Autres méthodes

La majorité des méthodes développées pour l’évaluation du comportement d’un pieu sous chargement latéral monotone sont définies à l’aide des courbes p-y. Les méthodes présentées ci-après, plus complexes, proposent une alternative à la méthode API ou DNV GL classique. La méthode la plus aboutie est celle développée dans le cadre du projet PISA qui modélise le pieu par une poutre de Timoshenko et un ensemble de courbes représentatives de l’interaction sol-pieu. Enfin, les méthodes basées sur l’utilisation des éléments finis constituent un dernier type d’approches permettant de modéliser les pieux et sont décrites dans le paragraphe 2.3.2.

2.3.1. PISA : PIle Soil Analysis

Un projet industriel PISA (acronyme de PIle Soil Analysis), coordonné par DONG Energy, a été défini avec, pour objectif, le développement d’une nouvelle approche pour le dimensionnement des pieux soumis à des chargements latéraux, dans le cadre du domaine des éoliennes en mer. Ce projet comporte plusieurs phases :

- la modélisation numérique 3D en utilisant une méthode aux éléments finis (Zdravković et al., 2015) [31] ;

- le développement d’une nouvelle méthode de dimensionnement (Byrne et al., 2015a) [32] ; - les tests in situ sur deux sites (Byrne et al., 2015b) [33].

Ce projet d’envergure, qui s’est déroulé de 2013 à 2015, propose une nouvelle méthode de dimensionnement fondée sur les courbes p-y et tenant compte de termes additionnels sur la réaction du sol. La détermination de ces courbes repose sur une modélisation numérique, elle-même basée sur les résultats des essais in situ.

Le projet s’est concentré sur deux profils de sol de référence, représentatifs des sols que l’on trouve en mer du Nord, à savoir l’argile quaternaire ductile, compacte, voire surconsolidée, et les sables marins pléistocène, denses à très denses. Les sites choisis ont été un site sableux près de Dunkerque et un site argileux à Cowden en Angleterre. Des tests de chargement latéral monotone ont été réalisés sur une quinzaine de pieux par site. Les rapports adimensionnels tels que la fiche du pieu sur le diamètre (L/D), le diamètre sur l’épaisseur (D/t) et le moment sur l’excentricité multiplié par le diamètre (M/HD), ont été définis afin que les pieux testés sur site soient représentatifs des monopieux des éoliennes en mer. L’instrumentation des pieux a permis de remonter aux courbes p-y des pieux mais aussi à des paramètres complémentaires, notamment la rotation du pieu.

Une étude paramétrique a ensuite été développée par Zdravković et al. (2015) [31]. Cette procédure numérique propose de passer d’une modélisation aux éléments finis 3D à un modèle 1D. Ce modèle 1D se rapproche du modèle de Winkler associé aux courbes p-y. Néanmoins, dans cette modélisation, le pieu est considéré comme une poutre de Timoshenko dont l’interaction sol-structure dépend de :

31

- la courbe du chargement réparti le long du fût qui correspond à l’évolution de la charge latérale, p, en fonction du déplacement latéral du pieu, ν. Cette courbe est similaire aux courbes p-y ; - la courbe des moments répartis le long du fût qui correspond au moment sur le pieu, m, en

fonction de la rotation, θ, de celui-ci. Le moment réparti est associé au cisaillement, τ, qui se développe le long du pieu ;

- la courbe de cisaillement à la base du pieu qui décrit la relation entre la force de cisaillement, S, et le déplacement à la base du pieu ;

- la courbe de moment à la base du pieu qui décrit la relation entre le moment, M, et la rotation à la base du pieu.

Ce modèle 1D, illustré en Figure 1.20, donne des résultats en accord avec la méthode aux éléments finis 3D. Il a été constaté par ailleurs que les courbes p-ν ont un effet prépondérant dans le cas des pieux longs (L/D = 6). Néanmoins, dans le cas des pieux courts (L/D = 2), les courbes m-θ ainsi que les courbes relatives au comportement à la base du pieu doivent être prises en compte. Le modèle développé pour l’instant ne concerne que les pieux sous chargement monotone, ce qui constitue sa limite principale.

