Une nouvelle étude remet en question l’explication populaire du tristement célèbre « Pont Wobbly » de Londres

Le Millennium Bridge de Londres est connu pour son « oscillation » lors de son ouverture en juin 2000, alors que des milliers de piétons affluaient. Les Londoniens l’ont surnommé « Wobbly Bridge ». L’explication acceptée a été que le balancement était dû à une étrange synchronicité entre le balancement latéral (latéral) du pont et les démarches des piétons – un exemple de phénomène collectif émergent.

Mais cette explication s’avère un peu plus compliquée, selon un article récent publié dans la revue Nature Communications. « Cette [old] L’explication était si populaire qu’elle faisait partie de l’air du temps scientifique », a déclaré le co-auteur Igor Belykh, mathématicien à l’Université d’État de Géorgie. « Notre travail montre que de très petites vibrations de chaque personne qui marchent peuvent être considérablement amplifiées. » Les gens ajustent leurs pas pour garder leur équilibre en réponse à l’oscillation, ce qui ne fait qu’empirer les choses. Finalement, le pont devient instable.

Comme nous l’avons signalé précédemment, ce phénomène ne se limite pas au Millennium Bridge. Il y a un panneau datant de 1873 sur le pont Albert de Londres avertissant les troupes militaires de rompre leur mouvement de verrouillage habituel lors de la traversée, car le pont a tendance à trembler et à vaciller, d’où son surnom de « La Dame tremblante ». D’autres ponts « instables » similaires incluent le pont suspendu de Clifton à Bristol, au Royaume-Uni ; le pont Squibb Park à Brooklyn, New York ; et le Changi Mezzanine Bridge à l’aéroport de Singapour.

De nombreuses approches différentes pour étudier ces dynamiques fascinantes ont été adoptées au fil des ans, y compris une reconstitution sur tapis roulant en laboratoire de personnes marchant sur le Millennium Bridge par l’ingénieur de l’Université de Cambridge, Allan McRobie. (McRobie est co-auteur du nouvel article.) Le mathématicien de l’Université Cornell, Steven Strogatz, a co-écrit un article fondateur sur Nature en 2005 avec McRobie et deux autres qui ont modélisé la dynamique du Millennium Bridge en tant qu’oscillateur harmonique faiblement amorti et entraîné.

Selon Strogatz, le pont a été poussé à se balancer latéralement par les piétons alors qu’ils le traversaient. Leurs pas périodiques ont pompé de l’énergie dans le pont et l’ont fait se déplacer d’un côté à l’autre, ce qui a amené les gens à ajuster leurs démarches pour se conformer au mouvement du pont. Au fil du temps, les piétons se sont synchronisés par inadvertance les uns avec les autres, ce qui a fait vaciller encore plus le pont. La synchronie spontanée de la foule était similaire à ce qui se passe avec le clignotement hautement synchronisé des lucioles ou le déclenchement des neurones dans le cerveau.

Mais cette explication originale était incomplète. « L’impulsion initiale que beaucoup de chercheurs ont eue en examinant ce problème était qu’il s’agissait d’un comportement collectif », a déclaré à Ars Varun Joshi, ingénieur biomécanique à l’Université du Michigan. « Ceci était basé sur la présence de plusieurs piétons et la synchronisation apparente entre eux, comme observé dans les vidéos. Cependant, les données collectées à partir de ponts réels ont montré un manque de synchronisation dans de nombreux cas. Cela a conduit à de nombreux travaux expérimentaux étudiant la réponse humaine individuelle aux tapis roulants secoués, à la recherche d’un « effet d’amortissement négatif » de la part des individus. L’espoir était que l’effet à grande échelle de l’amortissement négatif (même sans aucune adaptation à la présence d’autres personnes) expliquerait le phénomène. « 

Lorsque Joshi était à l’Ohio State University, lui et son co-auteur, Manoj Srinivasan, ont simulé la biomécanique de grandes foules de personnes marchant sur un pont, ce qui a modèle amélioré de la façon dont les gens ajustent leur démarche lorsqu’ils marchent sur une surface bancale. Leurs découvertes suggèrent que l’on pourrait même ne pas avoir besoin de synchronisation pour provoquer le tremblement. Le modèle amélioré a correctement prédit certains phénomènes que le modèle de 2005 ne pouvait pas expliquer, comme le vacillement des passerelles même en l’absence de synchronie des foules. De plus, le début de la synchronisation de la foule et le début du vacillement du pont ne sont pas simultanés. Ils se produisent à différents nombres de piétons.

Cette dernière étude s’appuie sur les recherches de 2017 de Belykh et al., en utilisant des modèles inspirés de la biomécanique basés sur un pendule inversé pour imiter le mouvement latéral des personnes, ainsi que le mouvement vers l’avant. Cela a révélé un « effet de seuil » ou un point de basculement. Alors que l’opinion répandue était que plus il y avait de piétons sur le pont, plus le pont vacillerait, ils ont constaté que plus de piétons produisaient des oscillations plus sauvages, mais uniquement pour les foules au-dessus d’une taille critique. Par exemple, 164 personnes sur le Millennium Bridge n’entraîneront pas de tremblements, mais l’ajout d’une personne de plus fera pencher la balance.

Ils ont également conçu une formule mathématique qui pourrait être utilisée pour estimer la taille critique de la foule à laquelle un pont donné commencerait à vaciller. Le nouveau document affine encore cette formule, sur la base des données recueillies auprès de 30 ponts différents. Belykh et ses collègues ont conclu que le mouvement synchronisé des pieds des piétons n’était pas nécessairement la cause principale de l’apparition des vibrations du pont. Les ponts peuvent commencer à vaciller même s’il n’y a pas de synchronisation entre les piétons. La synchronisation piétonne exacerbe, mais ne provoque pas, les oscillations.