Robustness and reliability based design optimization study : application to wind turbines taking into account the soil-structure interaction

L’objectif des travaux de la thèse porte principalement sur l’analyse de la robustesse et l’optimisation fiabiliste des éoliennes en présence d’incertitude. Le manque de précision des paramètres, dans la conception des problèmes mécaniques, donne lieu à des résultats peu fiables. Par conséquent, la prise en compte des incertitudes des paramètres dans le modèle numérique est cruciale pour garantir la robustesse de la structure. A cet égard, dans ces travaux on vise à tester les capacités et les lacunes des méthodes de prise en compte des incertitudes. Essentiellement, des méthodes basées sur le développement en chaos polynomial, en les comparants avec une technique de base (Monte Carlo), afin d’évaluer la réponse mécanique des éoliennes en présence d’incertitude. Le coût énorme des éoliennes rend la phase d’optimisation indispensable dans la conception. Ainsi, l‘objectif des méthodes d’optimisation fiabiliste Reliability based design optimization (RBDO) est de garantir une configuration qui réduit le coût tout en maintenant un niveau de fiabilité accrue. Pour acquérir cet objectif, plusieurs méthodes RBDO ont été testé tels que la méthode hybride (HM) et la méthode hybride robuste (RHM). A la lumière des résultats obtenus qui s’avèrent non sécurisant, une nouvelle méthode, méthode hybride modifiée (MHM), a été proposée. Face aux problèmes de complexité et du coût de calcul élevé de la simulation tridimensionnelle des éoliennes, spécialement pour le cas du calcul itératif des problèmes d’optimisations, nous avons proposés des méthodologies spécifiques, en se basant sur les méthodes de méta-modélisation, qui a permis de construire un modèle de substitution mathématique. L’application de ce modèle a conduit à une bonne approximation des simulations réelles. En effet, il a bien répondu aux exigences de précision et d’efficacité.The objective of the thesis mainly concerns the analysis of the robustness and the reliability optimization of wind turbines in the presence of uncertainty. The lack of precision of the parameters, in the design of the mechanical problems, gives rise to unreliable results. Consequently, the taking into account of the uncertainties of the parameters in the numerical model is crucial to guarantee the robustness of the structure. In this regard, in this work we aimed to test the capacities and the shortcomings of the methods of taking into account uncertainties. Essentially methods based on polynomial chaos development, by comparing them with a reference technique (Monte Carlo), in order to evaluate the mechanical response of wind turbines in the presence of uncertainty. The huge cost of wind turbines makes the optimization phase essential in the design. The goal of Reliability based design optimization (RBDO) methods is to provide a configuration that reduces cost while maintaining an increased level of reliability. To achieve this objective, several RBDO methods were tested such as the hybrid method (HM) and the robust hybrid method (RHM). In the light of the inability of these methods, a new method, Modified Hybrid Method (MHM), has been proposed. Faced with the problems of complexity and the high computational cost of 3D simulation of wind turbines, especially for the case of iterative calculation of optimization problems, we have proposed specific methodologies, based on meta-modeling methods, which lead us to build a mathematical model, which makes possible to approximate real simulations and guarantee the requirements of precision and efficiency