Présentation des résultats et discussion

3.1.3.1 Les cycles de flexion mesurés

Afin de parcourir l’ensemble du domaine des sollicitations appliquées au câble pendant son service, plusieurs cycles de flexion sont mesurés de façon continue lors d’un essais du câble à une position de 0˚ou de 90˚. Pour chaque essais, les étapes décrites dans la section 3.1.2.3 sont effec-tuées.

Les gammes de courbures testées dans la matrice d’essais correspondent aux meilleurs compro-mis entre la capacité du banc et les valeurs de courbures minimales statique et dynamique prescrites par le fabricant ("Static Minimum Breaking Load" / "Dynamic Minimum Breaking Load"). D’un point de vue représentativité, il est vérifié que ces gammes de courbures sont réalistes vis à vis de celles attendues en conditions opérationnelles. Le modèle d’ensemble de référence considère une éolienne flottante et une turbine de 8MW par 60m d’eau en milieu exposé d’Atlantique Nord. Le câble dynamique ne possède pas de modélisation fine en tête (présence de raidisseurs) ni d’op-timisation de friction avec le sol. Ainsi les gammes de courbures considérées correspondent aux points intermédiaires critiques : le "SAG" et le "HOG", voir Figure 3.7, correspondant à une cour-bure maximale de 0.2 m−1. Le chargement en flexion pour l’essai de caractérisation mécanique du câble ombilical, suit donc la courbe représentée sur la Figure 3.8. Pour chaque niveau de cour-bure, 5 cycles de flexion de 5 minutes sont réalisés dans le but d’obtenir l’équilibre mécanique du câble. La durée d’un cycle de flexion est considérée ici suffisamment lente pour négliger les effets visco-élastiques et le moment initial est considéré nul.

Figure 3.7 – Représentation des points intermédiaires critiques du câbles dynamiques : le "SAG" et le "HOG". 0 300 600 900 1,200 1,500 1,800 −0.3 −0.2 −0.1 0 0.1 0.2 0.3 Temps [s] Courbure [m -1 ] [0 m-1;0.1 m-1] [0 m-1;0.2 m-1] [0 m-1;-0.1 m-1] [0 m-1;-0.2 m-1] [-0.05 m-1;0.05 m-1] [-0.1 m-1;0.1 m-1]

Figure 3.8 – Chargement pour la caractérisation mécanique du câble dans le cas d’une sollicitation lente (5 minutes par cycle)

3.1.3.2 Résultats des mesures pour les différentes amplitudes de flexion

Le comportement en flexion du câble, pour les cycles de différentes amplitudes de courbure mesurés par les essais, est représenté sur la Figure 3.9.

Sur cette figure, on constate que le comportement non-linéaire du câble en flexion est bien présent. Lors de la phase initiale de charge et de décharge, observée aux extrémités du cycle, la raideur en flexion est maximale, ce qui correspond à un comportant collant de la structure. En fin de phase de chargement, la raideur en flexion est constante et minimale, ce qui correspond à un comportement glissant. Entre ces deux états, la raideur en flexion est non-linéaire, résultant d’un comportement transitoire entre l’état collant et l’état glissant. Le câble n’étant pas initialement contraint en traction, seule la présence de contraintes résiduelles peut expliquer l’allure de la courbe moment-courbure obtenue, comme observé dans [Ottesen, 2017]. Nous avons en effet montré en 2.2 et 2.3, qu’à partir d’un état initial non contraint, une sollicitation en flexion pure conduit à un état glissant, sans passage par un état collant.

Pour chaque cycle effectué, on constate que la courbure cible n’est presque jamais atteinte. Ceci peut être expliqué par une phase de relaxation du câble lors de la fin de la phase de charge ou de décharge. En effet, lorsque la valeur maximale ou minimale du déplacement est atteinte, les forces exercées par les deux actionneurs sont retirées et le câble se relâche et trouve un point d’équilibre légèrement en deçà de la courbure recherchée.

Pour toutes les amplitudes de courbures expérimentées, on observe un écart notable entre les mesures réalisées à 0˚et 90˚. En effet, lors de la phase initiale de décharge, située à une courbure positive, la raideur en flexion est plus importante pour le câble orienté à 0˚que celle mesurée pour une orientation à 90˚. Ceci peut être expliqué par le fait que, dans le cas d’une orientation à 0˚, la force hydraulique nécessaire à déplacer transversalement le câble est plus importante pour contrer les déformations et contraintes résiduelles accumulées lors du stockage. Néanmoins cet écart tend à se résorber lorsque les amplitudes de courbures deviennent plus importantes. Pour la phase de charge, située à une courbure négative, peu de différences entre les deux orientations du câble sont observées initialement. La direction de la flèche de la courbure résiduelle et la direction des forces hydrauliques ont le même sens, ainsi la raideur initiale mesurée entre les deux orientations est quasi similaire. Une influence de l’état de déformation et de contrainte initiale est cependant notée sur la raideur à l’état glissant du câble lors d’une phase de charge. Avec une orientation de 0˚, la raideur finale plus importante observée, résulte d’une phase de transition plus lente.

