Surveillance des vibrations dans les chantiers : fonctionnement, outils et gestion des alarmes

D’un point de vue physique, les vibrations sont des oscillations mécaniques d’un corps ou d’un système autour d’une position d’équilibre. Dans les chantiers, elles peuvent être produites par des machines et des travaux et se propager dans le sol et dans les structures sous forme d’ondes élastiques.

Dans le cadre d’un chantier de construction, des activités telles que les démolitions, les fondations, les forages, les compactages et le déplacement de machines lourdes peuvent produire des vibrations d’intensité et de fréquence différentes.

Les effets doivent cependant être distingués en fonction de l’élément que l’on souhaite protéger. La surveillance peut en effet concerner : 

• les effets des vibrations sur les bâtiments et sur les infrastructures ;
• le trouble perçu par les personnes à l’intérieur des bâtiments ;
• l’exposition professionnelle des travailleurs aux vibrations main-bras ou corps entier ;
• la protection d’équipements, d’installations ou de travaux particulièrement sensibles.

Dans cet article, vous découvrirez quelles activités de chantier génèrent le plus de vibrations, comment fonctionne la surveillance, quelles grandeurs sont mesurées, quels outils utiliser, comment les seuils d’alerte sont identifiés et comment gérer d’éventuels dépassements.

Qu’est-ce que la surveillance des vibrations dans les chantiers ?

La surveillance des vibrations dans les chantiers consiste en la mesure dans le temps des oscillations produites par les travaux, dans le but d’évaluer leurs effets sur les bâtiments, les infrastructures, les personnes ou d’autres éléments sensibles.

La surveillance peut être utilisée pour évaluer l’impact potentiel des vibrations produites par les activités de construction sur les bâtiments et les structures environnantes et pour vérifier l’efficacité des éventuelles mesures de mitigation adoptées.

Un système de surveillance peut acquérir différentes grandeurs, notamment la vitesse de vibration, l’accélération, la fréquence et la durée de l’événement. Lorsque cela est nécessaire, la direction de la vibration et les trois composantes le long des axes orthogonaux sont également prises en compte.

Le choix des grandeurs à mesurer dépend de l’objectif de l’enquête : évaluer le possible dommage à un bâtiment, par exemple, ne correspond pas à évaluer l’exposition d’un travailleur ou le trouble perçu par les occupants.

À quoi sert la surveillance des vibrations dans les chantiers ?

La surveillance permet de connaître l’intensité et les caractéristiques des vibrations produites par les travaux et de comparer les valeurs relevées avec des seuils ou des critères définis dans le plan de surveillance et dans les références techniques applicables.

De cette manière, il est possible de gérer le risque de manière proactive : 

• en protégeant les bâtiments et les infrastructures voisines ;
• en vérifiant le respect des critères établis pour le projet ;
• en documentant objectivement les événements vibratoires ;
• en fournissant des données utiles en cas de contestations ou de litiges ;
• en évaluant l’efficacité des mesures de mitigation ;
• en adaptant consciemment les méthodes et les phases de construction ;
• en identifiant rapidement les événements anormaux ou les dépassements des seuils d’attention et d’alerte.

Quelles activités de chantier génèrent le plus de vibrations ?

Les activités liées à la phase d’excavation ou de démolition ou liées à l’utilisation d’équipements à impact génèrent des niveaux vibratoires de divers degrés en fonction des machines et des moyens utilisés.

Les principales activités à fort impact vibratoire sont : 

• enfoncement de pieux ;
• démolitions ;
• excavations et forages ;
• compactages ;
• utilisation de machines lourdes.

Analysons-les en détail.

Fondations

L’enfoncement de pieux nécessite l’utilisation de machines lourdes appelées « battipieux », utilisées justement pour réaliser des pieux qui soutiennent les fondations des bâtiments ou d’autres structures ou pour construire des ponts, des barrages et d’autres structures « à pieux ».

Les pieux peuvent être réalisés avec des matériaux et des technologies différents et sont utilisés, par exemple, pour transférer les charges de la construction à des couches de sol plus profondes et résistantes.

Dans le cas des techniques d’enfoncement par battement, les impacts répétés peuvent générer des vibrations significatives qui se propagent dans le sol et atteignent d’éventuelles structures environnantes.

