Vue générale sur la notion d’impact dynamique

IMPACT D’AVION SUR UNE ENCEINTE DE CONFINEMENT

Comportement du béton vis-à-vis de l’effet de vitesse

D’après le comportement généralisé du béton vis-à-vis de l’effet de vitesse, on distingue deux grands domaines de comportement identifiés par deux phases de vitesse. Les vitesses dynamiques et quasi – statique encadrent la phase « dynamique » de comportement. Quant aux vitesses quasi-statiques à statique, elles matérialisent la phase « statique ». Cette partition est reliée à l’observation de mécanismes différents dans les deux phases.
L’évolution de la courbe enveloppe des résistances (ou de rupture) explique le choix de la vitesse quasi – statique en particulier, comme valeur de caractérisation pour le béton. L’effet de vitesse sur le comportement du béton est mis en évidence par la représentation des isochrones. Le comportement obtenu à vitesse quasi-statique caractérise le béton et particulièrement, en terme de résistance.
La vitesse de chargement influence le comportement du béton. L’essai de caractérisation mené à vitesse quasi-statique (imposée par la réglementation), fournit une courbe caractéristique dont on identifie une résistance de référence fc ou ft . Pour des gammes de vitesses plus rapides, le béton présente de plus fortes résistances par effet inertiel ou par effet Stéfan dû à la mise en pression de l’eau interne du matériau.

Vue générale sur la notion d’impact dynamique

Les structures en béton sont souvent conçues pour résister à des impacts de fortes énergies cinétiques, comme par exemple, les galeries de protection dans les régions montagneuses qui permettent de protéger les routes contre les chutes de bloc ; les enceintes de centrale nucléaire qui permettent de protéger le réacteur contre tous les types d’évènement accidentel; les protections militaires permettent elles aussi de se prémunir des impacts liés aux projectiles. La réponse d’une structure lors de tels chargements peut s’exprimer en deux termes : la réponse globale et la réponse locale. La réponse globale est principalement due à la vibration de l’ensemble de la structure. L’endommagement est alors surtout lié à une réponse en mode cisaillant ou en flexion et qui va apparaître lorsque la capacité d’énergie potentielle en déformation est inférieure à l’énergie transmise par l’impact du projectile.
Ici, nous nous intéressons plutôt à la réponse locale, dont l’endommagement se localise près de la zone d’impact où la pénétration, la perforation (limite balistique) et l’écaillage ont lieu. Lorsqu’une cible est soumise à un missile rigide, le missile pénètre d’abord dans la cible. Une série d’ondes élastiques est générée par l’impact, puis, si la cible est mince, l’écaillage apparaît dans la face arrière due à la réflexion de ces ondes.

Choc mou et choc élastique

La chute d’avion, qu’il soit militaire ou civil, est qualifiée habituellement de choc mou. Cette appellation vient de l’absence de rebond de l’avion contre la paroi en béton, constatée sur les essais effectués en grandeur nature : l’avion se déforme et s’écrase complètement contre la structure en béton armé qui ne subit que de faibles déplacements (Pierre KOECHLIN, 2007).
Dans le cas de deux masses ponctuelles qui s’entrechoquent, on définit habituellement un choc mou par opposition au choc élastique .On parle de choc mou lorsque les deux corps se lient l’un à l’autre pour ne plus former qu’un seul solide et repartir avec la même vitesse, sans qu’il n’y ait aucun rebond. Au contraire, lorsqu’il y a un rebond parfait sans dissipation d’énergie, le choc est qualifié d’élastique . Le choc élastique est parfois improprement appelé choc dur.

Modèles macroscopiques pour le béton en dynamique

Concernant les lois de comportement s’appliquant à la mécanique, plusieurs modèles sont possibles :
Les modèles analogiques
Ceux qui décrivent, sur la base de comportements élémentaires unidimensionnels (ressort, amortisseur,…), les propriétés uniaxiales des matériaux.
Ces modèles sont généralement simples, cependant le passage à un comportement tridimensionnel est délicat, ce qui en restreint l’utilisation (GATUINGT, 1999).
Les modèles de comportement provenant de lissage de courbes expérimentales
Ces modèles sont performants dans la description des essais qui ont permis leur identification mais ne permettent malheureusement pas une description générale du comportement d’un matériau. En effet, ces modèles de comportement ne s’appuient sur aucune théorie qui permettrait de les étendre à d’autres chargements que ceux qui ont été utilisés pour leur identification.
Les modèles phénoménologiques
Qui décrivent des phénomènes physiques ; qui ont pour objectif, quelque soit le chargement appliqué pourvu que les phénomènes qu’ils modélisent soient actifs, d’être représentatifs du comportement. L’origine physique de ces phénomènes est toujours microscopique (glissement de plans cristallins, fermeture de la porosité, ouverture de micro-fissures, . . .), tandis que la description mathématique qui en est faite peut être soit « micro », soit « macro » en considérant le milieu comme un milieu continu. Ces modèles sont performants pour la description de multiples phénomènes mais ont, malheureusement, une complexité accrue à mesure que le nombre de phénomènes décrits augmente.

