Conception d'une membrane composite sous pression et de sa liaison flexible

Design of an under pressure composite membrane and of its flexible part

• Auteur / Autrice : Nicolas Calvet
• Direction : Christian Hochard, Guilherme Machado
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique des solides
• Date : Soutenance le 30/09/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMA, Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique (UMR 7031 ; CNRS, Ecole Centrale de Marseille, Aix-en-Provence)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : BW Ideol
• Jury : Président / Présidente : Bruno Castanié
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Caroline Petiot, Thomas Choisnet, Simon Vasseur
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Bois, Jean-François Caron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie éolienne en mer

Constructions flottantes

Membranes (technologie)

Composites

Mécanique

Mots clés libres

Cloison

Matériaux composites

Membrane

Essai de gonflement

Bulkhead

Composite materials

Membrane

Bulge test

Résumé

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse de doctorat s’inscrivent dans le cadre d’une thèse en convention individuelle de formation par la recherche avec l’entreprise BW Ideol qui a développé un flotteur pour éolienne en mer. Ce flotteur est compartimenté afin d’assurer sa flottabilité en situation accidentelle. L’objectif de la thèse est d’étudier une solution de type membrane pour le cloisonnage de ce flotteur. La structure étudiée est une membrane subissant une pression latérale dont les bords sont fixés. Les travaux s’articulent autour d’analyses numériques avec des modélisations par éléments finis de la solution étudiée et de travaux expérimentaux permettant de valider les solutions retenues. La conception de montages d’essais mécaniques permet d’effectuer ces travaux expérimentaux dans des dimensions réduites par rapport aux cloisons réelles. La fabrication des membranes testées est faite à partir de matériaux composites de type fibres de verre pré-imprégnées de résine époxyde. Des essais mécaniques sont faits sur des membranes circulaires et carrées. Une liaison flexible est conçue afin de maximiser la tenue de la membrane en réduisant la courbure du bord de celle-ci qui provoque sa rupture prématurée. La pression appliquée et les déformations de la membrane sont mesurées au cours de l’essai et comparées aux résultats numériques obtenus par la modélisation par éléments finis. Les résultats obtenus à échelle réduite sont extrapolés vers l'échelle réelle afin de dimensionner la cloison de BW Ideol. Des méthodes de fabrication adaptées à l'échelle réelle sont proposées

The research work presented in this doctorate thesis are in the frame of a collaboration with BW Ideol which developed a wind turbine floating foundation. This foundation is partitioned to ensure its buoyancy in an accidental case where a hole in the hull lead to a water filling of the structure. The thesis purpose is to study a membrane solution to design the floating foundation bulkheads. The structure studied is a membrane under lateral pressure with clamped edges. This work is based on numerical analysis with finite element analysis and experimental work to validate the solution. Design of test devices allows to perform tests on reduced-scale bulkheads. Test devices size must lead to a membrane solicitation of the structure tested but cannot be too large to be feasible in a laboratory. Membranes tested are made from epoxy resin pre-impregnated glass fibres. Several laminates are tested and compared to find the best solution for the bulkheads design. Tests are done with circular and square membranes. To maximize the membrane strength, a flexible part is designed to reduce curvature at the membrane edge. This allows to reduced stress concentration at the edge and homogenize stress on the whole structure. Pressure and strain are registered and compared to the numerical analysis. Reduced-scale results are extrapolated to the real scale and the real bulkhead is designed, showing that the composite membrane is a solution to design a very light bulkhead