Réduire les risques sur les terrains de sport

Données nécessaires au calcul

Pour pouvoir effectuer un calcul fiable, il faut notamment disposer des données suivantes :

L'emplacement du mât d'éclairage: le calcul de la charge due au vent repose sur la vitesse du vent, laquelle dépend fortement de l'environnement.

• Les Pays-Bas comptent trois zones distinctes (NEN-EN 40-3), à savoir les zones de vent I, II et III. La charge due au vent sur les mâts situés dans la zone de vent I est plus élevée que celle subie par le même mât dans la zone de vent III. Les fabricants de mâts en tiennent compte lors de la conception.
• Les Pays-Bas comptent quatre catégories de terrain (NEN-EN 40-3-1 : 2013), à savoir la catégorie I (mer ou zone côtière), II (zone non bâtie), III (zone bâtie, telle qu’une zone industrielle ou une forêt), IV (zone bâtie ; centres-villes). En principe, le vent souffle sans entrave sur un terrain plat, tandis qu’il est plus calme dans les zones bâties (nous ne tiendrons pas compte ici, par souci de simplicité, de l’effet Venturi).

Données relatives au mât: à demander au fournisseur du mât concerné. Si, contre toute attente, ces données ne sont pas disponibles, elles devront être relevées sur place. Il convient malheureusement de préciser qu’il n’est pas toujours possible d’obtenir toutes les données. Prenons par exemple le type d’acier utilisé pour un mât d’éclairage. En cas de données manquantes, il est important de se baser sur le scénario « pire cas » le plus plausible. Dans ce cas, nous utiliserons donc de l’acier de construction S235 dans nos calculs.

Surface exposée au ventdu luminaire LED: dépend :

• de la marque et du type de luminaire ;
• de l’angle que forme le luminaire par rapport au plan horizontal (inclinaison) ; et
• si plusieurs luminaires sont installés sur le mât, leur positionnement les uns par rapport aux autres est également important.

Valeur Cx du luminaire LED: le coefficient aérodynamique est une valeur qui quantifie la résistance à l’air d’un luminaire. Exemple : un luminaire sphérique présente, par exemple, une résistance à l’air inférieure à celle d’une plaque plane et donc une valeur Cx plus faible. La méthode la plus fiable pour déterminer la valeur SCx (produit de la surface projetée et du facteur de forme) est un essai en soufflerie. Idéalement, le luminaire est testé dans toutes les configurations possibles dans lesquelles il peut être monté en pratique. Si aucun essai en soufflerie n’a été réalisé et que la valeur Cx n’est donc pas connue, nous utilisons dans nos calculs une valeur de 1,0, conformément à la norme NEN-EN 40-3-1 : 2013. Une hypothèse prudente est alors retenue pour la surface exposée au vent.

Capots anti-éblouissement: il est important de noter que les capots placés sur un luminaire pour limiter l’éblouissement ont souvent un effet négatif sur la valeur Cx, ce qui augmente la charge due au vent. Il convient d’en tenir compte dans le calcul.

Poids du luminaire LED: y compris le driver éventuel, les supports de suspension, les matériaux de fixation, etc. Le poids influe sur la résistance, la rigidité et les fréquences propres d’un mât.

Position relative du centre de gravité du luminaire LED: par rapport au centre du mât d'éclairage.

Résultats du calcul

Les résultats du calcul indiquent si un mât d’éclairage est conforme à la norme. Les critères principaux sont les suivants :

• l’« Ultimate Limit State » (ci-après : « ULS ») : il exprime la charge relative du mât sous la forme d’un nombre supérieur à 0. Une valeur supérieure à 1,0 signifie que la charge en un point quelconque du mât est supérieure à la capacité de charge maximale de celui-ci et que le mât n’est pas conforme à la norme.
• l’« état limite de service » (ci-après : « SLS ») : déviation horizontale et verticale maximale admissible du mât sous l’action de la charge due au vent. On distingue trois classes (NEN-EN 40-3-3). Ainsi, les exigences fixées concernant la déviation maximale admissible d’un mât de tramway ou d’un mât de terrain de sport, par exemple, sont bien plus strictes que celles applicables à un mât d’éclairage public.

Défaillance du mât

Lorsque l’ULS est supérieur à 1, le mât sera surchargé et finira par céder. Cela se traduira par une déformation permanente du matériau, voire par la rupture du mât au niveau de sa partie la plus fragile. En principe, le point le plus faible de tous les types de mâts – qu’il s’agisse de mâts coniques, cylindriques effilés, octogonaux ou polygonaux – est la partie située autour de l’ouverture de la porte (le cas échéant). Cependant, sur les mâts cylindriques effilés en acier, un nouveau point faible peut apparaître en cas de surcharge. On connaît des cas où, après une surcharge (prolongée), une rupture par fatigue s’est produite juste au-dessus du cordon de soudure (« zone affectée thermiquement ») entre deux sections du mât. En cas de fatigue, la rupture commence par une fissure capillaire et, sous l’effet des contraintes de flexion dynamiques exercées par le vent, elle se propage de la surface extérieure vers la surface intérieure et dans le sens circonférentiel. Finalement, le mât cédera à cet endroit. Le mât étant déjà fortement affaibli, il est possible qu’il cède même sous l’effet d’une charge due au vent relativement faible. Il est donc essentiel d’éviter toute surcharge à tout moment !

