Modélisation du comportement géo-mécanique d’une conduite de transfert et évaluation de sa performance en contexte incertain.

Abstract

L’objectif principal de cette thèse est de mieux appréhender les mécanismes qui contrôlent le comportement géo-mécanique d’une conduite de transfert en vue d’évaluer sa performance en contexte incertain. Elle s’articule autour de quatre points principaux :Le premier point est relatif à l'interaction sol-conduite : Dans le cas des conduites enterrées, le sol a une influence déterminante sur la répartition des efforts, des déplacements et par conséquent des contraintes et des déformations de la conduite. Le modèle simplifié de Winkler a été choisi pour représenter l'interaction sol-conduite dans notre étude. Ce modèle, approprié pour les ouvrages géotechniques, a l'avantage de ne nécessiter qu'un seul paramètre (le coefficient de réaction du sol) pour caractériser les réponses du sol et de la structure sous chargement.Le deuxième point concerne la modélisation numérique : Une modélisation 1D dans le sens longitudinal, qui considère la conduite comme une poutre sur appuis élastiques, n’est pas suffisante pour traduire le comportement « réel » de cette conduite. La modélisation en plan 2D, qui ne considère la conduite que par sa section transversale, est également insuffisante pour représenter « la réalité ». La modélisation 3D, quant à elle, demeure très coûteuse vis-à-vis du temps de calcul dans un contexte d’analyse probabiliste. Dans le cadre de notre étude, des conduites enterrées en béton armé à âme en tôle d’acier, transportant de l’eau potable sous pression élevée, sont considérées. Pour tenir compte des effets de la pression interne et du chargement complexe en surface, ainsi que de ceux du sol (dans les deux sens : longitudinal et transversal), nous faisons appel à une «modélisation 2,5D». Elle consiste à combiner la réponse géo-mécanique dans la section transversale, obtenue à partir d’un modèle 2D, et celle d’un modèle simple 1D, de façon à obtenir le profil des tassements et celui des contraintes dans la section tout au long de la conduite.Le troisième point concerne la prise en compte des diverses incertitudes et de la variabilité spatiale du sol : Le comportement géo-mécanique des conduites enterrées est entaché d’incertitudes aléatoires -liées à la variabilité intrinsèque des propriétés des matériaux et leur hétérogénéité- et épistémiques -résultant d’une méconnaissance partielle voire totale du mécanisme étudié-. La variabilité longitudinale du sol est considérée au travers de la théorie des champs aléatoires de VanMarcke.Enfin, le quatrième point est consacré à l’application de l’approche développée dans un contexte de gestion patrimoniale d’un réseau d’eau par la définition et la quantification d’indicateurs de criticité permettant, par les méthodes d'analyse en fiabilité, d’évaluer la performance de la conduite vis-à-vis d’états limites préalablement définis en lien avec l’inspection, la maintenance ou le renouvellement.