Modelling the axial behaviour of marine wind turbine piles anchored in chalk

Modélisation du comportement axial des pieux d'éoliennes marines ancrés dans des massifs crayeux La conception des pieux soumis à un chargement axial est largement considérée dans les ouvrages de génie civil. Différents types de chargement sont rencontrés, ils peuvent être monotones ou cycliques. Les récents projets d’éoliennes offshores sont implantés au large de la Manche, tant du côté français que anglais, où la craie se trouve très répandue. Afin de répondre aux exigences de ces projets, les méthodes de calcul disponibles pour prédire la réponse des pieux, en termes de déplacements et d’évolution de la capacité portante, devraient tenir compte des caractéristiques suivantes : le comportement non conventionnel de la craie et l’impact du chargement cyclique.Le premier objectif de ce travail est d’évaluer la fiabilité des approches existantes pour l’estimation de la capacité portante des pieux dans la craie. Le deuxième objectif est de proposer une modélisation numérique pratique de l’interface sol-pieu avec une loi de comportement tenant compte de l’influence de la variation de la contrainte normale sur le mécanisme de cisaillement le long du pieu, adaptée pour la craie mais aussi par extension pour d’autres types de sol.Une comparaison entre l’approche française présentée par les spécifications de la norme nationale française NF P 94-262 et la perspective britannique présentée par les recommandations du CIRIA C574 est d’abord abordée. Cette comparaison est basée sur les résultats disponibles des essais de chargement statique enregistrés dans la base de données française. Le rapport entre les valeurs calculées et mesurées de la résistance de frottement et de la résistance de pointe est interprété et la dispersion de chaque approche est étudiée. Une attention particulière est accordée à l’évolution de la capacité à long terme des pieux battus dans la craie, présentés dans la base de données considérée.Concernant le deuxième objectif, un modèle de comportement basé sur les principes de l’élastoplasticité, avec un seul mécanisme de rupture suivant le critère de Mohr-Coulomb, est proposé. La notion de loi de comportement considérée implique la modification de la règle d’écoulement correspondante. Cette dernière est directement définie sur la base des résultats expérimentaux des essais de cisaillement direct décrivant l’évolution du comportement volumétrique de l’interface. La formulation du modèle constitutif est d’abord présentée. Des expressions numériques représentant les données expérimentales sont ensuite proposées et calibrées sur la base des résultats des essais de cisaillement direct monotone et cyclique.Le modèle de comportement est implémenté dans le code de calcul de différence finie FLAC3D. Il est ensuite appliqué à un exemple théorique considérant une charge monotone. Les résultats correspondants sont comparés avec les prédictions d’un calcul t-z classique où la variation de la contrainte normale n’est pas prise en compte. Ensuite, la loi de comportement développée est combinée avec une procédure de sauts de cycles afin d’effectuer des calculs cycliques. Les résultats correspondants sont présentés et analysés.Sous le même objectif, la dernière partie vise à fournir un prototype numérique pratique pour modéliser la réponse des pieux sous charges axiales. Suivant la méthode des éléments finis, une approche unidimensionnelle est développée et sa formulation est présentée. Selon les principes de l’élastoplasticité, le schéma de calcul suit une procédure itérative non linéaire considérant la loi de comportement d’interface sol-pieu développée dans cette thèse. L’approche proposée est implémentée dans Fortran. Il permet d’effectuer un grand nombre de séquences cycliques avec une grande réduction de la consommation de temps de calcul. Les premiers calculs sont effectués et comparés aux résultats antérieurs des prévisions de FLAC3D afin de valider la procédure de modélisation. Enfin, plusieurs simulations cycliques sont effectuées considérant différentes caractéristiques cycliques et un grand nombre de cycles.