SOUTENANCE DE THESE : RITESH GUPTA

Le monopieu est le système de fondations le plus courant pour les structures d'éoliennes en mer, avec une occurrence d'environ 80% d'après le rapport Wind Europe de 2018. Un pieu peut être qualifié de souple ou rigide en fonction de son élancement (Le / D) et de la rigidité relative du pieu et du sol. Les codes existants pour la conception de pieux sont principalement développés pour les pieux

flexibles, alors que les monopieux pour les nouvelles éoliennes en mer entrent généralement dans la catégorie des pieux rigides. Les charges dominantes dues au vent et à la houle, de nature cyclique, sur le mât de l'éolienne et, par conséquent, sur la fondation, agissent dans la direction latérale. La règlementation API, qui représente la réponse du sol sous charges latérales et axiales au moyen de ressorts non linéaires non couplés, est développée pour les pieux flexibles et est reconnue comme étant décuritaire pour les pieux rigides. Néamoins, le comportement doit représenter une interaction sol / structure couplée axial-latéral puisqu'un pieu rigide présente un mode de déformation en rotation plutôt qu'une déflexion. Le mode de déformation exige en outre une formulation différente des mécanismes, incluant la distribution des moments le long du pieu ainsi que la prise en compte de la résistance au cisaillement de la base du pieu. Ce travail présente un modèle numérique visant à prendre en compte le couplage axial / latéral pour un monopieu installé dans du sable. Les essais de pénétration au cône effectuées dans la chambre de calibration traités avec la méthode ICP, et la base de données des propriétés du sable de Fontainebleau NE34 disponible dans la littérature fournissent les paramètres constitutifs pour la définition du modèle.

Tout d’abord, unmodèle Eléments Finis PLAXIS 3D présente un pieu modèle dans la configuration de la chambre d’étalonnage avec des conditions aux limites représentatives et le comportement constitutif du sable. La géométrie du modèle de pieu ainsi que l'intensité des charges respectent les relations de similitudes entre modèle et prototype. Une masse constante tête de pieu représente la charge verticale (la charge permanente de la structure de l’éolienne). Une charge ponctuelle latérale simplifiée représente les charges environnementales complexes, agissant à un certain excentrement par rapport au niveau de la fondation. Il en résulte une combinaison de charges verticale (V), latérale (H) et un moment (M), étudiée dans les cas de chargement monotone et cyclique. Différents cas de charge combinée dans les limites des capacités portantes horizontale et verticale représentent le comportement général du pieu modèle. Les variations de contraintes normale et de cisaillement à proximité de l’interface pieu/sol ont ont été étudiées afin de caractériser cette interaction. L'étude des contraintes en plusieurs points stratégiques du modèle EF a fourni une base pour le positionnement des capteurs de pression utilisés dans la partie expérimentale. Une méthodologie permettant de formuler l’évolution des contraintes latérale et de cisaillement à proximité de la surface du pieu, en prenant en compte l’interaction couplée est présentée.

Deuxièmement, un modèle de macro-éléments locaux (LME), un assemblage de ressorts non formulés à l'aide l’aide d’une boîte à outils Matlab ATL4S, présente l’interaction sol-pieu avec la considération du couplage inhérent à différentes profondeurs. Les résultats du modèle PLAXIS définissent la base d’un modèle LME à l'échelle du modèle correspondant. Les résultats obtenus dans les deux études numériques démontrent l’importance de l’interaction couplée vertical-latéral pour une fondation rigide de type monopieu. Un travail de similitude fournit une relation entre l'échelle du prototype et le modèle en laboratoire.