POSEIDOM Ouvrages côtiers et off-shores

CNRS : Réseau Des Mécaniciens - Octobre 2013

POSEIDOM Professeur

Michel BELORGEY Ouvrages côtiers et off-shores

Professeur Michel BELORGEY

Ondes et Turbulence (1980)

Les raisons du retard et les moyens d’une approche différente

Les études et résultats (2 cas particuliers)

La digue de Monaco

La digue JARLAN de Dieppe

Le programme éoliennes off-shore


Ondes et Turbulence (Bélorgey 1980)

Les raisons du retard - Une vision simpliste

Les sciences de l’hydraulique remontent à l’antiquité…donc c’est connu!!!

- La dissociation entre Écoles d’Ingénieurs et Université

La recherche relève des Université (1975)

- Le manque de crédits de recherche

Pour l’aéronautique et les avions OUI. Mais pas pour l’hydraulique et les bateaux

- L’équation de Navier-Stokes pour les écoulements non permanents

Solution si le fluide est non visqueux, donc pas de turbulence.

-Le manque de moyens instrumentaux pour la mesure des vitesses

- L’impossibilité de simulation sur modèles réduits.


Les raisons du retard

Aérodynamique

Houle


Et de plus, les études en modèles réduits présentent une incompatibilité

Similitude : Houle Froude :

Turbulence Reynolds :

D’où la nécessité de moyens d’essais importants, proches des conditions réelles,…mais très coûteux.

gLU

UD

Incompatible


Ondes et Turbulence Les moyens d’une approche différente

Les nouvelles techniques de mesure (Vélocimétrie laser et ultrasonore)

Importance d’une analyse en fonction

de la phase de la houle


La digue de Monaco : contrat Bouygues Off-Shore Ch. COLMARD Doctorant ; C. HOUSSIN et H. VASSE Techniciens

Problématique :

Digue en grande profondeur

Solution adoptée :

Houle réfléchie

Houle incidente

Houle transmise

Digue montée sur pieux.

Système « mur d’eau fixe »

Mais dans le cas particulier de Monaco

La protection est-elle efficace ?

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2T

Kpm

1.15

1.3

1.5

1.82

Monaco : Existence d’un phénomène de

résonnance au sein du port !!!

Oui pour des essais « classiques » en

canal à houle avec plage

d’amortissement

NON dans le cas de Monaco où la

côte présente un tombant

L’agitation dans le port est supérieure

à celle de la houle incidente CNRS : Réseau Des Mécaniciens - Octobre

2013


Lors du retrait de la vague au niveau du caisson,

une partie de ces vitesses verticales descendantes se

recombine sous le caisson en vitesses horizontales

dirigées vers le port. C’est durant cette phase que

transite l’énergie de la mer vers le port. Les vitesses

horizontales se recombinent dans le port en vitesses

verticales ascendantes le long de la paroi aval du

caisson et créent le flux générateur de la houle dans

le port.

Le tourbillon absorbe une partie

de l’énergie de la vague. Pour

éviter qu’il ne la restitue et

augmenter ainsi la dissipation

de l’énergie, il faut favoriser son

évacuation loin de la structure

La solution BYBOP

1) Exploiter les tourbillons

générés par la structure pour que

les effets de la houle restent

cantonnés à son voisinage.

2) Exploiter la forme

d’un béquet arrière

pour créer un

écoulement en

opposition avec la phase

de la houle

3) Favoriser une forme amont pour

rejeter le tourbillon amont loin de

la structure



0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

9 10 11 12 13 14 15 16

Kpm

T

Digue paral. protégeant un plan d'eau

infini

Digue paral. protégeant un site

réfléchissant

Bybop protégeant un site réfléchissant

Bybop protégeant un plan d'eau infini


La solution BYBOP : protéger sans perturber Les spécificités du problème (Port d’Anzaly – Iran)

Port à l’embouchure d’un fleuve reliant un grand lagon à la mer.

