiz) et examen terminal écrit (calculs de dimensionnement avec formulaire fourni).

    Bibliographie

    • Moss D. R., Basic M., Pressure Vessel Design Manual, Butterworth-Heinemann.
    • Megyesy E. F., Pressure Vessel Handbook, Pressure Vessel Publishing.
    • Normes NF EN 13445-3 (calcul des récipients sous pression non soumis à la flamme) et API 650 (réservoirs de stockage soudés).
    • Kannappan S., Introduction to Pipe Stress Analysis, Wiley ; ASME B31.3 Process Piping.
    • Guide CODAP (SNCT) : Code de construction des appareils à pression non soumis à l’action de la flamme.

  • Vibrations Mécaniques

    Les machines tournantes (pompes, compresseurs, ventilateurs, groupes électrogènes), les charpentes, passerelles, pylônes, cheminées et tuyauteries sont soumis à des vibrations. Mal maîtrisées, elles provoquent fissuration par fatigue des soudures, desserrage des boulons, usure des paliers, bruit et inconfort, voire la ruine d’une structure en cas de résonance. Ce cours fournit au technicien supérieur en chaudronnerie et construction métallique les outils pour modéliser un système vibratoire, calculer ses fréquences propres et sa réponse, identifier les causes de vibration et choisir des solutions de réduction (isolation, amortissement, équilibrage, modification de raideur).

    Objectifs d’apprentissage

    • Définir les grandeurs vibratoires (amplitude, fréquence, pulsation, phase, déplacement, vitesse, accélération).
    • Mettre en équation et résoudre un système à un degré de liberté, libre ou forcé, amorti ou non.
    • Calculer les fréquences et modes propres d’un système à deux degrés de liberté et décrire l’extension à n degrés de liberté.
    • Identifier les causes des vibrations des machines et des structures (balourd, résonance, désalignement, détachement tourbillonnaire).
    • Dimensionner une isolation antivibratoire et un amortisseur dynamique ; interpréter une mesure selon les critères ISO.

    Prérequis

    Mathématiques (équations différentielles linéaires du second ordre, nombres complexes, matrices 2 × 2), mécanique générale (principe fondamental de la dynamique), résistance des matériaux (flèche des poutres).

    Plan du cours

    1. Leçon 1 — Introduction et vibrations libres non amorties à un degré de liberté
    2. Leçon 2 — Vibrations amorties et vibrations forcées à un degré de liberté
    3. Leçon 3 — Systèmes à deux et plusieurs degrés de liberté
    4. Leçon 4 — Réduction des vibrations, mesure et TP guidés

    Modalités d’évaluation

    Volume horaire : 20 h de CM, 10 h de TD, 10 h de TP et 20 h de TPE ; 3 crédits. Évaluation : contrôle continu (TD, comptes rendus de TP, quiz) et examen terminal écrit (problèmes chiffrés à un et deux degrés de liberté, dimensionnement d’une isolation).

    Bibliographie

    • Rao S. S., Mechanical Vibrations, Pearson.
    • Thomson W. T., Dahleh M. D., Theory of Vibration with Applications, Prentice Hall.
    • Lalanne M., Berthier P., Der Hagopian J., Mécanique des vibrations linéaires, Masson.
    • Géradin M., Rixen D., Théorie des vibrations : application à la dynamique des structures, Masson.
    • Norme ISO 20816-1 (ex-ISO 10816) : Vibrations mécaniques — Mesurage et évaluation des vibrations de machines.