Pour mieux comprendre le comportement des câbles lors du rapprochement interphase, des essais à échelle réelle ou à échelle réduite en soufflerie sont essentiels, mais la disponibilité des installations expérimentales nécessaires est rare et les essais sont très dispendieux, limitant souvent le nombre de paramètres à tester. Les essais à échelle réelle ou réduite permettent par contre de générer des bases de données pouvant être utilisées pour calibrer des modèles numériques. L’application des techniques de modélisation par éléments finis permet alors de tester d’autres paramètres basés sur ces essais, mais à un coût très réduit.
2.3.1
Essais à échelle réelle et réduite
Plusieurs essais à échelle réelle sur les lignes expérimentales se concentrent sur la réponse dynamique de la structure sous l’action du vent, étudiant surtout les efforts transmis par les câbles à la structure principale. D’autres essais ont été faits à échelle réduite ou en soufflerie. Les auteurs Davenport et Loredo-Souza ont travaillé en particulier sur des conducteurs parallèles en soufflerie [Loredo-Souza et Davenport, 2002], étudiant entre autres l’effet de masque du premier câble sur les forces de vent transmises au second câble. Par contre, l’objet des essais n’était pas le rapprochement des câbles, mais plutôt la transmission des forces sur les conducteurs à la structure du pylône. Les auteurs [Keutgen et Lilien, 2000] ont également produit une base de données à partir d’essais en soufflerie sur un conducteur électrique recouvert de glace artificielle, générant ainsi du galop, afin de valider un modèle par éléments finis pour étudier l’effet des forces dynamiques du vent. Une approche comparable pourrait donc être utilisée pour le rapprochement interphase des conducteurs.
Des sites comme le centre Transmission Line Mechanical Research Center de [Shan, 1994] ou le centre Bonneville Power Administration [Volpe, 1992] possèdent les installations pour développer des bases de données sur l’étude du vent sur les conducteurs. Par ailleurs, une série de rapports techniques [Houle, 1990] [Houle, 1991a] [Houle, 1991b] d’Hydro-Québec étudient le comportement dynamique de différents types de faisceaux et de conducteurs face au chargement du vent sur une ligne expérimentale aux Îles-de-la-Madeleine (IDLM). Ces essais offrent une banque intéressante de données sur le sujet du projet de recherche. Des mesures de vitesses de vent sur le site expérimental sont disponibles à différentes hauteurs sur plusieurs points le long du canton. De plus, des mesures d’angle d’inclinai- son prises à l’aide d’inclinomètres aux points d’attache des chaînes d’isolateurs ont été enregistrées sous l’action du vent.
2.3.2
Approche numérique par éléments finis
Le projet fait suite aux travaux de recherche par [Ashby, 2009] et [Gani, 2011] à l’Uni- versité de Sherbrooke (UdeS) qui utilisent des outils numériques d’analyse avancée pour comparer les effets dynamiques du vent sur la structure d’une section de ligne électrique avec la méthode de calcul statique équivalente utilisée en conception. [Ashby, 2009] a développé une méthode de calcul avec un modèle numérique non-linéaire d’éléments finis représentant une grande traversée électrique à partir du logiciel ADINA avec une charge de vent numérique pour comparer les deux approches. De son côté, [Gani, 2011] étudie
les effets dynamiques des charges sur certaines configurations de pylônes haubanés. La méthode de calcul également développée à l’aide d’ADINA a permis de montrer certaines restrictions de la méthode statique équivalente.
Suivant ces travaux, l’analyse du rapprochement interphase des conducteurs de la pré- sente étude sera établie comme un problème dynamique non-linéaire. Elle nécessitera la discrétisation spatiale de la structure par la méthode des éléments finis. Les déplacements des éléments du câble pourront alors être déterminés par la résolution de l’équation du mouvement, indiquée à l’équation 2.4, en utilisant la méthode d’intégration numérique.
F(t) = M ¨U + C ˙U + KU (2.4) où
M est la matrice de masse,
Cest la matrice d’amortissement,
Kest la matrice de rigidité ou de raideur,
Fest la matrice des forces externes dans le temps, U, ˙U et ¨U sont la réponse structurale en
terme de déplacement, de vitesse et d’accélération.
Plusieurs approches numériques par éléments finis ont été effectuées sur l’étude des conduc- teurs, mais encore, rarement sur le problème du rapprochement interphase. [Miguel et al., 2012] présentent une comparaison entre des essais sur la réponse dynamique d’un segment de canton sous l’action d’une charge dynamique de vent numérique et sous l’action d’une charge de vent calculée selon les recommandations de la norme de calcul [IEC-60826, 2003]. Une méthode d’intégration numérique tenant compte de la non-linéarité du problème est utilisée avec des éléments barres. Bien que l’étude s’attarde aux forces dans les membrures des tours, les résultats suggèrent que des analyses avancées pourraient limiter les erreurs d’estimation provenant des méthodes de calcul de la norme.
Les auteurs [Keyhan et al., 2013] utilisent une méthode de résolution par éléments finis avec le logiciel ADINA pour l’analyse dynamique non-linéaire d’une section de ligne de transport d’électricité de trois portées. Le calcul est utilisé pour comparer une méthode de chargement du vent sur les conducteurs par l’analyse de l’interaction entre la structure et le fluide (fluid-structure interaction en anglais) avec la méthode statique équivalente utilisée en conception. Sans spécifiquement observer le rapprochement interphase, leur méthode de chargement suggère que la méthode statique équivalente surestime les déplacements du conducteur. Les outils numériques pour le présent projet ne permettent pas de tenir
compte de l’interaction fluide-structure : la charge de vent n’est donc pas générée avec une méthode similaire. Par contre, les résultats suggèrent quand même que les normes de calcul pourraient être optimisées.