Interactions structure-eau sous l'effet des séismes, masses ajoutées, et effets 3D: Application à une vanne radiale

«Les structures en contact direct avec un fluide sont sujettes à une interaction structure-eau ainsi qu’aux pressions hydrodynamiques générées sous excitation sismique. Ces pressions supplémentaires augmentent les charges appliquées sur la structure, ce qui accroît le risque de défaillance. C’est pourquoi de nombreux chercheurs s’efforcent de développer des modélisations précises de l’interaction Structure-eau afin de dimensionner ces ouvrages. Cependant, la modélisation et l’analyse des effets de l’interaction structure-eau sur des interfaces tridimensionnelles (3D) complexes, telles que les vannes radiales, restent peu documentées. Une méthode couramment utilisée pour représenter ce phénomène est la méthode des éléments finis fluides, reconnue pour sa grande précision. Néanmoins, cette approche présente des inconvénients notables : elle est complexe à utiliser, nécessite une formation spécifique et engendre des temps de calcul élevés. Dans l’industrie, une méthode alternative souvent privilégiée est celle des masses ajoutées de Westergaard, initialement développée pour modéliser les barrages rigides bidimensionnels (2D). Cependant, son application à des structures tridimensionnelles et courbées peut s’avérer laborieuse et poser des défis techniques. Ce mémoire a pour objectif de développer une nouvelle technique pratique de l’application de la méthode des masses ajoutées de Westergaard pour des structures complexes. Dans un premier temps, une nouvelle méthode pratique pour implémenter la méthode des masses ajoutées a été développée. Une étude a ensuite été réalisée pour examiner différentes manières d’intégrer la méthode de Westergaard dans des modèles 3D, incluant des interfaces planes et radiales. Les résultats ont montré que, pour des modèles peu raffinés cylindriques, la façon d’appliquer la méthode des masses ajoutées avait une influence significative sur les résultats obtenus. Par la suite, une analyse paramétrique a été menée afin d’examiner les effets de la géométrie de l’interface structure-eau. Cette analyse a mis en évidence l’importance des caractéristiques tridimensionnelles de la géométrie sur la réponse dynamique d’une structure en contact avec un réservoir.»

Abstract

«Structures in direct contact with a fluid are subject to structure-water interaction and hydrodynamic pressures generated under seismic excitation. These additional pressures increase the loads applied to the structure, thereby raising the risk of failure. This is why many researchers strive to develop accurate models of structure-water interaction to design such structures effectively. However, the modeling and analysis of structure-water interaction effects on complex 3D interfaces, such as radial gates, remain relatively undocumented. A commonly used method to represent this phenomenon is the fluid finite element method, renowned for its high precision. Nevertheless, this approach has notable drawbacks: it is complex to implement, requires specific training, and involves significant computational time. In industry, an alternative method often preferred is Westergaard’s added mass method, initially developed for modeling rigid 2D dams. However, its application to curved, three-dimensional structures can be challenging and pose technical difficulties. This thesis aims to develop a new practical method for applying Westergaard’s added mass method to complex structures. Initially, a new practical method for applying the added mass approach was developed. A study was then conducted to examine different ways of integrating Westergaard’s method into 3D models, including planar and radial interfaces. The results showed that for coarse models, the method of applying the added mass had a significant influence on the outcomes. Subsequently, a parametric analysis was carried out to investigate the effects of the geometry of the structure-water interface. This analysis highlighted the importance of the three-dimensional characteristics of the geometry on the dynamic response of a structure in contact with a reservoir.»