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LILLE - 16 ET 17 JUIN 2010

LES PLÉNIÈRES 2010 DU LCPCET DU SétraSciences et techniquesdu Génie Civil

JOURNÉESOUVRAGES D’ART

P. FASSEU - JJ. BRIOIST /17

Réparation d’un ancrage de fondation d’éolienne

LILLE 16 ET 17 JUIN 2010

LES PLÉNIÈRES 2010 DU LCPC ET DU SétraSciences et techniquesdu Génie Civil



Pascal FASSEU LRPC LilleJean-Jacques BRIOIST LRPC Lille






1 Le contexte

L’éolienne E4V du site de Vincly fait partie de 25 éoliennes sur la ferme de la Haute-Lys, dans le Pas-de-Calais. L’ouvrage a été réalisé début 2004 et mis en service dans le courant de cette année-là.

Photo 1 - Les éoliennes du site de Vincly






Ces éoliennes sont fondées sur une semelle octogonale en béton armé de 12,50 m

de diamètre et d’une épaisseur de 1 m, rehaussée en son centre d'un plot

cylindrique de 5,40 m de diamètre et de 2 m d'épaisseur (voir photo n°3).

La liaison du mât avec le massif est assurée par le scellement dans le béton de ce

plot d’une couronne d’ancrage en acier de 4,30 m de diamètre, noyée sur une

hauteur de 1,33 m.

L’extrémité inférieure de la couronne est munie d’une bride de scellement

constituée d’un anneau horizontal métallique large de 320 mm et épais de 50 mm.






Fig. 2 – Géométral de la fondation d'une éolienne






Photo 3 – Fondation en béton après terrassement






Dès 2006, l'exploitant a constaté plusieurs anomalies :

- Un déplacement vertical cyclique de la couronne d'embase par rapport au béton de fondation pouvant atteindre une amplitude de 3 mm lors de certaines conditions de vent.

- Le décollement du joint périphérique entre le béton du massif et la paroi de la couronne et ce des deux côtés de la paroi.

- L’expulsion hors du joint d’une boue grisâtre qui se dépose ensuite au voisinage. La masse cumulée de produit déposée, est selon une estimation de l’exploitant, de l’ordre de 20 kg de chaque côté de la paroi de la couronne.

- L’existence d’une fissure filiforme dans le béton sur une longueur approximative de 0,5 m à l’intérieur de la couronne.

Suite à ce constat l’éolienne a été mise à l’arrêt.






2 Analyse

Le déplacement observé excède largement la plage de déformation élastique de la virole en fonctionnement normal de l’éolienne. Deux hypothèses étaient envisageables : soit une rupture partielle de la soudure de liaison de la bride avec la virole, soit la préexistence et/ou la création par attrition d’un vide au niveau du béton en contact avec la bride permettant alors le libre jeu de celle-ci.

3 Reconnaissances

Une vérification de ces hypothèses a été effectuée par la réalisation le 13/11/2007 d’un carottage horizontal au droit de la bride de manière à en observer le comportement, àexaminer le béton au voisinage de celle-ci et à expertiser le béton de la fondation.






Photo 4 -Carottage de reconnaissance de la bride dans l’embase en béton

Photo 4b -Présence du vide sous la bride et écoulement de boue






Cette opération a démontré que le déplacement de l’ancrage du mât ne provenait ni d’une rupture de l’assemblage soudé de la bride sur la virole ni d'une élongation de la bride, mais de la formation de vides par usure du béton enrobant la bride. À l’arrêt de la machine, la bride repose sur le béton ; mais elle se soulève de 3 mm lorsque le vent est suffisamment fort et orienté ouest (photos 5 et 6).

Photo 5 - Mesure du soulèvement de la couronne lors du fonctionnement de la machine

Photo 6 -Soulèvement de 3 mm de la bride d’ancrage visible par le carottage






Par ailleurs, il était également montré que le béton d’enrobage de la bride ne présente pas de défaut majeur ni du fait d’une qualité insuffisante du béton à l’origine, ni par dégradation de ses caractéristiques au cours du temps par suite d’attaques chimiques d’origine interne ou externe.

