Etudes et modélisations du comportement d’un écran de filet pare-blocs à différentes échelles

Studies and modelling at different scales of a rockfall barrier behaviour

• Auteur / Autrice : Romain Boulaud
• Direction : Jean-Noël Roux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Structures et Matériaux
• Date : Soutenance le 07/01/2020
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Marne-La-Vallée) - Laboratoire Navier / NAVIER UMR 8205
• Jury : Président / Présidente : Claude-Henri Lamarque
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Noël Roux, Philippe Boisse, François Nicot, Cyril Douthe, Julien Averseng
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Boisse, François Nicot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Résistance des matériaux

Méthode des éléments discrets

Propriétés mécaniques

Toiles métalliques

Dispositifs de sécurité

Mots clés libres

Écran de protection pare-Blocs

Méthode aux éléments discrets

Relaxation dynamique

Stabilité numérique

Membrane équivalente

Modèles simplifiés

Rockfall barrier

Discrete element methods

Dynamic relaxation

Numerical stability

Equivalent membrane

Simplified models

Résumé

Les écrans de filet pare-blocs sont des ouvrages de protection souples utilisés pour protéger les habitants ainsi que leurs biens du danger des éboulements rocheux dans les régions à risques. Ces structures placées sur la trajectoire des masses en mouvement sont formées d’un filet métallique maintenu au terrain naturel par des poteaux rigides. Lorsqu’elles sont impactées par un bloc, elles subissent des grandes déformations qui nécessitent de modéliser leur comportement en tenant compte de non-linéarités à la fois géométriques et matérielles. Leurs composants sont ainsi représentés dans ce travail par des éléments discrets et le problème mécanique est résolu quant à lui avec un outil de calcul numérique adapté aux grandes transformations. Cet algorithme est ensuite utilisé pour évaluer l’influence de différentes stratégies de modélisation de la nappe de filet, toutes tirées de la littérature scientifique, sur le comportement global d’un écran de protection pare-blocs. Les conclusions de cette étude ainsi que des observations expérimentales ouvrent la voie vers de nouvelles stratégies de modélisation discrète, pour lesquelles le filet est représenté par un nombre restreint de degrés de liberté. La famille de modèles simplifiés développée dans ce travail permet de simuler le comportement d’un ouvrage avec des faibles coûts en temps de calcul, offrant ainsi l’opportunité de mettre en œuvre des études paramétriques complexes et des méthodes de dimensionnements probabilistes

Rockfall barriers are flexible structures that mitigate the risk of rockfall and thus protect people living in risk areas, as well as their property. These structures, placed on the trajectories of the moving blocks, are made of a steel net held on the natural ground by rigid posts. When they are impacted, they undergo large deformations that require modelling their behaviour by taking into account both geometric and material non-linearities. Their components are therefore represented in this work with discrete elements and the mechanical problem is thus solved with a calculation tool adapted to the large déformations problem. This algorithm is also used to assess the influence of different net modelling strategies, from the scientific literature, on the overall behaviour of a rokfall barrier. The conclusions of this study as well as experimental observations pave the way to new discrete modelling strategies, for which the net is represented by a limited number of degrees of freedom. The family of simplified models developed in this work makes it possible to simulate the behaviour of a structure with a low computation time costs, thus offering the opportunity of implementing complex parametric studies or probabilistic dimensioning methods