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Chapitre 1 : Fiabilité et incertitude appliqué à un système éolien : éolienne o

Chapitre 1 : Fiabilité et incertitude appliqué à un système éolien : éolienne offshore Cycle d’ingénieur en genie civil Préparé par : Abderraouf Kamel 2021/2022 Cours de construction métallique Cours de construction métallique Abderraouf Kamel Cours de construction métallique Abderraouf Kamel CHAPITRE 1 Introduction sur la construction en acier et les bâtiments industriels Sommaire 1. Introduction ............................................................................................................. 38 2. Méthode de Monte Carlo (MC) .............................................................................. 38 3. Chaos polynomial généralisé .................................................................................. 39 3.1. Généralités ........................................................................................................... 39 3.2. Développement pratique du chaos polynômial généralisé .................................. 41 3.3. Étude d’un système éolien en présence d’incertitudes ........................................ 44 4. Conclusions ............................................................................................................. 54 Cours de construction métallique Abderraouf Kamel Liste des tableaux Tableau 2-1 Schéma d’Askey .................................................................................................. 41 Tableau 2-2 Paramètres de conception de la tour .................................................................... 45 Tableau 2-3 Paramètres d'interaction sol-structure .................................................................. 45 Tableau 2-4 Caractéristiques des pales .................................................................................... 46 Tableau 2-5 Caractéristiques des simulations et erreurs maximales entre les valeurs moyennes obtenues par PCg (P = 2, 4, 6) et MC ...................................................................................... 54 Tableau 3-1 Caractéristique mécanique de la poutre ............................................................... 59 Tableau 3-2 Configuration optimale de la poutre .................................................................... 60 Tableau 3-3 Paramètres de conception de l’éolienne ............................................................... 70 Tableau 3-4 Charges appliquées à la tour ............................................................................... 72 Tableau 3-5 Vitesse du vent et hauteur des vagues maximales pour une période de retour de 100 ans ...................................................................................................................................... 74 Tableau 3-6 Charges extrêmes appliquées à la tour pour une période de retour de 100 ans ... 75 Tableau 3-7 Résultats par l’algorithme d’optimisation DDO .................................................. 78 Tableau 3-8 Résultats par l’algorithme d’optimisation HM .................................................... 78 Tableau 3-9 Résultats par l’algorithme d’optimisation RHM .................................................. 78 Tableau 3-10 Résultats par l’algorithme d’optimisation MHM ............................................... 79 Tableau 3-11 Point initiaux pour la validation de la MHM ..................................................... 79 Tableau 3-12 Résultats par la MHM de la tour d'éolienne: modèle discrétisé ......................... 81 Tableau 4-1 Propriétés géométriques et mécaniques de l’éolienne ......................................... 96 Tableau 4-2 Paramètres du sol ................................................................................................. 98 Tableau 4-3 Erreur mesuré pour le QRS et le Kriging ............................................................. 99 Tableau 4-4 Configuration optimale de la tour éolienne par Krigeage .................................. 101 Cours de construction métallique Abderraouf Kamel 1. Introduction 1.1. Construction métallique Le but de tout processus de conception est la réalisation d'un objectif, et la conception de la charpente métallique ne fait pas exception. Dans la conception des bâtiments, le but est le plus souvent de fournir un espace protégé des éléments. La charpente métallique est également utilisée pour fournir des structures internes, qui doivent satisfaire des situations industrielles (espace interne dégagé, deux grandes accès, circulation des engins …). Les bâtiments industriels peuvent être utilisés en tant qu’usines de transformations de produits agricoles, usines de fabrication : industrie mécanique tel que automobiles, aéronautiques, bâtiments d’élevage, des ouvrages de franchissement tel que ponts viaducs etc …). L'acier est le matériau le plus utile pour la construction de structures avec une résistance d'environ dix fois celle du béton, l'acier est le matériau idéal pour la construction moderne. En raison de son rapport résistance/poids élevé, les structures en acier ont tendance à être plus économiques que les structures en béton pour les bâtiments de grande hauteur et les bâtiments et ponts à grande portée. Les structures en acier peuvent être construites très rapidement, ce qui permet à la structure d'être utilisée tôt, ce qui entraîne une économie globale. Les structures en acier peuvent être facilement réparées et modernisées pour supporter des charges plus élevées. L'acier est également un matériau très écologique et les structures en acier peuvent être facilement démontées et vendues comme ferraille. Ainsi, le coût du cycle de vie des structures en acier, qui comprend les coûts de