Modélisation filaire du comportement vibratoire des conducteurs aériens pour le transport d'énergie

Wireframe modeling of the vibration behavior of overhead conductors for energy transport

• Auteur / Autrice : Karim Aït Ammar
• Direction : Pierre-Alain Guidault, Pierre-Alain Boucard, Julien Said, Fikri Hafid
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides et des structures
• Date : Soutenance le 04/11/2025
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Réseau de transport d'électricité - Électricité de France Transport
• Jury : Président / Présidente : David Dureisseix
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Bertails, Vladislav Yastrebov, Mickael Abbas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Bertails, Vladislav Yastrebov
• DOI : 10.70675/76658f21zf37cz4db6z9d3ez291a62697704

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique non linéaire

Mécanique du contact

Théorie des poutres

Fretting fatigue

Conducteurs électriques

Mots clés libres

Mécanique non linéaire des structures

Contact avec frottement

Théorie des poutres

''Fretting'' Fatigue

Conducteurs aériens

Nonlinear structural mechanics

Frictional contact

Beam theory

Fretting fatigue

Overhead conductors

Résumé

Le présent travail vise à développer un modèle d'un échantillon de conducteur aérien soumis à des conditions de traction-flexion pour RTE. Ce modèle est destiné à être utilisé dans une méthode multi-échelle pour l'évaluation de la durée de vie restante des lignes aériennes soumises au phénomène de ''fretting fatigue'' induit par le vent. Le modèle repose sur une formulation éléments finis filaire quasi-statique en grandes rotations. L'implémentation du modèle éléments finis est réalisée dans une bibliothèque éléments finis maison sous Matlab® afin de répondre aux exigences de RTE. Les interactions de contact entre les fils du conducteur sont modélisées à l'aide d'une formulation de contact poutre-poutre en petits glissements, ce qui permet de modéliser efficacement les interactions de ''fretting'' entre les fils tout en garantissant des résultats précis. Une partie de ce travail consiste à adapter une formulation existante de contact en petits glissements au cadre des grandes rotations eulériennes, en assurant le respect des principes d'objectivité et d'indépendance au chemin, et à la réécrire en utilisant des multiplicateurs de Lagrange à la place de la méthode de pénalisation afin de garantir une prise en compte précise des conditions de contact. Une attention particulière est portée au choix des conditions aux limites afin d'éviter les effets de bord susceptibles de modifier significativement les résultats de la simulation. Enfin, le modèle est vérifié à l'aide de solutions analytiques et comparé à d'autres modèles numériques utilisant des formulations de contact plus classiques en grand glissement afin d'en garantir la précision et la robustesse.

The present work aims to develop a model of a sample of overhead conductor under tensile-bending conditions for RTE. This model is to be used within a multi-scale method for the assessment of the remaining lifespan of overhead lines subjected to wind-induced fretting fatigue. The model is based on a quasi-static beam finite element formulation in large rotations. The implementation of the finite element model takes place in a custom finite element library in Matlab® to meet RTE's requirements. Contact interactions between the wires of the conductor are modeled using a small-sliding beam-to-beam contact formulation, which allows efficient modelling of the fretting interactions between the wires while still providing accurate results. Part of this work consists in adapting an existing small-sliding contact formulation for the Eulerian large rotations framework, ensuring frame objectivity and path independence, and in rewriting it using Lagrange multipliers instead of the penalty method to ensure precise enforcement of contact conditions. Special care is paid to the choice of boundary conditions to avoid edge effects that significantly alter the results of the simulation. Finally, the model is verified against analytical solutions and compared with other numerical models using more classical contact large-sliding formulations to ensure its accuracy and robustness.