essais et pratiques expérimentales sur sites et structures industrielles

ESSAIS ET PRATIQUES EXPÉRIMENTALES SUR SITES ET STRUCTURES INDUSTRIELLES

29/09/2015 – ENS Cachan, FranceSéminaire scientifique 2015 de l’institut SEISMVincent Lhuillier – EDF R&D-AMA-VDS

| 2

ESSAIS AU BARRAGE DE LAPARANBut: Caractérisation dynamique

Localisation du barrage de Laparan

Journée SEISME | 29 Septembre 2015

| 3

ESSAIS AU BARRAGE DE LAPARANLe barrage en quelques chiffres

• Hauteur maximale sur fondation: 106m• Longueur du couronnement: 280m• Épaisseur du béton en pied de barrage: 16,5m• 19 plots de 15m de large• 1 évacuateur de crue (crue décamillénale) et 1

vidange de fond (100m3/s maxi)• Retenue : 16hm3 dont la côte maximale est située à

1541m NGF• Auscultation avec 18 pendules, des pièzomètres et

débit de fuite

Coté Usine• 1 turbine Francis simple : puissance nominale

39,2MW• Débit nominal: 10,23m3/s• Vitesse nominale: 750 tr/min• Chute nominale: 430m• Robinet sphérique diamètre: 1m• Ligne haute tension: 225KV


Parement aval

Débit réservé

Couronnement

| 4

ESSAIS AU BARRAGE DE LAPARANObjectifs des essais

• Caractériser le comportement vibratoire d’un grand ouvrage de type barrage grâce à des excitations naturelles non-maîtrisées (bruit ambiant)

• Construire un modèle numérique représentatif de la dynamique du barrage (recalage)• Transmettre le savoir-faire expérimental au département hydraulique pour un déploiement au parc

Les campagnes d’essais• Etude de faisabilité

–Sans excitation forcée–Captation des déplacements dans la direction privilégiée des déformées modales

• Une campagne longue (instrumentation conséquente)–Mise en place du matériel–Tester la chaine d’acquisition–Evaluer la qualité des mesures => Identification

• Courtes (instrumentation réduite – voute uniquement)– Instrumentation permanente – Mesure « plug and play »–Etudier l’évolution de la dynamique en fonction du niveau d’eau et de la thermique–Ouverture de la vanne de fond


| 5

ESSAIS AU BARRAGE DE LAPARANPositionnement des capteurs


Instrumentation permanente

| 6

ESSAIS AU BARRAGE DE LAPARANPose des capteurs


| 7

ESSAIS AU BARRAGE DE LAPARANPose des capteurs


| 8

ESSAIS AU BARRAGE DE LAPARANLes campagnes de mesures sur un cycle d’un an

• 6 niveaux d’eau mesurés (1488, 1493, 1501,1515, 1526, 1529 m NGF)• Mesures de bonne qualité et exploitables dans la bande [2-20Hz] malgré des niveaux

RMS très faibles : <10µm


| 9

2ème mode expérimental

1er mode numérique 2ème mode numérique

2.7 Hz

3,3 Hz - 2,3 %

3.3 Hz

1ème mode expérimental

ESSAIS AU BARRAGE DE LAPARANIdentification des 7 premiers modes propres :

• Déformées propres expérimentales de très bonne qualité• Bonne corrélation essais vs calculs (fréquences et déformées propres)


| 10

ESSAIS AU BARRAGE DE LAPARANIdentification des 7 premiers modes propres

• 6 niveaux d’eau mesurés et exploitables (1488, 1493, 1501,1515, 1526, 1529 m NGF)


Fermeturedes joints Effet masseEffet raideur

Effet thermique

Mesures hiver vs été

| 11

ESSAIS AU BARRAGE DE LAPARANConclusion

• Caractérisation expérimentale de la dynamique du barrage par bruit de fond

• Très bonne corrélation numérique / expérimental sur des niveaux d’eau élevés (modèle initial)

