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Dr. BELMOKRE AHMED

Etude numerique du comportement thermique d’un barrage-poids sous l’effet des conditions climatiques

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L’évaluation de la sécurité structurale des barrages est une opération indispensable qui a comme objectif de détecter les anomalies et éviter les dégâts humains et matériels. Bien que la température du béton soit un indice qui donne une idée sur l’état des barrages en béton, la prédiction du comportement thermique sous l’effet de diverses sources de chaleur externe nécessite des modèles mathématiques. Cette thèse vise à analyser le comportement thermomécanique d’un barrage en béton durant la phase d’exploitation en utilisant la méthode des éléments finis ainsi que les modèles statistiques. L’étude prend en compte le rayonnement solaire, l’ombrage, le refroidissement nocturne et par évaporation, la convection avec l’air et l’échange radiatif à ondes longues qui sont considérés comme des variables climatiques qui peuvent affecter la température du béton. Une méthodologie récente est adoptée pour évaluer la quantification des flux de chaleur. Les données de thermocouples du barrage poids voûte de Tichy Haf sont utilisées pour calibrer les modèles thermiques. Un modèle hybride basé sur la technique de la forêt aléatoire pour la prédiction des déformations dans les barrages a été développé, la composante thermique du modèle repose sur un calcul numérique par la méthode des différences finies. La méthode de la forêt aléatoire est une technique statistique non paramétrique qui peut traiter les non-linéarités et n’a pas besoin d’hypothèses concernant la relation entre les prédicteurs.

Les résultats de simulation par le modèle numérique montrent que la température du béton ne varie que dans les zones proches des parements et que les valeurs des contraintes générées par les gradients thermiques présents aux surfaces sont plus ou moins élevées pendant l’hiver. Cependant, ils restent modérés et n’atteignent pas la résistance maximale. Le modèle proposé par la méthode de la forêt aléatoire s’avère un outil puissant d’analyse des déformations d’un barrage et permet une évaluation rigoureuse des charges thermiques et ce qu’il lui confère le rôle d’un outil préférentiel à l’exploitation et au suivi de la sécurité des barrages-réservoirs en béton.

The assessment of structural dams safety is an essential operation to detect anomalies and avoid human and material damage. Although the temperature of concrete is an index that gives an idea about the state of concrete dams, the prediction of thermal behavior under the effect of various external heat sources requires mathematical models. This thesis aims to analyze the thermomechanical behavior of a concrete dam during the exploitation phase using the finite element method as well as statistical models. The study takes into account solar radiation, shading, night and evaporative cooling, convection with air and long wave radiative exchange which are considered as climatic variables that can affect the temperature of concrete. A recent methodology is adopted to quantify heat fluxes. Tichy Haf’s arch weight dam thermocouple data is used to calibrate the thermal models. An approach based on random forest technique to predict dam displacement has been developed. The random forest method is a non-parametric statistical technique that can deal with non-linearities and does not need assumptions about the relationship between the predictors. The results provided by the numerical model show that the temperature of the concrete varies only in the areas close to dam faces. The values of stresses generated by thermal gradients present on downstream face are more or less high during the winter. However, they remain moderate and did not reach the tensile strength value. The model proposed by the random forest method appears as a powerful tool for dam deformations analysis with a rigorous evaluation of thermal loads.

Mots clés :

Apprentissage ; Barrage ; Béton ; Contraintes ; Déformations ; Eléments finis ; Gradient ; Température ; Radiation solaire.

Keywords: 

Learning machine; Dam; Concrete; Stresses; Deformations; Finite elements; Gradient; Temperature; Solar radiation

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Dr. KHEDIMALLAH Abderrahmene
juin 17, 2021

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