Fatigue due aux effets aéroélastiques de détachement des vortex dans les poteaux tubulaires de grande hauteur

L’ingénierie des structures a constamment progressé, permettant l’élaboration de solutions toujours plus innovantes et efficaces. Cette évolution a facilité la conception de structures plus élancées, légères et optimisées, capables de répondre aux exigences fonctionnelles et architecturales croissantes. Cependant, ces progrès ont également introduit de nouveaux défis, parmi lesquels la fatigue structurale due aux charges cycliques, un phénomène cumulatif particulièrement difficile à détecter de façon précoce.

Auteur	Begoña Luna García
Université	École supérieure d’ingénierie, Université Loyola Andalousie, Espagne

Visualisation d’un poteau tubulaire en acier de grande hauteur conçu pour l’éclairage urbain

Modèle de poteau d’éclairage en acier

Dans les structures exposées à des charges variables (comme le vent, la circulation ou les vibrations environnementales), la fatigue représente un mécanisme de dégradation pouvant se développer même lorsque les tensions restent en dessous de la limite élastique du matériau. La répétition de ces sollicitations au fil du temps peut engendrer des microfissures qui, en se propageant, compromettent sérieusement la capacité portante du système. Étant donné qu'il s'agit d'un processus lent et sans signes évidents à ses premiers stades, il constitue une menace difficile à détecter et souvent sous-estimée.

L'interaction entre le flux d'air et des éléments structurels de géométrie simple, comme des poteaux cylindriques verticaux, peut déclencher des phénomènes aérodynamiques significatifs. Parmi eux, le décollement de vortex (vortex shedding) se distingue par sa capacité à induire des vibrations transversales cycliques. Bien que ces oscillations puissent sembler inoffensives du point de vue statique, leur nature répétitive peut générer des effets cumulatifs significatifs.

Le développement d'outils de simulation structurelle tels que RFEM, combiné avec l'avancée des normatives comme l'Eurocode 1, Partie 1-4, permet actuellement d'évaluer plus précisément les effets dynamiques du vent sur les structures élancées. Ces outils permettent l'analyse du comportement face aux charges aérodynamiques, l'estimation des dommages par fatigue et la prédiction de la durée de vie, en incorporant des variables telles que le type de vent, la fréquence de vibration et les propriétés du matériau.

Ce travail de fin d'études analyse le phénomène de fatigue structurelle induite par le décollement de vortex dans les poteaux d'éclairage, en appliquant des critères normatifs et des outils de modélisation numérique. La réponse dynamique de la structure sera simulée et les dommages accumulés au fil du temps seront estimés. L'objectif est non seulement de approfondir la compréhension de ce phénomène, mais aussi de contribuer à un design structurel plus sûr, efficace et durable, conforme aux exigences actuelles de durabilité et de fiabilité.

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Projet de Fin d’Études complet

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