L’intensité enregistrée à un point donné dépend non seulement de l’énergie de la source mais aussi de la distance, des propriétés géotechniques du sol et de l’interaction sol-structure.

Démolitions

Les machines utilisées dans les démolitions, telles que les marteaux démolisseurs et les équipements à percussion, peuvent produire des événements vibratoires impulsifs caractérisés par des valeurs élevées sur des intervalles de temps relativement courts.

Dans certaines conditions, une amplification de la réponse structurelle peut également se produire lorsque la fréquence de sollicitation se rapproche de l’une des fréquences propres de la structure ou de ses éléments. Cependant, il n’est pas correct d’attribuer aux bâtiments un unique intervalle universel de fréquences propres, car celles-ci dépendent de la masse, de la rigidité, de la géométrie, de la hauteur et du schéma structurel.

Excavations et forages

Les activités d’excavation dans des terrains compacts et celles de forage des roches sont des méthodes fondamentales et extrêmement efficaces, utilisées dans divers secteurs, pour la fragmentation et l’excavation contrôlées de formations rocheuses dures.

Les marteaux hydrauliques et les équipements à impact peuvent produire des impulsions répétées, tandis que d’autres machines d’excavation ou de forage peuvent générer des vibrations plus continues.

La construction de tunnels et les travaux souterrains peuvent également nécessiter un suivi spécifique lorsque des bâtiments, infrastructures ou installations sensibles sont à proximité.

Compactage du sol

Le compactage du sol ou des couches d’un revêtement peut être effectué à l’aide de rouleaux vibrants ou de plaques vibrantes. Le mouvement oscillatoire transfère de l’énergie au matériau, favorisant une réduction des vides et une plus grande densification.

Les rouleaux vibrants et les plaques compactantes constituent donc des sources de vibration potentiellement pertinentes, surtout à courte distance.

Machinerie lourde et trafic de chantier

Dans un chantier de construction, les vibrations peuvent également être générées par le passage de véhicules lourds et machines opératrices.

Le mouvement de véhicules à roues ou à chenilles transmet des sollicitations dynamiques au sol. L’entité et la fréquence des vibrations dépendent, entre autres facteurs, de la masse et de la vitesse du véhicule, des suspensions et surtout des conditions de la surface de passage.

Les irrégularités, trous ou discontinuités du revêtement peuvent également augmenter sensiblement les vibrations générées par le passage des véhicules.

Quels effets les vibrations peuvent-elles avoir sur les bâtiments et les zones environnantes ?

Les effets des vibrations doivent être évalués en distinguant au moins trois aspects : la réponse des bâtiments, le dérangement perçu par les personnes et l’exposition professionnelle des travailleurs.

Effets sur les bâtiments

Les vibrations peuvent entraîner des effets différents selon l’intensité et les caractéristiques de l’événement, la structure concernée et son état de conservation.

En général, les effets observables peuvent concerner : 

• éléments architecturaux et non structurels, avec apparition ou évolution de petites fissures ou décollements ;
• cloisons, enduits, joints et éléments secondaires ;
• dans les cas les plus significatifs, éléments ayant une fonction structurelle.

Cependant, la simple présence d’une fissure après un travail ne prouve pas automatiquement qu’elle ait été causée par les vibrations. Pour cette raison, dans les chantiers les plus sensibles, un relevé préliminaire de l’état des bâtiments environnants peut être associé à la surveillance instrumentale, utile pour documenter d’éventuels tableaux fissuratifs préexistants.

Dérangement des personnes dans les bâtiments

La perception d’une vibration par les occupants ne coïncide pas nécessairement avec l’existence d’un risque de dommage structurel. L’être humain peut en effet percevoir des vibrations d’une intensité inférieure à celles associées à des effets sur les bâtiments.

Pour cette raison, le confort et le dérangement doivent être évalués séparément par rapport à la protection structurelle, en utilisant des critères et des grandeurs appropriés à l’objectif spécifique de l’analyse.

Vibrations et sécurité des travailleurs

Les travailleurs peuvent être exposés principalement à deux types de vibrations : 

• vibrations transmises au système main-bras, par exemple lors de l’utilisation de marteaux démolisseurs, perforateurs et autres outils vibrants ;
• vibrations transmises au corps entier, par exemple lors de la conduite d’excavateurs, de pelles, de véhicules à chenilles ou d’autres machines mobiles.

