A procedure to estimate the lateral force in clay-pipe interaction after breakout

The development of new offshore oil and gas fields is continuously expanding to ultra-deep waters. This tendency and the necessity of reducing project costs have been stimulating the development of new technologies as well as the enhancement of floating production systems. In this regard, pipelines and flexible riser systems have been getting more attention due to its low cost of installation and operation. In order to project a pipeline system, it is important to understand the pipe-soil interaction mechanisms and quantify the influence of soil behaviour on pipe response caused by lateral movement such as thermal buckling. The loads that a pipeline is subjected have been a topic of many experimental studies that aim to reproduce those loads in a realistic manner. This present study concerns the analysis of lateral clay-pipe interaction associated with large deformations and berm formation process at the leading edge of the pipe during movement at given burial depths. A series of centrifuge tests was conducted to assess the relationship between horizontal force and lateral pipe displacement. The breakout force experimental results were compared with different literature proposals, showing a good agreement. A procedure was also proposed to evaluate the normalized lateral force through the combination of two different approaches. The results showed a good comparison with the centrifuge experimental data.

À la mémoire de Pierre Duffaut. Réflexions sur la sécurité des ouvrages hydrauliques et nucléaires

L’objet de ce papier n’est pas de relater la carrière de P. Duffaut, mais de revenir sur deux aspects particuliers de sa carrière auxquels il a consacré de longues années : – La rupture du barrage-voûte de Malpasset (Var, France), en 1959 : à la demande d’EDF, P. Duffaut a suivi toutes les investigations entreprises pour comprendre le mécanisme de la rupture de ce barrage et de ses fondations, ainsi que les actions en justice qui ont été menées. À côté des causes techniques de la rupture, aujourd’hui bien élucidées, sont réexaminés les facteurs organisationnels et humains qui ont contribué à cette catastrophe, à la lumière des conceptions d’aujourd’hui sur les responsabilités des différents acteurs ; – Les centrales nucléaires à réacteur souterrain : P. Duffaut s’est efforcé de promouvoir cette idée, en se fondant sur le succès avéré des centrales hydroélectriques creusées dans des cavernes au rocher. Ce concept présente en effet des avantages majeurs en termes de protection du réacteur et de son voisinage contre les risques internes (dysfonctionnements) et externes (intrusions, sabotage, guerre…), et contre les risques naturels, sismiques en particulier. Il n’a guère été écouté de son vivant, mais l’idée de petits réacteurs modulaires enterrés et recouverts d’un remblai va bientôt être mise en œuvre.

Hommage à Pierre Duffaut, 15 octobre 2021. De l’épopée hydroélectrique de l’Électricité de France à la mécanique des roches et la diffusion du savoir

Jeune ingénieur de l’École des Mines de Saint-Étienne, Pierre Duffaut a intégré en 1948 le tout nouveau et embryonnaire Service Géologique que venait de créer l’Électricité de France (EDF). Il a participé à l’épopée hydroélectrique d’EDF confrontée au défi d’un programme énergétique ambitieux nécessité par la pénurie d’énergie au sortie de la Seconde Guerre mondiale. Il fallait terminer de gros chantiers interrompus par la guerre et étudier tous les nombreux nouveaux projets répartis dans les Alpes, les Pyrénées, et le Massif central. Il fallait innover et développer une géologie de l’ingénieur appliquée au Génie civil dans un premier temps pour les galeries puis, plus tard, pour les barrages. Pierre Duffaut se consacra tout d’abord aux études des lits épigéniques du Drac, de la Loire et à l’optimisation des tracés de galeries et du franchissement d’« accidents » géologiques. Il participa ainsi activement à cette épopée de l’hydroélectricité. Quelques années plus tard, de 1956 à 1961, il fut chef de l’Aménagement du barrage de Lanoux et des galeries hydrauliques avec leurs difficultés. La rupture, fin 1959, du barrage voûte de Malpasset le conduisit à se consacrer plus particulièrement au développement de la mécanique des roches et à la géologie appliquée aux barrages et plus généralement à celle des ouvrages de Génie civil (tunnels, cavités souterraines, aménagement du sous-sol en site urbain…). Après avoir été détaché, de 1977 à 1982 au service Génie géologique (ex service Géotechnique), ayant pris sa « retraite », Pierre Duffaut s’orienta vers l’enseignement, l’encadrement de thèses, avec le souci de la transmission de ses connaissances aux plus jeunes à travers de nombreuses publications et sa participation à différents congrès à travers le monde d’où il revenait avec de nouvelles idées. La publication du Manuel de mécanique des roches, coordonnant 80 spécialistes français, a couronné l’ensemble de sa carrière.

