Innovative Numerical Modeling and Experimental Simulation of the Seismic Response of Structure-Water Systems and their Appurtenant Structures

«Les systèmes structure-eau, tels que les barrages, les éoliennes en mer et leurs structures annexes, jouent un rôle clé à la fois économiquement et socialement dans les sociétés modernes. Alors que le monde se tourne vers les énergies propres en réponse au changement climatique, l’importance de ces systèmes se trouve amplifiée. Assurer leur sécurité et leur fiabilité, notamment dans les régions à forte activité sismique, est essentiel. Ces dernières années, de nombreux barrages et leurs structures annexes ont subi des dommages variés en raison des charges sismiques. Une analyse dynamique précise des systèmes eau-structure est donc cruciale pour concevoir de nouvelles structures et évaluer la performance sismique des structures existantes. Ces analyses se répartissent en deux catégories : les analyses robustes et les méthodes simplifiées. Les analyses robustes, les plus précises, utilisent des formulations analytiques avancées ou des méthodes couplées par éléments finis, mais nécessitent des logiciels spécialisés et un haut niveau d’expertise pour modéliser précisément les interactions fluide-structure. Les ingénieurs praticiens trouvent souvent ces méthodes complexes en raison de la difficulté des modèles par éléments finis. En revanche, les méthodes simplifiées reposent sur des hypothèses qui simplifient le processus d’analyse. Le concept de masse ajoutée, une méthode simplifiée couramment utilisée, suppose que la structure est rigide lors du calcul des forces hydrodynamiques. Bien que cette approche présente des limites et ne fournisse pas toujours des résultats précis, elle reste largement utilisée en ingénierie en raison de sa simplicité. Une autre méthode courante est l’analyse spectrale, qui prend en compte principalement le mode fondamental du système tout en incluant les effets des modes supérieurs par une correction statique. Cependant, pour les systèmes flexibles, négliger les contributions dynamiques des modes supérieurs peut entraîner des erreurs significatives. Il existe donc un besoin pour une méthode simplifiée mais efficace permettant de modéliser les interactions dynamiques structure-eau, tout en étant facile à mettre en oeuvre et permettant des analyses sismiques complexes sans compromettre la précision des paramètres critiques. L’évaluation expérimentale des systèmes structure-eau, via des essais sur table vibrante, offre une alternative interessante pour étudier leur réponse sismique. Ces essais sont particulièrement utiles pour valider des modèles numériques complexes nécessitant des vérifications expérimentales supplémentaires. Cependant, ils présentent des défis importants lorsqu’il s’agit d’intégrer les effets hydrodynamiques. Les essais sur table vibrante dans ce cas sont souvent limités à l’utilisation de tables immergées ou de méthodes simplifiées, comme la distribution de masses ajoutées le long de la hauteur de la structure, ou encore à l’emploi d’une longueur de réservoir réduite. Dans certains cas, les forces hydrodynamiques sont exclues pour des raisons de sécurité ou de coûts élevés. Par conséquent, une approche expérimentale intégrant de manière sûre les effets hydrodynamiques est nécessaire.»