Les vibrations main-bras peuvent être associées à des troubles vasculaires, neurologiques et musculo-squelettiques, tandis que des expositions significatives à des vibrations transmises au corps entier peuvent contribuer à des troubles musculo-squelettiques, en particulier au niveau de la zone lombaire.

La surveillance des vibrations transmises aux bâtiments ne remplace donc pas l’évaluation spécifique de l’exposition professionnelle prévue par la réglementation sur la sécurité au travail.

Comment mesure-t-on les vibrations sur les chantiers ?

Les vibrations sont mesurées à l’aide de capteurs installés à des points représentatifs, qui enregistrent des grandeurs telles que la vitesse de vibration, l’accélération et la fréquence de l’événement. La configuration de la surveillance dépend de l’objectif de l’enquête, de la durée des travaux et du niveau de risque.

On peut distinguer trois modes principaux : 

• mesures ponctuelles, c’est-à-dire l’acquisition de données à court terme pour une période limitée. Elles sont généralement utilisées pour évaluer les niveaux de vibration pendant une activité spécifique ou établir les conditions de base avant la construction ;
• surveillance continue des vibrations, qui implique l’enregistrement des niveaux de vibration pendant des périodes prolongées, allant de quelques jours à plusieurs mois. Cette approche, largement utilisée dans les projets de construction où l’exposition aux vibrations varie dans le temps, permet de détecter tous les événements de vibration, d’analyser les tendances à long terme et de vérifier la conformité pendant toute la durée du projet ;
• surveillance et alertes en temps réel, qui comparent les niveaux de vibration avec des seuils prédéfinis et génèrent des alertes lorsque les limites sont dépassées. Cela permet de réagir rapidement au niveau opérationnel, par exemple en modifiant les méthodes de construction ou en interrompant certaines activités.

Quelles grandeurs sont mesurées : PPV, fréquence et accélération

Pour interpréter correctement une surveillance, il est nécessaire de distinguer les principales grandeurs utilisées : 

• PPV – Peak Particle Velocity : c’est la valeur maximale de la vitesse de vibration mesurée pendant un événement à un point donné et est généralement exprimée en mm/s. La vitesse de vibration est l’une des grandeurs les plus utilisées dans l’évaluation des vibrations transmises aux bâtiments. La PPV ne doit pas être confondue avec le déplacement maximal ni avec l’accélération : ce sont des grandeurs physiques différentes ;
• fréquence : indique le nombre d’oscillations par seconde et est exprimée en hertz (Hz). C’est un paramètre fondamental car la réponse d’une structure dépend non seulement de l’amplitude de la vibration, mais aussi de son contenu en fréquence ;
• accélération : décrit la variation de la vitesse dans le temps et est généralement exprimée en m/s². C’est une grandeur particulièrement importante dans le cadre de l’évaluation de l’exposition humaine aux vibrations, tandis que pour l’évaluation des effets sur les constructions, on considère souvent des grandeurs liées à la vitesse vibratoire.

Différence entre PPV, fréquence et accélération dans la surveillance des vibrations

Quelles sont les seuils de vibration sur les chantiers ?

Il n’existe pas de valeur limite unique de vibration valable pour n’importe quel chantier, bâtiment et situation. Les seuils doivent être définis en fonction de l’objectif de la surveillance, des caractéristiques de la structure, de la fréquence de l’événement et du référentiel technique adopté.

Une valeur de PPV exprimée en mm/s ne peut pas être interprétée correctement sans connaître au moins le contexte de la mesure et, lorsque requis par le critère adopté, le contenu en fréquence de l’événement.

Dans la définition des seuils, il convient de considérer, par exemple : 

• type et destination de la construction ;
• matériaux et système structurel ;
• état de conservation ;
• présence de bâtiments historiques ou particulièrement sensibles ;
• fréquence des vibrations ;
• durée et répétitivité des événements ;
• caractère impulsif, intermittent ou continu ;
• position du point de mesure ;
• distance de la source ;
• critère technique ou normatif utilisé.

Facteurs qui influencent les seuils de vibration sur les chantiers

Pour cette raison, il est préférable de parler de « seuils de référence », « niveaux d’attention » et « niveaux d’alerte » définis dans le plan de surveillance spécifique, évitant d’indiquer un seul chiffre comme limite universelle.

