La justification sismique des ouvrages sensibles, notamment des installations nucléaires, repose sur une bonne prise en compte de l’interaction sol-structure (ISS). Ces ouvrages sont le plus souvent fondés sur des fondations superficielles, ce qui limite les incertitudes sur leur comportement dynamique. Pour des raisons géotechniques (sol de faible portance, tassements différentiels, substratum profond), une solution de fondations sur pieux peut cependant être retenue. Elle reste peu habituelle dans ce domaine, et sa justification auprès des autorités de sûreté exige des calculs d’ISS plus avancés que pour un radier sur sol.
En dynamique, un radier sur pieux ne se réduit pas à la somme de pieux indépendants. Chaque pieu sollicite le sol environnant, qui peux modifier à son tour la réponse des pieux voisins. Ce phénomène d’effet de groupe (interaction pieu-sol-pieu) dépend de la fréquence, de l’espacement, du nombre et de l’élancement des pieux, ainsi que des caractéristiques du sol. Il doit être pris en compte pour obtenir des impédances (courbes raideur – fréquence) réalistes, des fréquences propres du système sol-structure correctes, des spectres transférés fiables et des efforts justes en têtes de pieux.
Plusieurs niveaux de complexité peuvent être envisagés pour modéliser les pieux en dynamique :
- Modèles simplifiés : pieu isolé, ressorts de type Winkler, facteurs d’interaction analytiques issus de la littérature.
- Modèle 3D du groupe de pieux : le sol est modélisé soit par des éléments finis volumiques à loi viscoélastique linéaire, avec ou sans frontières absorbantes, soit, éventuellement, par couplage FEM/BEM, qui traite le rayonnement à l’infini sans frontières artificielles. Les pieux sont des éléments poutre élastiques et le radier est rigide, relié uniquement aux têtes de pieux. Ce modèle donne accès à la matrice d’impédance 6×6 du groupe.
- Approches couplées ou avancées : modèles non linéaires, avec prise en compte de la non-linéarité du sol, du décollement ou du glissement à l’interface sol-pieu et de la flexibilité du radier.
Le stage consistera donc en :
- Une revue de l’état de l’art sur la modélisation dynamique des pieux, le calcul des impédances de groupes de pieux et la prise en compte de l’effet de groupe (effets inertiels et cinématiques).
- Un benchmark de plusieurs niveaux de modélisation sur des cas de référence (modèles simplifiés de type ressorts-amortisseurs, modèle 3D éléments finis viscoélastique linéaire, modèles non linéaires), afin de comprendre les avantages, les limites et le domaine de validité de chacun.
- Le développement d’un modèle 3D Code_Aster paramétrique et automatisé (Salome_Meca, Python) pour calculer les impédances d’un radier sur pieux.
- La mise au point d’une méthode de passage de la matrice d’impédance à des ressorts-amortisseurs répartis en têtes de pieux. Elle comprendra le traitement des termes de couplage, la définition de critères d’acceptabilité et le calage par calcul modal et processus itératif.
- Des études de sensibilité : espacement des pieux, rapport de rigidité radier / sol, caractéristiques du sol, étendue du domaine de sol et choix des frontières (absorbantes ou non).
- La validation et la documentation de la méthode pour un usage interne, puis sa présentation à l’ensemble de l’équipe.
Les défis à relever sont les suivants :
- Prise en compte fiable de l’effet de groupe, dépendant de la fréquence.
- Choix et justification du niveau de complexité de modélisation adapté à chaque étape d’étude.
- Validation de l’étendue du modèle de sol et du traitement des frontières, qui influent directement sur les impédances.
- Passage d’impédances globales à des ressorts-amortisseurs par pieu, en conservant la cohérence cinématique et la représentativité des efforts dans les pieux et le radier.
- Couplage de plusieurs outils (Code_Aster, Salome_Meca, MISS3D, ANSYS, logiciels internes Ingérop, scripts Python, etc.).
Une réunion de suivi et d’avancement est prévue à minima tous les mois avec le tuteur. Tu partageras en outre ton avancement et tes difficultés avec le reste de l’équipe lors des réunions de service hebdomadaires. Tu seras formé(e) aux logiciels à utiliser dans le cadre d’une formation interne.
Etudiant(e) en école d’ingénieur généraliste, autonome et enthousiaste. Des connaissances en mécanique et/ou géotechnique seraient un plus.
Site de l’entreprise : www.ingerop.com
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