Fréquences propres

Une caractéristique souvent négligée des mâts soumis à des charges dues au vent est qu’ils peuvent se mettre à vibrer. Nous appelons cette fréquence la fréquence propre. Il s’agit d’une fréquence de vibration inhérente à la structure. C’est une propriété physique pertinente du mât d’éclairage, au même titre que l’épaisseur de sa paroi, son diamètre et sa hauteur. Ce phénomène est dû aux tourbillons d’air autour du tube du mât. Ceux-ci sont faciles à observer sur les mâts de drapeau : lorsque le vent est suffisamment fort, le drapeau présente des ondulations dans la toile. On appelle cela les rues de tourbillons de Kármán. Un poids plus important au sommet d’un mât entraîne une fréquence propre plus basse (moins favorable).

Revenons au vent : celui-ci peut donc provoquer la formation de tourbillons de Kármán autour du mât à une certaine fréquence. Si cette fréquence est proche de la fréquence propre du mât, on obtient un « effet de balancement » : le balancement s’aggrave progressivement et, à terme, le mât cédera. Il est important de déterminer quelle est la fréquence fondamentale (= fréquence propre la plus basse) et les harmoniques associées (= multiples de la fréquence fondamentale) du mât, et s’il existe un risque inacceptable que le mât soit soumis à des vents correspondant à cette fréquence propre au cours de sa durée de vie. En règle générale, les mâts sont conçus de manière à ne pas entrer en résonance sous l’effet du vent ; un mât d’éclairage ne devrait donc pas, ou très peu, bouger de manière visible à des vitesses de vent « normales ». Les calculs doivent donc également tenir compte du comportement dynamique du mât d’éclairage. En cas de fréquences propres faibles, la charge due au vent est donc multipliée par ce qu’on appelle un « facteur bêta ».

À faire :

• Veillez à disposer des données relatives au mât et aux luminaires en tenant à jour un dossier de gestion. La fiabilité des données contribue à la précision du calcul.
• Faites inspecter vos mâts périodiquement par un organisme objectif et compétent, tel que Normec Rei-Lux B.V. Une inspection périodique contribue à minimiser le risque de défaillance d'un mât. Outre l’inspection de l’ensemble du mât, une inspection des fondations est essentielle pour garantir la sécurité et la stabilité des mâts.
• Soyez attentif aux vibrations importantes au niveau du mât. Lorsqu’un mât résonne à sa fréquence propre ou à sa deuxième harmonique, cela peut rapidement entraîner des problèmes. Dans ce cas, contactez dès que possible Normec Rei-Lux B.V. pour obtenir des conseils sur les mesures à prendre.
• Faites toujours réaliser des calculs par un expert (fabricant de mâts ou Normec Rei-Lux B.V.) lors du passage à l’éclairage LED. Vous aurezainsi la garantie que le mât d’éclairage est adapté à la nouvelle charge.
• Veillez à ce que le centre de gravité d’un ou de plusieurs luminaires LED soit situé aussi près que possible du centre du mât. Cela a un effet positif sur la charge supportée par le mât.
• Vérifiez que l’inclinaison correspond bien à celle sur laquelle le calcul a été effectué. Tout écart a toujours une incidence sur la charge due au vent.
• Suivez les recommandations de l’organisme d’inspection. Les organismes d’inspectionindépendants n’ont aucun intérêt à approuver ou à refuser un mât. Le non-respect de ces recommandations peut avoir de graves conséquences.

À ne pas faire :

• N’installez pas de tableaux d’affichage, de haut-parleurs, de jardinières ou d’autres objets sur le mât d’éclairage sans vérifier au préalable si cela entraîne un dépassement de la charge maximale admissible du mât. Cette charge supplémentaire peut compromettre la stabilité et la sécurité du mât.
• Ne placez pas de capots anti-éblouissement sur un luminaire LED sans vérification au moyen d’un calcul de résistance. La présence de capots anti-éblouissement doit toujours être prise en compte dans le calcul.
• Ne vous écartez pas des paramètres sur lesquels le calcul a été effectué ou, en cas de modifications, faites effectuer un nouveau calcul. Le respect des paramètres d’origine contribue à minimiser le risque de défaillance du mât.
• Ne percez, ne meulez ni ne découpez jamais un trou dans un mât sans l’accord préalable du fabricant du mât. Les trous peuvent avoir un effet négatif sur l’intégrité structurelle et la stabilité d’un mât.
• Si nécessaire, privilégiez un trou dans la trappe du mât et/ou optez pour un trou rond. Il est important que les surfaces de coupe soient recouvertes d’un revêtement approprié pour éviter la corrosion. Les trous dans la trappe du mât n’ont pas d’effet négatif sur l’intégrité structurelle et la stabilité du mât.
• Les trous rectangulaires dont les découpes se prolongent dans les angles sont absolument à proscrire et constituent un motif de rejet du mât d’éclairage. Des contraintes élevéespeuvent apparaître dans les angles, pouvant entraîner la formation de fissures.