Quels outils sont utilisés pour la surveillance ?

Dans les chantiers de construction, différents types de capteurs de vibrations sont couramment utilisés : 

• géophones triaxiaux ;
• accéléromètres ;
• sismographes/vibration monitors ;
• data logger ;
• Iot et systèmes de surveillance cloud.

Géophones triaxiaux

Les géophones sont des transducteurs utilisés pour mesurer la vitesse du mouvement vibratoire. Dans les systèmes triaxiaux, le mouvement est acquis simultanément le long de trois directions orthogonales.

Cette caractéristique permet de décrire mieux le mouvement et de évaluer les composants de la vibration au point d’installation.
Les géophones sont couramment utilisés dans les systèmes de surveillance des vibrations produites par les travaux de chantier lorsque la grandeur d’intérêt est la vitesse vibratoire.

Accéléromètres

Les accéléromètres mesurent l’accélération produite par le mouvement vibratoire.

Il existe différentes technologies d’accéléromètres et le choix dépend de la plage de fréquences, de la sensibilité requise, de l’amplitude prévue et de l’objectif de la mesure.

Ils peuvent être utilisés dans l’analyse dynamique des structures, dans le suivi structurel et dans les évaluations de l’exposition aux vibrations, en utilisant des configurations et des critères différents selon l’application.

Sismographes / vibration monitors

Les vibration monitors utilisés sur les chantiers intègrent généralement un ou plusieurs capteurs, un système d’acquisition et des fonctions pour l’enregistrement automatique des événements.

Ils peuvent restituer des paramètres tels que : 

• PPV ;
• fréquence ;
• évolution temporelle de l’événement ;
• composants de la vibration sur les différents axes ;
• date et heure du dépassement de seuils éventuels.

Data logger, IoT et systèmes de surveillance cloud

Les systèmes IoT permettent de transmettre à distance les données acquises par les capteurs. Dans un système de surveillance connecté, les capteurs détectent les vibrations et envoient les données à un système d’acquisition ou data logger, qui les transmet via le réseau à une plateforme cloud ; ici, les informations sont archivées, traitées et mises à disposition via des tableaux de bord, des graphiques et des systèmes automatiques d’alerte.

Lorsque une mesure dépasse un seuil prédéfini, la plateforme peut envoyer une notification par e-mail, SMS ou d’autres canaux et enregistrer l’événement dans la série historique.

Les données peuvent être visualisées à travers des graphiques, des tableaux de bord et des rapports utiles pour reconstruire l’évolution des vibrations pendant les différentes phases de chantier.

Un capteur de vibration, à lui seul, ne mesure cependant pas la stabilité du sol. Dans les systèmes de surveillance géotechnique, les mesures vibratoires peuvent être intégrées avec d’autres outils, tels que inclinomètres, piézomètres, extensomètres, systèmes GNSS ou stations totales, en fonction du phénomène à contrôler.

Où installer les capteurs de vibration ?

Les capteurs doivent être positionnés aux endroits où la mesure soit représentative de la vibration réelle à évaluer ; la position dépend donc de la source, de la structure à protéger et de l’objectif de la surveillance.

Dans les chantiers de construction, les capteurs sont typiquement installés : 

• sur les fondations ou sur d’autres points significatifs des bâtiments voisins ;
• sur le sol le long du chemin de propagation ;
• à proximité des structures ou des installations les plus sensibles ;
• à des points considérés comme représentatifs dans le plan de surveillance.

Un placement incorrect peut conduire à une sous-estimation ou à une surestimation des niveaux de vibration.

Que se passe-t-il lorsque le seuil de vibration est dépassé ?

Le dépassement d’un seuil n’implique pas automatiquement la présence d’un dommage, mais constitue un événement qui doit être évalué selon les procédures définies dans le plan de surveillance.

Dans un système continu, les données acquises peuvent être comparées automatiquement avec des seuils préalablement définis.

Lorsqu’un dépassement est enregistré, le système peut : 

• générer une alerte ;
• identifier la date, l’heure et le capteur concerné ;
• enregistrer les valeurs de l’événement ;
• notifier les responsables ;
• initier un workflow de vérification.

