Analyse des conditions de rupture des conduites d’adduction d’eau potable en polyéthylène, sous l’effet d’écoulement transitoire, en présence d’un défaut

par Mohamed Amine Guidara

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Zitouni Azari et de Ezzedine Hadj Taieb.

Le président du jury était Abdelwaheb Amrouche.

Le jury était composé de Mohsen Akrout.

Les rapporteurs étaient Ali Akrout, Stéphane Panier.


  • Résumé

    Le problème du rendement de la distribution des eaux potables a récemment fait l’objet de nombreux travaux de recherche. En effet, les ruptures des canalisations et les fuites sont des phénomènes assez fréquents en milieu urbain. Afin de réduire au maximum les risques de fuite à long terme, près de 60 % des réseaux d’eau potable sont construits ou renouvelés avec des conduites en polyéthylène de troisième génération, PE100. De par ses caractéristiques, c’est un matériau de choix pour les réseaux d’adduction d’eau. Mais la présence d’un défaut superficiel peut générer la rupture de la conduite sous l’effet d’écoulement transitoire. Afin d’étudier ce problème, notre étude est décomposée en deux parties. La première est consacrée à l’étude de l’effet dynamique du comportement viscoélastique du matériau sur l’écoulement transitoire à l’aide d’un modèle mathématique que nous avons développé dans cette thèse. Nous avons démontré que le comportement viscoélastique du PE100 joue un rôle primordial dans l’amortissement du phénomène du coup de bélier et de résonance. En cas de présence de couplage de jonction, l’étude de l’interaction fluide-structure est nécessaire pour définir correctement les fréquences propres d’un système de conduites. Ensuite, dans la seconde partie, nous avons étudié le comportement à la fissuration des conduites en PE100 présentant un défaut. A l’aide d’essais expérimentaux et de modélisations par éléments finis, nous avons démontré que le concept de la mécanique élasto-plastique de rupture, l’intégrale J, peut définir avec une précision acceptable le comportement à la fissuration d’une conduite en PE100. Nous avons cherché à déterminer l’intégrale J à l’aide d’un modèle semi-empirique afin de définir une relation entre la pression d’amorçage de fissure, la taille de défaut (fissure semi-elliptique) et la géométrie de la conduite

  • Titre traduit

    Failure analysis of drinking water polyethylene pipe under the effect of transient flow in the presence of a defect


  • Résumé

    The efficiency of potable water distribution systems has been recently the subject of much research. Leakages or a ruptures, occurring in pipes, are quite a frequent phenomenon in urban areas. In order to minimize long-term risks of leakage, about 60% of potable water networks are built or renewed with the third generation of polyethylene pipe, PE100. It is a material with various features, which makes it a widely used material in the water supply networks. However, under transient conditions and with a surficial defect in the pipe, a failure occurs. To investigate this issue, our study is divided into two main parts. The first part is studying the dynamic effect of the viscoelastic material under transient flow conditions using a developed mathematical model. We have demonstrated that the viscoelastic behavior of PE100 plays a primordial role in the damping of water hammer and resonance phenomenon. In case of presence of coupling junction, a study of the fluid structure interaction is mandatory to correctly define the natural frequencies of a piping system. In the second part, we have investigated the crack behavior of PE100 pipes with defects. Using the experimental tests and finite elements results, we have demonstrated that the concept of elastic-plastic fracture mechanics, the J-Integral, define with reasonable accuracy the behavior of cracked PE100-pipe. At the end, we sought to determine the J-Integral with a semi-empirical model in order to define a relationship between the crack initiation pressure, the dimension of semi-elliptical surface cracks and the geometry of the pipe


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