Pont de Tacoma : l'erreur que des manuels de physique répètent
Pourquoi aujourd'hui ? Le 7 novembre 1940, ce grand pont suspendu de l'État de Washington s'écroulait, en partie sous l'œil d'une caméra.
Le 7 novembre 1940, un grand pont américain se tord devant une caméra, puis s'écroule. Depuis, des manuels de physique en donnent une explication que deux chercheurs ont jugée fausse.
Le 7 novembre 1940, vers 10 heures du matin, le pont de Tacoma Narrows, dans l'État de Washington, se met à se tordre sur toute sa longueur. Il est ouvert depuis quatre mois, et il ondule depuis le début. On l'appelle « Galloping Gertie », « Gertie la galopante ».
Sur place, Frederick Farquharson, professeur d'ingénierie à l'université de Washington, filme et chronomètre le mouvement. À 11 h 02, un tronçon de 600 pieds, soit environ 180 mètres, de la chaussée tombe dans les eaux du Puget Sound, le bras de mer que franchit le pont.
Un seul être vivant ne s'en sort pas : Tubby, le cocker noir de la fille de Leonard Coatsworth, journaliste au Tacoma News Tribune. Coatsworth a dû abandonner sa voiture sur le pont, le chien à l'intérieur ; Farquharson tente de le sauver, mais le chien, terrifié, le mord au doigt. La voiture tombe avec Tubby.
Pendant des décennies, des manuels de physique ont présenté ce drame comme un cas de résonance : le vent aurait poussé le pont au bon rythme, comme on pousse une balançoire. En 1991, deux chercheurs, Yusuf Billah et Robert Scanlan, publient dans l'American Journal of Physics un article contre cette explication. Ils reprochent aux manuels de rester flous sur la force qui aurait poussé le pont et sur l'origine de ce rythme régulier.
Ce qui s'est passé s'appelle un flottement aéroélastique. Le tablier se tord, ce qui change la façon dont le vent le frappe, et ce changement renforce la torsion. Le pont entretient lui-même son mouvement, sans qu'aucune poussée régulière ne soit nécessaire.
Après la catastrophe, l'enquête conclut qu'il faut étudier l'aérodynamique des grands ponts suspendus. Les ingénieurs décident aussi de tester les projets sur maquette dans une soufflerie.
Ce n'est pas le vent qui donnait le rythme : c'est le pont qui, en se tordant, s'est poussé lui-même. Depuis, les grands ponts suspendus passent par un essai en soufflerie avant d'être construits.
Quand quelqu'un cite le pont de Tacoma comme l'exemple type de la résonance, ou devant un pont qui vibre.
Idées reçues
Ce qu'on raconte sur cette histoire, et ce qui est vrai.
« Le pont de Tacoma Narrows s'est effondré en 1940 par résonance : le vent a secoué le pont à son rythme propre. »
L'explication retenue est le flottement aéroélastique : le pont, en se tordant, entretenait lui-même la force du vent qui le tordait. Les fréquences de tourbillons du vent, environ 1 hertz, ne correspondaient pas aux oscillations observées, de 0,6 hertz puis 0,2 hertz.
Des cours de physique ont longtemps présenté Tacoma comme exemple de résonance, ce que rappelle Big Think. Billah et Scanlan l'ont critiqué dans l'American Journal of Physics en 1991, et l'exemple a collé parce qu'il est simple à dessiner et à filmer.
« Le pont de Tacoma Narrows s'est effondré en 1940 à cause d'une tempête exceptionnelle. »
Le vent soufflait à environ 42 miles à l'heure, soit 68 km/h, quand Coatsworth s'est engagé sur le pont ; le pont avait déjà résisté à un vent de 50 miles à l'heure et avait été calculé pour 120. D'après EBSCO, ses poutres peu hautes et sa chaussée étroite le rendaient trois fois plus souple que le Golden Gate.
Le site Big Think écrit que le pont subissait ce jour-là un vent plus fort et plus soutenu que jamais. L'idée a collé parce que le spectacle du pont déchiqueté appelle une cause spectaculaire.
- Tacoma Narrows Bridge history, Collapse — Washington State Department of Transportation
- Tacoma Narrows Bridge history, Tubby trivia — Washington State Department of Transportation
- Tacoma Narrows Bridge history, Lessons from failure — Washington State Department of Transportation
- Tacoma Narrows Bridge collapses, November 7, 1940 — HistoryLink
- The Tacoma Narrows bridge collapse — Physics Today (AIP)
- Resonance, Tacoma Narrows bridge failure, and undergraduate physics textbooks — American Journal of Physics (Billah et Scanlan, 1991)
- Tacoma Bridge Failure, a Physical Model — Green et Unruh, University of British Columbia (arXiv)
- Structural Failures: Tacoma Narrows — STRUCTURE magazine
- Tacoma Narrows Bridge collapses — EBSCO Research Starters