Figure 1.20 - Composantes de la réaction du sol appliquées à un monopieu [33]

2.3.2. Méthode des éléments finis

Les guides de dimensionnement de référence s’efforcent de présenter des méthodes analytiques simples à mettre en œuvre permettant d’évaluer rapidement le comportement du pieu sous chargement latéral. Ainsi, le modèle de Winkler, combiné aux courbes p-y, constitue un outil puissant. Les études se sont donc concentrées sur l’amélioration d’un tel modèle (méthodes p-y modifiées) voire sur le développement d’un nouveau modèle basé sur cette méthode (projet PISA). De ce fait, peu de méthodes fondées sur les éléments finis ont été développées.

La modélisation par éléments finis est, en général, utilisée comme outil pour confirmer/infirmer la méthode p-y classique et les méthodes p-y modifiées, pour développer des courbes p-y modifiées et pour comparer des mesures expérimentales/in situ. Les tableaux ci-après définissent l’utilisation de la méthode des éléments finis et les caractéristiques de la modélisation sol-pieu dans ces études.

32

Tableau 1.3 - Utilisation de la méthode des éléments finis et logiciels

Auteurs Objectifs Logiciel EF

Wiemann et al. (2004) [26]

Etude des courbes p-y et proposition de courbes p-y

modifiées Non précisé

Roesen et al. (2010) [28]

Comparaison entre les courbes p-y classiques et celles obtenues par éléments finis. Etude support du modèle de Sørensen (2010).

FLAC3D

Thieken et al. (2015) [30]

Comparaison entre les courbes p-y classiques et courbes p-y modifiées. Proposition de nouvelles courbes p-y modifiées.

PLAXIS3D 7

Schroeder al al., (2015) [34]

Comparaison entre la méthode de Kallehave et une modélisation par éléments finis. Application aux éoliennes en mer du parc de Gode.

ICFEP8

Zdravković et al. (2015) [31]

Passage d’une méthode EF 3D à une méthode 1D dans

le cadre du projet PISA. ICFEP

Tableau 1.4 - Caractéristiques des modèles EF

Auteurs Sol Interaction sol-pieu

Wiemann et al. (2004) [26]

Modèle élasto-plastique avec un critère de rupture de type Mohr- Coulomb

Contact qui transmet le cisaillement et les contraintes normales selon le modèle de Coulomb

Roesen et al. (2010) [28]

Modèle élasto-plastique avec un critère de rupture de type Mohr- Coulomb

Eléments d’interface standard de FLAC3D _{muni du critère de}

Coulomb linéaire

Thieken et al. (2015) [30] Modèle HSsmall Contact élasto-plastique

Schroeder al al. (2015) [34]

Matériau élastique non-linéaire, parfaitement plastique

Eléments d’interface définis par Day and Potts, (1994)

Zdravković et al. (2015) [31]

Fonction du matériau considéré (argile ou sable)

Eléments d’interface définis par Day and Potts, (1994)

La méthode des éléments finis est aussi utilisée pour développer de nouvelles méthodes de dimensionnement. Une de ces méthodes est définie par Achmus et Abdel-Rahman (2005) [35] pour les pieux sous chargement latéral monotone. Cette première étude a été largement développée par la suite dans le cadre des pieux sous chargement latéral cyclique. Les principaux travaux d’Achmus sont donc introduits dans la section suivante relative aux pieux sous sollicitations cycliques.

Il existe ainsi de nombreuses méthodes alternatives dérivées des courbes p-y ou issues d’une modélisation numérique permettant d’évaluer le coefficient de réaction du sol Epy, facteur indispensable

pour l’évaluation de la première fréquence propre d’une éolienne offshore. Ces différentes évaluations du coefficient de réaction du sol et leur impact sur l’évaluation de la première fréquence propre de l’éolienne lors de son installation sont discutés dans le chapitre 2, section 2.1.2.

7 _PLAXIS3D _{est un logiciel éléments finis 3D dédié à l’étude des ouvrages géotechniques} 8 _{ICFEP est un logiciel éléments finis 3D dédié à l’étude des ouvrages géotechniques}

33

L’évolution de la première fréquence propre est, également, affectée par le comportement de l’interaction sol-pieu lorsque ce dernier est soumis à une sollicitation cyclique. Les courbes p-y standard ainsi que les recherches actuelles sur cette thématique sont introduits dans la section suivante.

34