40 km de long et 20 km de large

Comment protéger sans perturber l’équilibre biologique entre le lagon et la mer

La richesse de cette région n’est pas uniquement le pétrole, mais aussi

« le caviar » Solutions ? (1) Ou (2)

(1)

(2)


Conditions expérimentales


Mean Velocity profile [C+]

0.00

0.10

0.20

0.30

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40

U (m/s)

y(m

)

P1

P2

P3

P4

Profil des vitesses moyennes (pour C+ et C-) dans différentes sections du canal

Horizontal Component Velocity Profile [C-]

0

0.1

0.2

0.3

-0.1 0 0.1 0.2 0.3

u (m/s)

y (

m)

P5

P4

P3

P2

P1



Houle Froude :

Turbulence Reynolds :

gLU

UD

Incompatible

Instrumentation de la digue JARLAN de Dieppe Les raisons scientifiques

« Tout ouvrage de Génie Civil étant un prototype, la communauté scientifique

doit prendre conscience de la nécessité de penser à les instrumenter au moment de

leur conception, de façon à accéder à des mesures en vraie grandeur,

indispensables aux ingénieurs concepteurs »

Car les études en similitude sur modèles réduits présentent une incompatibilité .


Le cadre général :

1986 : décision de réaliser la nouvelle digue de Dieppe (caisson JARLAN )

1988 : fut l'opportunité de la mise en place d'un programme de recherche plus ambitieux

et spécifique à l'étude de ce type d'ouvrage. Ce programme associait des études en

laboratoire et des études in situ sur le prototype.

Il comprenait les partenaires suivants :

Le S.T.C.P.M.V.N. de Compiègne (C.E.T.M.E.F.)

La Société SPIE-CITRA qui a réalisé l’ouvrage.

La D.D.E. de Dieppe

SOGREAH pour des études sur maquette en bassin à houle

Le L.M.F. (Laboratoire de Mécanique des Fluides – université du Havre)

Ce programme initial financé par le M.R.T. en 1990 (n

90F0428), fut prolongé en 1996

dans le cadre du Programme Européen de Recherche "PROVERBS" de MAST III

(Probabilistic Design Tools for Vertical Breakwaters).


Instrumentation du prototype :

L’instrumentation du prototype a fait l’objet d’une étroite collaboration entre les

partenaires (principalement SPIE-CITRA, DDE Dieppe et LMF), de manière à

définir :

Le choix du caisson à instrumenter Caisson N

6)

Le positionnement des capteurs (capteurs de pression) et la manière de les

installer.

Le positionnement des chemins de câbles reliant les capteurs à la station de

mesure.

En ce qui concerne les capteurs installés sous le radier, l’étroite

collaboration s’est doublée d’une étroite coordination car leur installation devait être

en phase avec la réalisation du caisson (réalisée « au sec » dans la forme de radoub

N

7 du Port du Havre).

http://wikhydro.developpement-durable.gouv.fr/index.php/Fichier:Positionnement_digue_jarlan.jpg

http://wikhydro.developpement-durable.gouv.fr/index.php/Fichier:Position_capteur.jpg


Leur mise en place fut réalisée de façon très sportive. Et il faut souligner la qualité des Chercheurs

et Docteurs de l’équipe qui ont mené avec succès un travail tant sportif que scientifique. La raison

en est simple : « Ils étaient passionnés par ce qu’ils faisaient » (On ne peut avancer dans un

domaine nouveau qu’avec passion. Et ce fut le cas).

En ce qui concerne les capteurs sur les parois du caisson, leur installation a été

réalisée à Dieppe, après l’achèvement de la digue.

http://wikhydro.developpement-durable.gouv.fr/index.php/Fichier:Pose_capteur_1_multi891.jpg

http://wikhydro.developpement-durable.gouv.fr/index.php/Fichier:Pose_capteur_4.jpg





Résultats des mesures de pression sous le caisson:

Les hypothèses classiques préconisent une répartition, de variation linéaire,

indépendante de la houle.

Or, nos résultats (capteurs b1, b2, b3) montrent une évolution périodique, en phase

avec celle de la houle, et une intensité comparable à la mesure des pressions données

par le capteur p4 situé au pied de la paroi frontale verticale.