Les déformations et contraintes résiduelles accumulées lors du stockage semblent donc être à l’origine d’une première dissymétrie des cycles, observée sous la forme d’une différence de pente aux changements de sens de la courbure. Bien que le changement d’orientation du câble dans le banc d’essai permette de faire disparaître une partie de cette dissymétrie, un décalage vertical de la courbe moment-courbure est toujours présent. Au tout premier instant d’un essai, les action-neurs hydrauliques appliquent une force sur le câble pour avoir une courbure initiale nulle, ce qui implique un moment de flexion non nul à l’état initiale. Le TDHVL a fait le choix de retrancher cette valeur du moment de flexion lors du post-traitement des données. Dès lors, un offset vertical de chaque cycle de flexion peut être observé. Bien que la valeur de cet offset est une mesure des contraintes résiduelles liée à la courbure de stockage, elle n’a malheureusement pas été relevée. Dans la suite de cette étude, chaque cycle de flexion sera donc recentré en zéro et nous considére-rons uniquement les mesures à 90˚.

Une analyse plus précise des essais sera réalisée dans la section 3.3 pour pouvoir les comparer au modèle numérique.

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0 500 (a) [0 m−1, 0.1m −1] −0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0 500 1,000 (b) [0 m−1, 0.2 m−1] −0.1 −0.08 −0.06 −0.04 −0.02 0 0.02 −400 −200 0 200 400 (c) [0 m−1, -0.1 m−1] −0.2 −0.15 −0.1 −0.05 0 0.05 −500 0 500 (d) [0 m−1, -0.2 m−1] −0.06 −0.04 −0.02 0 0.02 0.04 0.06 −200 0 200 400 600 Courbure [m−1] Momen t de flexion [N.m] (e) [-0.05 m−1, -0.05 m−1]

Essai lent à 0˚ Essai lent à 90˚

−0.15 −0.1 −0.05 0 0.05 0.1

−500 0 500

(f) [-0.1 m−1, 0.1 m−1]

Figure 3.9 – Mesures expérimentales des cycles de flexion du câble pour différentes amplitudes

3.1.4 Conclusion

Dans cette section, le principe de l’essai appliqué au câble dynamique a été présenté pour un chargement en flexion pure. Le dispositif expérimental consiste à placer le câble dans un banc d’es-sai et d’appliquer des conditions aux limites spécifiques à 4 points du câble. Une force transversale est exercée par deux pistons hydrauliques permettant d’obtenir un moment de flexion constant et une courbure constante au centre du câble. La force des deux actionneurs hydrauliques est contrô-lée par un capteur de pression. Le déplacement transversal du câble est mesuré à partir de capteurs linéaires (LVDT). Le moment de flexion, la raideur en flexion et la courbure du câble sont estimés à partir de ces deux mesures. Bien que des sources d’erreur proviennent de la mesure des forces et des déplacements, le TDHVL garantit une erreur maximale de 4% sur la raideur en flexion, en

considérant que toutes les erreurs sont cumulatives.

Dans la première phase du projet OMDYN, réalisée en amont de la thèse, une estimation de l’amplitude maximale a été donnée pour un état de mer caractéristique d’un chargement en fatigue. En considérant ce résultat, plusieurs amplitudes de cycle de flexion ont été expérimentées afin de balayer l’ensemble des sollicitations en flexion possible. Une première discussion sur les résultats a pu montrer la capacité du dispositif à mesurer le comportement non-linéaire du câble en flexion. Étant en flexion pure, cela montre le rôle prédominant des contraintes résiduelles issues du procédé de fabrication sur le comportement global du câble. Une influence de l’état de déformation et de contrainte accumulés lors du stockage sur le comportement en flexion du câble a pu aussi être mise en avant par les essais. On a pu observer que la configuration initiale du câble est en partie à l’origine d’une dissymétrie des cycles de flexion. A ce stade de l’étude, les effets liés au stockage ne seront pas considéré dans le modèle numérique et nous retiendrons uniquement les essais réalisés à 90˚.

Dans la suite de cette étude, la mesure du comportement en flexion sur le câble dynamique constituera une base solide afin de calibrer et de valider l’ensemble des paramètres des modèles numériques.