Modélisation physique du comportement thermo-mécanique d’un pieu géothermique

Les pieux géothermiques sont les pieux de fondation équipés d’un système échangeur de chaleur entre les locaux qui ont besoin d’être chauffés et/ou rafraîchis et le terrain environnant. Pendant sa durée de vie, un pieu géothermique subit des cycles annuels de température avec une variation de l’ordre d’une vingtaine de degré. Il est donc nécessaire de comprendre l’effet de ces cycles de température sur le comportement mécanique de tels pieux de fondation. Cet article présente une synthèse du programme d’expérimentation mené à l’École des Ponts ParisTech depuis 2010 sur un modèle physique 1 × g. Le pieu modèle considéré dans cette étude est un tube creux en aluminium, de 20 mm de diamètre extérieur et de 600 mm de longueur, équipé d’un système de contrôle de température. Ce dernier est d’abord soumis à une charge axiale constante appliquée en tête puis à des cycles de variation de température. Le comportement du pieu dans un sable sec et dans une argile saturée a été étudié. Ces expérimentations en modèle réduit ont permis d’identifier les principaux effets des cycles de température sur le comportement d’un pieu géothermique à long terme. Les résultats de cette étude sur modèle réduit sont présentés, les avantages et les inconvénients du modèle physique utilisé sont discutés.

Lits épigéniques du Drac et de la Loire : conséquences pour les projets de barrages et tunnels

Les concepteurs de barrage redoutent bien évidemment une cuvette non étanche, remettant en cause l’économie et les objectifs du projet engendrés par des fuites de débits élevés, quant à la perte de productible ou à la perte d’eau pour l’agriculture ou l’alimentation en eau potable. Le cas particulier des fuites par des lits fossiles est moins documenté que les fuites en contexte karstique. On illustre ici cette problématique par deux exemples qui ont forgé le début de carrière de Pierre Duffaut, jeune ingénieur au Service Géologie d’Électricité de France (EDF) : les lits fossiles du Drac, en contexte fluvio-glaciaire, sur l’aménagement de Monteynard et les lits fossiles de la Loire, en contexte volcanique, sur l’aménagement de Montpezat. Dans ces deux exemples, les lits fossiles sont associés à des épigénies, c’est-à-dire à un nouvel enfoncement du cours d’eau dans sa plaine de comblement alluvial. Lors des études géologiques préliminaires, les indices sont souvent ténus, et l’approche morphologique promue par Pierre Duffaut demeure un outil simple et efficace pour optimiser l’implantation des campagnes de reconnaissances.

La méthode convergence-confinement. Les contributions du Laboratoire de mécanique des solides (LMS)

La méthode convergence-confinement permet de simuler le creusement d’un tunnel avec la mise en place d’un soutènement par un modèle de déformation plane. La connaissance de la convergence du massif au moment où le soutènement devient actif est une démarche essentielle pour l’application de la méthode. Celle-ci nécessite la détermination du profil longitudinal de déplacement (LDP), qui représente le déplacement radial à la paroi du tunnel en fonction de la distance au front. Dans cet article, nous rappelons les contributions importantes de Pierre Habib et de ses collègues du Laboratoire de mécanique des solides (LMS) dans le développement de la méthode, en particulier sur la prise en compte de l’influence de la pose d’un soutènement rigide près du front sur la courbe LDP.

La mécanique dissipative des géo-matériaux granulaires et ses applications pratiques en Génie Civil

L’article, résultant d’un travail de long terme sur la physique des géo-matériaux granulaires et la pratique du génie civil de grandes infrastructures, synthétise une vision nouvelle du comportement mécanique de ces matériaux, à partir d’approches dissipatives micromécaniques originales. Après le contexte et les hypothèses-clé, il présente les aspects essentiels des structures dissipatives induites par la friction de contact élémentaire, associée à des spécificités de mécanique statistique dans ces matériaux en mouvement quasi-statique, et leur expression multi-échelle par des relations tensorielles fortes : les équations de la dissipation d’énergie résultant de la friction. Sur cette base, est ensuite établi un large ensemble de propriétés pratiques d’usage général en génie civil, incluant : le critère de rupture, le couplage résistance au cisaillement/variations de volume, la compaction cyclique, l’équilibre géostatique « au repos »… Bien que l’essentiel de l’article soit focalisé sur les caractères induits par la friction de contact, une dernière section présente d’autres propriétés-clé induites par la rupture des granulats, autre processus dissipatif après la friction de contact. Ces propriétés incluent des incidences explicites sur les effets d’échelle dans le comportement structural d’ouvrages, vérifiées sur de grands ouvrages.

Thermodynamique des grands glissements souterrains

Les couplages thermo-hydro-chimio-mécaniques jouent un rôle central dans les grands glissements gravitaires et sismiques. À partir du travail original de Pierre Habib sur la vaporisation du fluide interstitiel comme mécanisme pouvant expliquer les vitesses extrêmes atteintes durant le glissement d’une masse rocheuse, nous donnons un éclairage sur les développements récents sur la physique des tremblements de terre.