100 150 200 250 300 350

-5

0

5

t [s]

p [10 kPa]

Cell w4

100 150 200 250 300 350 -1

0

1

t [s]

p [10 kPa]

Cell b1

100 150 200 250 300 350 -1

0

1

T [s]

p [10 kPa]

Cell b2

100 150 200 250 300 350 -1

0

1

t [s]

p [10 kPa]

Cell b3 Les variations de pression induites par la houle au

pied de la digue, se transmettent instantanément

sous le caisson.

200 220 240 260 280 300

-20

-10

0

10

20


Résultats concernant les efforts :

Usuellement, il existe des « cas de charge » pour le calcul des efforts exercés par

la houle sur les structures : Goda (1987) et Takahashi (1994)

Mais les formulations concernent l’ensemble de la structure, indépendamment des

phénomènes liés à la phase de la houle

Or, nos résultats montrent que :

- La paroi perforée est soumise à des efforts alternés

- Il existe une différence temporelle non négligeable entre le pic d’effort

sur la paroi perforée et le pic d’effort sur la paroi arrière (paroi opaque)

-1-0,8-0,6-0,4-0,2

00,20,40,60,8

11,2

Fext/Fo

Fint/Fo

Fr/Fo

Ftot/Fo

H/Hi

B/L = 0.096


Nous avons proposé une modification de la formulation de Goda-Takahashi

En prenant en compte :

L’ensemble des forces : Fext+Fint+Fr = Fp + Fr

L’influence du rapport B/L : Ftot = (Fp + Fr)


Forces (1): Vertical walls

Determination of the correcting coefficient

* B/L = 0 = 1, (the structure must

behave like an opaque wall)

* B/L : = 1, (the two walls

become independent and for the low

camber the perforeted wall is

transparent)

* For B/L close to 0.2, presents a

minimum.

The general evolution of this form is represented by the following function :

f(x) = g(x).exp{-h(x)} where : x = B/L

From our results we propose (for B/L < 0.35)

= a.(B/L)2.exp{-(B/L)/b}

In the precise case of our study, we found:

a = 15.24 b = 0.1

Et nous avons montré que :

It exists some solutions to optimise this type of structure.

Eoliennes Off-Shore Programme de recherche GIS HDD

I - Les déboires du passé

Les expériences à prendre en compte : Le pont de Tacoma Le pont de Bretonne


II - Les études déjà réalisées et les investigations à faire Embases gravitaires pour éoliennes off-shore (contrat SAIPEM)

ISE AU POINT EXPERIMENTALE


ETAT DE L’ART 1/2 : Mémoire CNAM : Yves BOTTOIS

• FORCES HYDRODYNAMIQUES :

• FORCES AERODYNAMIQUES :

-Vent : théorie du rotor

- Turbulences et Rafales

- Effet de pylône

- Houle

- Courant

• AUTRES SOLLICITATIONS :

- Environnement (neige, glace et température)

- Gravité (poids des différents éléments)


ETAT DE L’ART 2/2 :

.e

U DR

fréquence des lâchers tourbilonnaires .

fréquence du mouvement de la structuret f

D

UfS

• Ecoulement autour d’un cylindre :

•Interaction fluide-structure :

- Géométrie étudiée et connue

- Type d’écoulement défini par le nombre de Reynolds :

U : vitesse fluide

D : diamètre

V : viscosité cinématique

- Le Strouhal :

- Vibrations induites par détachement tourbillonnaire

Condition de résonance entre fluide et structure

rU


RESULTATS EXPERIMENTAUX

houle et force dynamique

DAME200 40 1 50 CNRS : Réseau Des Mécaniciens - Octobre 2013

RESULTATS EXPERIMENTAUX

houle et force dynamique

• Conclusion :

• Moment de flexion :

- Etude fréquentielle : Présence d’une modulation du signal temporel confirmée

Forme de l’enveloppe en fonction du poids de la masselotte

Présence de la fréquence du rotor sur les jauges perpendiculaires à son plan

de rotation


Documents

POSEIDOM Ouvrages côtiers et off-shores