Modélisations numérique et analytique du comportement mécanique et multiphysique d'une phase haute-tension pour fermes offshores

Numerical and analytical modeling of the mechanical behavior of a high-voltage phase for offshore farms

• Auteur / Autrice : Fouad Ech Cheikh
• Direction : Monssef Drissi-Habti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 26/01/2022
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Université Gustave Eiffel (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Feller
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Monssef Drissi-Habti, Jean-François Feller, Nadia Bahlouli, Jacques Renard, Gilney Raymundo Damm, Laurent Gornet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nadia Bahlouli, Jacques Renard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Câbles sous-marins

Simulation numérique directe

Énergie éolienne en mer

Cuivre

Mots clés libres

Dégradation mécanique

Diagnostic filaire

Câbles d’énergie sous-marins

Energie éolienne offshore

Simulation numérique

Simulation analytique

Numerical simulation

Mechanical degradation

Wired diagnosis

Underwater power cables

Offshore wind energy

Analytical simulation

Résumé

Les travaux menés dans cette thèse visent à étudier le comportement mécanique sous sollicitations quasi-statiques et en fatigue cyclique afin de corréler les niveaux de déformation atteinte aux mécanismes d’endommagement opérants et qui reflètent la prolifération des défauts microstructuraux au sein des composants de la phase (Conducteur et isolants). Pour ce faire, nous proposons une modélisation numérique à l’aide d’Abaqus. Ensuite, toujours à l’aide de modélisations numériques, cette fois-ci utilisant Comsol, nous avons essayé de montrer l’impact des endommagements mécaniques sur les propriétés physiques (électrique et thermique) de la phase. Il est très important de préciser que dans toutel’étude proposée, nous nous sommes concentrés sur le conducteur cuivre. Ce choix est justifié par le caractère crucial du conducteur dans ce type de câble… Un endommagement partiel et/ou total de cet élément conduirait inévitablement à de graves conséquences (court-circuit ou shut-down !) avec interruption totale de conduction d’électricité et donc des pertes financières énormes. Il est bien entendu que l’isolant ou les isolants revêtent une influence critique également. Néanmoins, gardons en mémoire que la thèse proposée ne peut pas s’attaquer exhaustivement à l’ensemble des variables et un choix de priorisation devait être fait, à savoir de travailler sur le conducteur.

OTDR-based electrical cable diagnostic methods exist that allow the detection and localization of faults, but the analysis of the measured signals needs to be improved, particularly through the use of models. The link between the physical degradation of the cable and the values of the electrical parameters has, to our knowledge, never yet been realized. As a result, we are not able to know the actual condition of the cable in its natural evolution environment, let alone its residual life. The work carried out in this thesis aims at studying the mechanical behavior in both quasistatic and cyclic fatigue loadings in order to correlate the deformation levels reached to the operating mechanisms of damage and which reflect the proliferation of microstructural defects within the components of the phase (Conductor and insulators). To do this, we propose a numerical modeling using Abaqus. Then, again using numerical modeling, this time using Comsol, we tried to show the impact of mechanical damage on the physical properties (electrical and thermal) of the phase, emphasizing the role of copper. Insulators are playing a key role as well. However, the contour of the thesis had to be well defined in accordance with the time allocated and it seemed to us that a lot of information can be got out of the study of the conductor.