Il n’est pas correct d’affirmer que tout dépassement entraîne nécessairement une suspension automatique des travaux. L’action subséquente dépend des procédures établies par le projet et peut prévoir vérification technique, modification de la méthode de travail, adoption de mesures d’atténuation ou, dans les cas prévus, suspension temporaire de l’activité.

De l’alerte à la gestion de la non-conformité

Lorsqu’un système de surveillance détecte l’atteinte ou le dépassement d’un seuil fixé, une alerte automatique peut être générée.

L’événement peut alors être transformé en signalement ou, lorsque prévu par les procédures du projet, en une non-conformité à gérer et à documenter.

L’enregistrement peut contenir : 

• position du capteur ;
• date et heure ;
• valeur mesurée ;
• seuil concerné ;
• travail en cours ;
• causes possibles ;
• actions correctives adoptées ;
• vérification après intervention.

De cette manière, le dépassement ne reste pas une simple donnée numérique, mais devient partie intégrante d’un processus documenté de contrôle du chantier.

Gérer les problèmes de vibration sur le modèle BIM

Avec un logiciel de gestion des problèmes de chantier tel que usBIM.resolver, le technicien peut signaler, attribuer, suivre et clôturer les problèmes associés aux événements détectés.

• créez le problème : au sein de la plateforme BIM, l’alerte peut être enregistrée avec un titre, une description de l’événement, des valeurs mesurées, le seuil dépassé et le niveau de priorité ;
• géoréférencez l’alerte dans le modèle BIM : le signalement peut être lié à l’objet 3D ou à la zone du chantier concernée, permettant à l’équipe de localiser rapidement le point où l’événement a été détecté ;
• attribuez le problème à la personne responsable : le signalement est confié au technicien chargé, qui peut intégrer des rapports, des photographies, des documents et des notes ;
• suivez l’intervention : le problème passe de ouvert à en cours et, une fois les actions correctives appliquées et le retour des paramètres de vibration dans la norme vérifié, le coordinateur valide la résolution et clôt le problème, maintenant une chronologie immuable de tout le processus.

Le processus permet ainsi de conserver une chronologie des signalements, des responsabilités et des interventions effectuées, reliant la donnée provenant de la surveillance au workflow opérationnel de gestion du chantier.

Flux de la surveillance des vibrations à la gestion de l’issue en chantier

Lorsque une alerte doit être rapidement transformée en une activité à gérer, assigner et documenter, vous pouvez utiliser usBIM.resolver pour lier la signalisation au modèle BIM, identifier le responsable de l’intervention et suivre son évolution jusqu’à la résolution, évitant qu’un dépassement des seuils reste une donnée isolée et non gérée dans le processus de chantier.

FAQ sur la Surveillance des vibrations dans les chantiers

Quel est la limite des vibrations dans les chantiers ?

Il n’existe pas de limite unique valable pour tous les chantiers. Le seuil dépend de la structure concernée, des caractéristiques de la vibration, de la fréquence, de l’état du bâtiment et de la référence technique utilisée.

Qu’est-ce que la PPV ?

La PPV, Peak Particle Velocity, représente la valeur maximale de la vitesse vibratoire enregistrée lors d’un événement à un point donné et est normalement exprimée en mm/s.

Quelle est la différence entre géophone et accéléromètre ?

Le géophone est principalement utilisé pour mesurer la vitesse de vibration, tandis que l’accéléromètre mesure l’accélération du mouvement. Le choix dépend de la grandeur à analyser et de l’objectif de la surveillance.

Où positionner un capteur de vibration ?

Le capteur doit être installé à un point représentatif de l’élément à contrôler, par exemple sur une structure proche de la source ou à un point significatif du parcours de propagation des vibrations.

Quand est-il avantageux d’utiliser une surveillance continue ?

La surveillance continue est particulièrement utile lorsque les travaux s’étendent dans le temps, que les sources de vibration varient au cours du projet ou qu’il y a des bâtiments et infrastructures sensibles nécessitant un contrôle constant.

Le dépassement du seuil signifie-t-il que le bâtiment a été endommagé ?

Non. Le dépassement d’un seuil indique qu’un niveau a été atteint qui nécessite une évaluation selon les procédures établies. Cela ne représente pas, à lui seul, la preuve de l’existence d’un dommage.