Analyse dynamique de l'Arc Majeur sous l'effet de détachements de tourbillons de Von Karman

Abstract

Ce travail de fin d'études analyse l'effet du détachement tourbillonnaire sur l'Arc Majeur, une sculpture courbe en acier corten haute de 52,5 mètres pour une section carrée de 2,25 mètres de côté. Cette structure très légère et peu amortie est sujette au phénomène et est donc équipée d'un amortisseur dynamique à masse accordée (ADA). La première approche de cette étude est de modéliser mathématiquement le phénomène de vibrations induites par vortex (VIV) afin de prédire l'amplitude de vibration de la structure. Pour commencer, les deux modèles de la norme Eurocode sont présentés. Ensuite, un modèle de forçage harmonique ainsi que le modèle spectral de Vickery et Clark sont appliqués à l'Arc Majeur avec et sans ADA. Enfin, le modèle oscillateur-sillage de Tamura est implémenté. La seconde approche de ce travail réside dans la réalisation de tests en soufflerie basés sur un modèle réduit aéroélastique de l'Arc Majeur. Tout d'abord, la conception du modèle aéroélastique expérimental est détaillée. Ensuite, les essais en soufflerie testent le modèle aéroélastique courbe en vent uniforme peu turbulent. Les mêmes essais sont effectués sur un modèle rectiligne pour capturer l'effet de la courbure. En outre, ces essais testent l'influence de la direction du vent de par l'orientation de la courbure du modèle. Par ailleurs, l'effet de la turbulence du vent sur le phénomène de VIV est investigué. Enfin, un amortisseur dynamique à masse accordée miniature est également testé. Le dernier chapitre compare les deux approches décrites ci-dessus. Il en résulte que tous les modèles mathématiques, chacun dans leur gamme de validité, sont sécuritaires face aux essais en soufflerie. Par ailleurs, si nos expérimentations exposent qu'il n'y a pas d'effet significatif de la courbure de l'Arc Majeur sur la réponse aux VIV, l'influence de la turbulence, quant à elle, apparaît comme déterminante sur la mitigation du phénomène. En conclusion, il ressort que l'Arc Majeur ne peut garder son intégrité structurelle en l'absence d'ADA pour un écoulement uniforme peu turbulent. Néanmoins, cette analyse permet de donner une marge de manœuvre plus importante à la sécurité de l'Arc Majeur.