Modélisation de la réponse d'une structure élancée au détachement tourbillonnaire dans la couche limite atmosphérique

This work is about modelling vortex induced vibrations on a 100 m height generic reinforced concrete pylon with a square cross-section and a 20 height/width ratio, vibrating in its first across-wind bending mode at a frequency of 0.35 Hz for a critical wind speed of 14.6 m/s. An equivalent aeroelastic model made of a copper spline modelling the dynamic behaviour and a foam blocks skin modelling the external geometry and adjusting the mass is realized. Similitude laws are discussed based on their relevance in the simulation. The model is validated through experimental modal analysis and is tested in wind tunnel uniform and boundary layer winds. 3 turbulence levels and 4 incidence angles are tested. Measured amplitudes are small (around 5 cm in full scale). The influence of turbulence is qualitatively visible in experimental results. Analytical and numerical estimation procedures are also implemented and discussed: The Eurocode norm, a harmonic load model and the spectral model of Vickery and Clark. The Eurocode approach gives the most conservative estimations and is followed by estimations from the harmonic load model having the correlation length as parameter. The spectral model gives estimations of the order of magnitude of experimental measurements in the wind tunnel for a spectral bandwidth of 0.2 and a correlation length comprised between 1 and 3 times the width of the cross-section.Ce travail étudie les vibrations induites par détachement tourbillonnaire sur un pylône générique en béton armé de 100 m de hauteur de section carrée et à rapport hauteur/largeur de 20, vibrant dans son premier mode propre perpendiculaire au vent à 0,35 Hz pour une vitesse de vent critique de 14,6 m/s. Un modèle aéroélastique équivalent composé d’une barre de cuivre reproduisant la dynamique et de blocs légers représentant la géométrie extérieure et corrigeant la masse est réalisé. Une discussion est faite sur la validité des similitudes à respecter. Le modèle est validé via une analyse modale expérimentale et testé en vent uniforme et en couche limite en soufflerie. 3 niveaux de turbulence et 4 incidences sont testés. Les amplitudes mesurées sont relativement faibles (de l’ordre de 5 cm à échelle réelle). L’effet de la turbulence atmosphérique est remarqué qualitativement dans les résultats. Des méthodes analytiques et numériques sont également implémentées et discutées: La norme Eurocode, un modèle de force harmonique et le modèle spectral de Vickery et Clark. L’approche Eurocode donne les résultats les plus conservatifs, suivie du modèle de force harmonique qui a la longueur de corrélation comme paramètre. Le modèle spectral donne des résultats de l’ordre de grandeur de ceux mesurés en soufflerie pour une largeur de bande de 0,2 et une longueur de corrélation comprise entre 1 et 3 fois la largeur de la section