Stratégies probabilistes appliquées à la modélisation numérique discrète : le cas des filets pare-pierres

Probabilistic strategies applied to discrete numerical modeling : the case of rockfall flexible fences

• Auteur / Autrice : Loic Dugelas
• Direction : François Nicot, Franck Bourrier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Soutenance le 10/01/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écosystèmes Montagnards (Grenoble ; 20..-2017)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Acary
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francesco Calvetti, Julien Baroth, Marie-Aurélie Chanut
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Grange, Guido Gottardi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthode des éléments discrets

Mots clés libres

Outil d'aide à la conception

Méta-Modèle

Écrans Souples

Flexible fences

Design helping tool

Surrogate model

Discrete element method

Résumé

L'objectif de ce travail de recherche est le développement d'outils numériques pour l'aide à la conception d'écrans souples de protection contre les chutes de blocs.Des modèles, basés sur la Méthode des Éléments Discrets (DEM), ont tout d'abord été développés à partir d'approches de modélisation issues de la littérature, pour deux écrans souples. La principale différence entre les deux écrans étudiés réside dans la nature de la nappe de filet : nappe à anneaux ou nappe ELITE. Pour l'écran équipé d'une nappe à anneaux, le modèle de structure développé s'est avéré suffisant pour obtenir un compromis en termes de pertinence, précision et efficacité. Par contre, pour l'écran équipé d'une nappe ELITE, de nouveaux développements numériques ont été nécessaires pour obtenir un tel compromis.L'obtention d'un modèle d'ouvrage complet efficace pour l'écran ELITE a nécessité la prise en compte du glissement entre les câbles constitutifs de la nappe. Deux approches ont été proposées pour l'intégration de ce glissement. La première approche intègre le glissement sans prendre en compte le frottement à l’interface entre les câbles, alors que la seconde permet cette prise en compte. Cependant, cette seconde approche ne peut être utilisée à l’échelle d’un ouvrage en raison de durées de calcul trop importantes.Les modèles d'écran développés ont été intégrés dans un outil d'aide à la conception, basé sur des approches de méta-modélisation. Cet outil permet de réaliser des études paramétriques et de sensibilité sur la réponse de l'ouvrage, ainsi que d'identifier les configurations optimales de l'ouvrage.

This research aims at developing numerical tools to help the design of flexible fences against rockfall.Models based on the Discrete Element Method (DEM) are developed for two flexible fences, using modeling approaches taken from the literature. The main difference between the two flexible fences investigated is their interception structure: ring net or ELITE net. For the ring net flexible fence, the DEM model proved to be a sufficient compromise between relevance, accuracy, and efficiency. On the other side, for the flexible fence with a ELITE net, new numerical developments are necessary to reach such compromise.In order to get an efficient DEM model for the ELITE flexible fence, the sliding between the cables of the net has to be taken into account. Two approaches are proposed to integrate this sliding. In the first approach, the sliding is considered without friction between the cables, while in the second approach the friction is considered. However, the calculation duration obtained with the second approach was too important to integrate it into a complete fence model.The developed models have been integrated into a design assistance tool for flexible fences, based on surrogate modeling. Parametric and sensitivity analysis are carried out with this tool, and the optimal configurations of the fence are identified.