Conséquences éventuelles d’une chute d’avion sur une centrale nucléaire

Un impact direct sur un confinement : pourrait provoquer des fissures sur le confinement et/ou des systèmes et éléments de sûreté clés, générant des risques de rejets radioactifs au niveau de la centrale nucléaire, du combustible usé et/ou d’autres matières et substances radioactives.
La chute d’un avion de ligne sur une centrale nucléaire pourrait mettre en échec les contre-mesures prévues, empêchant ainsi la mise en œuvre effective des mesures immédiates d’atténuation et entraînant une situation chaotique qui pourrait déboucher sur des conséquences radiologiques catastrophiques.

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Table des matières

Introduction générale
CHAPITRE 1: COMPORTEMENT DYNAMIQUE DU BETON
1.1. Introduction
1.2. Comportement dynamique
1.2.1.Compressiondynamique
1.2.2. Traction dynamique
1.2.3. Comportement du béton vis-à-vis de l’effet de vitesse
1.3. Caractérisation des champs asymptotiques en pointe de fissure : (Ionel Nistor,2005)
1.4. Caractérisation des impacts d’avions
1.4.1.Vue générale sur la notion d’impact dynamique
1.4.2.Choc mou et choc élastique
1.4.3.Choc mou, déplacements et force d’impact
1.5. Conclusion
CHAPITRE 2: LES MODELES DYNAMIQUES
2.1. Introduction
2.2. Modèles macroscopiques pour le béton en dynamique
2.3. Modélisation du comportement du béton en dynamique
2.3.1. Modèles visco-plastiques
2.3.2. Modélisation du comportement visco-endommageable
2.3.2.1. Exemple d’un modèle visco-endommageable avec prise en compte de l’effet de vitesse (Modèle de J.F.Dubé)
2.3.3. Modèles visco-plastiques visco-endommageables
2.4. Conclusion
CHAPITRE 3 : IMPACT D’AVION SUR UNE ENCEINTE DE CONFINEMENT
3.1. Introduction
3.2. Aspect et rôle structural des enceintes de confinement
3.2.1. Les divers types d’enceintes de confinements [Jean‐Louis Costaz 1997]
3.2.1.1. Les enceintes à paroi unique du palier 900 MWe
3.2.1.2. Les enceintes à double paroi des paliers 1300 MWe et 1450 MWe(N4)
3.2.2. Le rôle de l’enceinte de confinement
3.3. Les matériaux constituant l’enceinte de confinement
3.3.1. Caractérisation du béton
3.3.2. Caractérisation de la précontraintes
3.4. Le risque de chute d’avion
3.4.1. Caractérisation des impacts d’avions [Jessica Rousseau 2009]
3.4.2.Les règles de sûreté applicables aux installations nucléaires (John Large et Associates, 2011)
3.4.2.1. L’évaluation de la résistance des installations
3.4.3. Conséquences éventuelles d’une chute d’avion sur une centrale nucléaire
3.5. Conclusion
CHAPITRE 4: APPLICATION A LA SIMULATION DE L’ENCEINTE DE CONFINEMENT
4.1. Introduction
4.2. Géométrie et ferraillage de la centrale
4.2.1. Géométrie
4.2.2. Ferraillage
4.3. Le modèle dynamique Dyna-LMT
4.3.1. Description du modèle
4.3.2. L’introduction de l’effet de vitesse
4.3.3. Les paramètres du modèle dynamique Dyna-LMT
4.4. Description de simulation numérique
4.5. Les résultats de la simulation
4.5.1. L’endommagement
4.5.2. Les ouvertures des fissures
4.5.3. Déformation des aciers
4.5.4 . Déplacement vertical du sommet du dôme
4.6. Conclusion
Conclusion générale