Compte tenu de ces constats il était envisageable de réparer les désordres en rétablissant le blocage de la bride au sein du béton par une injection d’un produit de calage dans les vides existants suivant le schéma de principe ci-après (fig. 7) :

Choix du produit d'injection

Le produit d'injection devait présenter une viscosité suffisamment faible pour remplir les vides à la profondeur requise ; son module élastique de compressibilité devait être voisin de celui du béton ce qui, compte tenu des produits existant sur le marché, exigeait un coefficient de poisson voisin de 0,5 (supérieur à 0,42). Le choix s'est porté sur une résine époxydique à deux composants, dont la durée pratique d’utilisation dépassait 20 minutes.

Un cahier des charges a été rédigé et une consultation d’entreprise est lancée le 20 novembre 2007.






Fig. 7 – Principe de l'intervention






4 Réparation : injection des vides

L'intervention s'est déroulé au cours de la deuxième quinzaine de décembre, ce qui signifie que les conditions de températures n'étaient pas des plus favorables (6°C environ). Après les terrassements préliminaires qui ont permis de dégager la semelle sur une profondeur de 1,50 m, 48 évents horizontaux en diamètre 16 mm ont été percés au niveau du milieu de l’épaisseur de la bride d’ancrage. Quelques perçages ont bien intercepté une armature avant de toucher la bride : ils ont été abandonnés et renouvelés juste à proximitéafin de ne pas endommager les armatures. Aucune autre difficulté n’est apparue. Un géomètre a procédé au nivellement avant travaux de la couronne afin de confirmer que celle-ci était bien à l’horizontale à l’arrêt de la machine et pouvait être calée dans cette position.Les évents ont été lavés à l’eau sous haute pression. On repérait les injecteurs actifs et les communications. L’injection s’est faite à la main, à la seringue de grand modèle (1000 ml) à faible pression (photos 11) et ensuite de petit modèle (100 ml) à forte pression (photos 12). Le principe de la procédure était dans un premier temps d’injecter le maximum de volume de résine à partir d’un seul des injecteurs parmi les plus actifs repérés précédemment. Les évents voisins après purge sont ensuite obturés à mesure de la progression de la résine le long de la bride. Dans un deuxième temps, lorsque l’injection n’est plus possible à partir de l’injecteur initial, celui-ci est fermé et l’injection est reprise à partir d’autres injecteurs actifsplus écartés.






Photo 11 -Injection de la résine à la seringue 1000 ml

Photo 12 -Injection de la résine à la seringue 100 ml






Un contrôle de la circulation de la résine a pu être opéré par l’intermédiaire du carottage (schéma 13). On constatera à cette occasion que la résine ne provient que du dessus de la bride ce qui permet de penser que seul le vide extérieur au-dessus de la bride devrait être colmaté.






Au final 18 injecteurs ont été injectés sur les 43 posés, ce qui représente globalement 41 % du périmètre de la bride. Le volume total injecté est d’environ 27 litres. Au niveau du joint supérieur de la couronne extérieur et l’intérieur, aucune arrivée de résine n’a été observée. Aucun traitement particulier n’a donc été réalisé sur cette zone hormis le dégagement de l’étanchéité provisoire par ailleurs dégradée pour faciliter l’observation.






5 Réception

Les mesures de déplacement différentiels, machine en service, et machine hors service révèlent un débattement maximal de 0,18 mm.

Ce déplacement qui correspond à la seule élongation élastique de l’acier de la virole sur sa partie interne à la fondation sous charge est bien inférieur aux 3 mm d’avant les travaux.

Une seconde intervention du géomètre pour le nivellement après travaux de la couronne a montré qu’aucun déplacement de la couronne ne s’était produit à la suite de l’injection et que l’horizontalité initiale de la couronne avait été maintenue.

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