– Sur fréquences propres– Sur les déformées propres

• Pour les faibles niveaux d’eau, le modèle initial doit être recalé – Modèle linéaire (recalage par niveau de remplissage et prise en compte de la thermique) – Evaluation du comportement du barrage avec un modèle non-linéaire (joints)

• Le matériel en place a résisté à la période hivernale sans dégradation

• Présence de saturations (Dirac) lors de certaines acquisitions (toutes les voies):– Hypothèse de micro-craquements du parement (changements thermiques / ensoleillement) – Résonnance des capteurs sur leur mode propre interne


| 12

CARACTÉRISATION DES SITES - CEA DIF DASE/LDG


Identification et quantification des effets de site s particuliers :• Profil de vitesse des ondes de cisaillement (Vs)• Paramètre Vs30• H/V => Fréquence fondamentale du site

Campagnes de caractérisation par des méthodes non i nvasives• Active• Passive

| 13

CARACTÉRISATION DES SITES


Campagnes de caractérisation avec des méthodes non invasives• Active (HF – premières dizaines de mètres)

• Excitation à la masse• Sismomètres alignés avec l’excitation• Mesure des temps de propagation Méthode : Multi Channel Analysis Spectral Wave

• Passive (BF – profondeur importante)• Mesures par bruit de fond• Positionnement des sismomètres sur des rayons

Détermination de la courbe de dispersion

| 14



Méthodes passivesFK et HRFK:

• Pour chaque fréquence - recherche du nombre d’onde apportant le plus d’énergie • Déduction de la courbe de lenteur puis de la courbe de dispersion

MSPAC• Méthode basée sur les autocorrelations spatiales

Méthodes actives

Méthodes passives

Construction de la courbede dispersion globale

| 15



Inversion de la courbe de dispersion• Construction d’un modèle de sol • Minimisation d’une fonctionnelle (courbe de dispersion mesurée vs simulée)• Itérations

Profil de vitesse (« misfit acceptable » vs « estimate »)VS30 avec appréciation de sa qualitéClasse de sol avec appréciation de sa qualité

Meilleur modèle

Courbes de dispersion théoriques des meilleurs profilsLes meilleurs profils

Ensemble des courbes de dispersion obtenues sur toute la gamme de fréquence

| 16



Exemples de réalisationsAlpes – OGAP Annecy préfecture, un site sédimentaire

Amélioration de données RAP de 2010 (Vs 30 = 564 m/s, site classe B - Indice qualité -)

Vs30 = 265 m/s ± 2 m/s , site classe C Indice qualité +++

| 17



Exemples de réalisationsAlpes - SURF Ours à proximité de Barcelonnette Séisme d’Avril 2014 Faux site au rocher!

Convergence du modèle vers deux optimaux

Vs30 = 420 m/s ± 10 m/s

| 18



Moyens humains pour une caractérisation de site• 4 à 6 personnes sur terrain par station• Plusieurs jours par station

Importance et enjeu des métadonnées en aléa sismiqu e• Actualisation et amélioration des bases de données actuelles• Mise en place d’une monographie de site

– protocole de mesures / protocole de traitement– Intégration dans Portail National RAP, RESIF, …

Participation au Benchmark INTERPACIFIC (INTERCOMPARISON OF METHODS FOR SITE PARAMETER AND VELOCITY PROFILE CHARACTERIZATION)• Confronter différentes approches de caractérisation (invasive vs non invasive)

3 sites test• Mieux quantifier la variabilité entre les méthodes• Mieux comprendre les différences phénoménologiques impactant les résultats

Contact: [email protected] / CEA/DIF/DASE/SLDG Laboratoire Etudes Géophysiques et Aléas

ESSAIS ET PRATIQUES EXPÉRIMENTALES SUR SITES ET STRUCTURES INDUSTRIELLES

29/09/2015 – ENS Cachan, FranceSéminaire scientifique 2015 de l’institut SEISMVincent Lhuillier – EDF R&D-AMA-VDS

essais et pratiques expérimentales sur sites et structures industrielles

Documents