construction, d'entretien, de réparation et de démontage, peut être inférieur à celui des structures en béton. Étant donné que l'acier est produit dans l'usine sous un meilleur contrôle de qualité, les structures en acier ont une fiabilité et une sécurité plus élevées. Pour tirer le meilleur parti de l'acier, les structures en acier doivent être conçues et protégées pour résister à la corrosion et au feu. Ils doivent être conçus et détaillés pour une Cours de construction métallique Abderraouf Kamel fabrication et un montage faciles. Un bon contrôle de la qualité est essentiel pour assurer le bon ajustement des différents éléments structurels. Mécaniquement parlant, l’acier est un matériau supposé homogène et isotrope et il a un comportement élasto-plastique aves des propriétés fort intéressantes tel que sa limite d’élasticité Sy, sa limite ultime Su, son coefficient de poisson νet son module d’Young (élasticité longitudinale) E facilement déterminables selon des normes spécifiques ASTM . Pour commercialiser l’utilisation de l’acier, des profilés métalliques normaux ont été proposés par les industries de fabrication de l’acier. On cite par exemple les poutrelles en IPE, HEA, HEB, UPN, UPE, les laminés marchands telle que les carrés et les ronds pleins, les différentes formes de tube (carré, rectangulaire et rond), les cornières ı, les plats  , les tôles (ondulés et planes) .... Malgré ces précieuses avantages, l’acier a plusieurs défauts. En effet, il se caractérise par une faible tenue au feu, faible isolation thermique, isolation acoustique médiocre, dilatation non négligeable et un risque de corrosion élevé. Sur le marché tunisien, on trouve généralement trois nuances d’acier qui son S235, S275, S355. 1.2. Conception des Bâtiments industriels Un bâtiment industriel est un espace vaste et dégagé pour transformer la matière première en produits finis, généralement il comporte trois espaces :  Un espace de stockage des matières premières  Un espace de fabrication ou de production  Un espace de stockage des produits finis La conception de chaque espace (superficie et caractéristique architecturale) est faite selon une étude des besoins de chaque zone. Selon les plans d’aménagement urbain, Le bâtiment industriel est situé dans les zones industrielles. Le bâtiment d'élevage est situé dans les zones agricoles. Les salles des fêtes, de sport et les foires sont situées dans les zones de divertissement ou de loisirs. Architecturalement, le bâtiment industriel se compose de ‘une grande face (long-pan), une petite face (pignon) et une toiture. Cours de construction métallique Abderraouf Kamel Généralement, Le bâtiment doit être orienté de manière à ce que la petite face soit orthogonale au vent dominant. Néanmoins l’ossature porteuse doit être stable vis-à-vis :  Un vent longitudinal qui agit sur la petite face  Un vent transversal qui agit sur la grande face. L’ossature porteuse peut être en acier, en béton (armé ou précontraint) ou même mixte. Généralement, L’ossature porteuse subit les types d’actions suivants :  Permanentes : poids des éléments constituants la structure  Variables : exploitation (maintenance, sable …), charges du vents, charge de la neige  Accidentelle : séisme, explosion 1.3. Objectif : Ce cours a pour objectif :  De savoir les notions de base pour la conception de l’ossature porteuse d’un bâtiment industriel  De maitriser la norme « Eurocode 3 » pour le dimensionnent et la justification des éléments porteurs de la structure Cours de construction métallique Abderraouf Kamel  De maitriser la norme « Eurocode 3 » pour la conception et la vérification des assemblages entre éléments  De maitriser la norme « NV65 » pour l’évaluation des actions climatique (neiges et vents) sur les éléments porteurs  D’utiliser les connaissances acquises dans l’étude d’un cas concret : dimensionnement et vérification d’une ossature porteuse d’une charpente métallique 2. Profilés utilisés dans la construction des bâtiments industriels L'acier de construction est laminé dans une variété de formes et de tailles. Les sections sont désignées par la forme et la taille de leur section transversale. 2.1. Les poutrelles Ces profilés sont mieux adaptés pour résister au moment de flexion et à la force de cisaillement. Les fers en H sont plus résistants que les fers en I puisqu’ils possèdent la plus grande section et inertie par rapport à z. ils sont généralement utilisés comme poutres et poteaux. 2.2. Les laminés marchands Les laminés marchands sont utilisés généralement comme acier de montage. Ils peuvent être des cornières, des profilés en U, des fers plats, des profilés en T, des tubes de différentes Cours de construction métallique Abderraouf Kamel formes …. Le tableau qui récapitule les différentes poutrelles et laminés marchands commercialisés est présenté à la fin du chapitre. 2.3. Les tôles Les tôles sont laminées à chaud sur les grandes faces (figure ci-dessous). Elles sont classifiées selon les normes en trois types :  Les tôles fortes dont leurs épaisseurs t ≥ 5mm Les tôles moyennes dont leurs épaisseurs t sont comprises entre 3mm ≤ t ≤ 5mm ; Les tôles fines dont leurs épaisseurs t ≤ 3mm Elles sont utilisées par exemple pour la construction des sections composées ou pour le renforcement des poutres qui dépassent généralement les 600 mm de hauteur. 3. Caractéristique mécanique de l’acier Les caractéristiques mécaniques de l’acier peuvent être déterminées par des essais expérimentaux Cours de construction métallique Abderraouf Kamel 3.1. Essai de traction Le principe de cet essai est d’appliquer une charge de traction, sur une éprouvette en acier, jusqu’à la rupture. Il en résulte donc 4 zones (voir figure ci-dessous)  La première zone (OA) uploads/Ingenierie_Lourd/ abderscripd-5.pdf