Ruptures scientifiques et innovation

L’étude déterministe des fondations d’éoliennes nécessite une analyse tridimensionnelle (3D) du fait du type de chargement complexe appliqué à la fondation (dû au vent et à la houle). Or, les problèmes déterministes 3D sont connus comme étant très gourmands en temps de calcul. Ceci présente un très grand frein à l’utilisation des méthodes probabilistes classiques type Monte Carlo. D’un autre côté, la prise en compte de la variabilité spatiale 3D dans l’analyse probabiliste augmente de manière significative le nombre d’appels au code déterministe.

L’objectif de ce projet est de fournir pour ces cas d’études complexes une méthodologie fiable et efficace pour la propagation des incertitudes. Ceci permet d’aboutir au PDF (Probability Density Function) de la réponse du système étudié ainsi qu’à la probabilité de ruine vis-à-vis d’un seuil fixé pour cette réponse, moyennant un temps de calcul raisonnable. En effet, les méthodes probabilistes actuelles ne permettent pas une évaluation probabiliste rigoureuse du fait de l’utilisation de la méthode de Monte Carlo avec un faible nombre de simulations aboutissant ainsi à un fort coefficient de variation de la probabilité de défaillance.

Impact technique et économique attendu

L’analyse et le dimensionnement des ouvrages en mer sont généralement effectués dans un cadre déterministe. Or, le degré d’incertitude lié d’une part au chargement (houle, vent, etc.) et d’autre part aux propriétés du sol marin, rend la prise en compte de la variabilité de ces paramètres d’entrée très importante. L’objectif de ce projet est l’optimisation du dimensionnement des ouvrages en mer avec prise en compte de la variabilité spatiale des propriétés du sol et de la variabilité du chargement appliqué à ces ouvrages. On s’intéresse plus particulièrement à des fondations d’éoliennes. Nous envisageons le transfert des méthodes et outils développés dans ce projet vers des  entreprises, notamment les bureau d’études travaillant dans le secteur des EMR.

Dates clés du projet

  • Octobre 2016 - Lancement du projet
  • Octobre 2017 - Développement d’approches déterministes pour des fondations d’éoliennes
  • Octobre 2018 - Développement des approches probabilistes
  • Octobre 2019 - Fin du projet (Soutenance d’une thèse et publications dans des revues internationales

Démonstrateur

Développement d’outils numériques sur l’analyse des fondations d’éoliennes en mer et pouvant être utilisés par les entreprises et les bureau d’études travaillant dans le secteur des EMR.

Résultats

Les travaux de ce projet ont concerné deux points :

  • Élaboration d’un modèle mécanique sous Abaqus pour le calcul de la capacité portante verticale et la capacité portante latérale d’un monopieu d’éolienne de grand diamètre
  • Élaboration d’un modèle mécano-fiabiliste en vue de calculer la probabilité de défaillance du monopieu vis-à-vis d’un dépassement de la rotation en tête du monopieu et ce, par rapport à un seuil donné. Un sol purement cohérent a été envisagé.

Les résultats issus des différentes simulations sont les suivants :

  • Pour la détermination de la capacité portante ultime verticale, on observe une concordance de résultats entre l’approche numérique sous Abaqus et celle de l’API. La contribution de la résistance du fut et de la base du monopieu dans la résistance totale du monopieu a été déterminée. Les résultats ont montré une contribution majeure de 60-80% pour le fut et une contribution de 20-40% pour la base. En plus, il a été remarqué que le fut atteint la rupture en premier lieu. Il a été montré que le sol à l’intérieur du monopieu reste solidaire de ce monopieu lors du chargement de ce dernier. La capacité portante du monopieu se calcule donc comme étant la somme de la résistance du fut et celle de la base du monopieu (sol + anneau). Ceci est conforme avec les préconisations de l’API.
  • Le monopieu de grand diamètre présente un comportement rigide pour les différentes valeurs du déplacement horizontal imposé. En effet, on assiste à une rotation du monopieu en tant que corps rigide (intégrant le monopieu et le sol intérieur) et ce, par rapport à un point fixe situé dans la partie inférieure du monopieu.
  • Il a été montré que l’effet de la variabilité spatiale verticale est significatif lorsque la distance d’autocorrélation verticale est très inférieure à la longueur du monopieu. Cet effet devient négligeable pour des distances d’autocorrélation verticales supérieures à la longueur du monopieu.