Développé dans le cadre d’une collaboration entre SUPERLIT et l’Université Boğaziçi, au titre du Programme TÜBİTAK TEYDEB 1505 de soutien à la coopération université-industrie, le système flexible de raccordement de tuyaux en PRV résistant aux séismes a été évalué au moyen d’analyses numériques fondées sur des enregistrements sismiques réels, d’essais mécaniques à l’échelle réelle et d’essais sur table vibrante. Ce système innovant est conçu pour s’adapter aux mouvements du sol susceptibles de se produire pendant un séisme, tout en préservant l’intégrité et l’étanchéité de la canalisation.

Les séismes présentent des risques importants non seulement pour les bâtiments et les structures en surface, mais également pour les infrastructures critiques assurant le transport de l’eau potable, des eaux usées, de l’eau d’irrigation et des fluides industriels. Les déformations du sol provoquées par un séisme peuvent entraîner des mouvements axiaux et angulaires dans les canalisations et générer d’importantes concentrations de contraintes, notamment au niveau des raccords. Ces phénomènes peuvent endommager les canalisations, provoquer des fuites et entraîner des interruptions de service.

SUPERLIT et l’Université Boğaziçi ont mis en œuvre un important projet de coopération université-industrie afin d’améliorer la résilience sismique des infrastructures critiques.

Intitulé « Conception et développement d’un système de raccordement assurant la résistance sismique des canalisations composites », ce projet est mené dans le cadre du Programme TÜBİTAK TEYDEB 1505 de soutien à la coopération université-industrie.

Dans le cadre du projet, un système innovant de raccordement de tuyaux en PRV a été développé afin de s’adapter aux mouvements provoqués par les séismes et les différentes déformations du sol, tout en préservant l’intégrité et l’étanchéité de la canalisation.

Un système de raccordement flexible adapté aux mouvements sismiques

Contrairement aux raccords de canalisation conventionnels, le système développé est conçu pour permettre des mouvements angulaires et axiaux contrôlés au niveau du raccord.

Les capacités de mouvement visées pour le système ont été définies comme suit :

• Une déviation angulaire pouvant atteindre 7,5 degrés

• Un mouvement axial pouvant atteindre 6 centimètres dans chaque direction

• Le maintien de l’étanchéité lors de mouvements répétés

• La préservation de l’intégrité du système sous une pression interne élevée et des charges mécaniques

• La réduction des effets des déformations du sol provoquées par les séismes sur la canalisation

Grâce à ces capacités de mouvement, le système contribue à empêcher que les sollicitations transmises à la canalisation pendant un séisme ne se concentrent en un seul point. La capacité du raccord à se déplacer de manière contrôlée permet à la canalisation de s’adapter plus sûrement à l’évolution des conditions du sol.

Une démarche intégrant conception, analyse et prototypage

Le projet ne s’est pas limité à la conception d’une nouvelle géométrie de raccordement. Pendant le développement du système, la géométrie du raccord, la structure du matériau composite, les propriétés de la résine et des fibres de verre, les paramètres de fabrication ainsi que les composants d’étanchéité ont été étudiés selon une approche d’ingénierie globale.

Les travaux préparatoires ont débuté en 2022 et la phase de mise en œuvre a été lancée au début de l’année 2023. Plusieurs solutions de conception ont été élaborées dans le cadre du projet. Les prototypes réalisés ont ensuite été progressivement améliorés en fonction des résultats des analyses numériques et des études expérimentales.

Au cours de ce processus :

• Le comportement mécanique de la géométrie du raccord a été étudié.

• La structure du matériau composite a été évaluée sous différentes conditions de chargement.

• Les propriétés de la résine et des fibres ont été améliorées conformément aux résultats des essais.

• Les paramètres de fabrication ont été optimisés à partir des données obtenues avec les prototypes.

• Les performances d’étanchéité du système de raccordement sous pression ont été vérifiées.

• Différents scénarios de mouvements angulaires et axiaux ont été comparés.

Plus de 50 essais réalisés tout au long du projet ont joué un rôle important dans l’amélioration et la finalisation de la conception du système.

Des essais complets sur des tuyaux à l’échelle réelle

Des essais mécaniques complets ont été réalisés sur des tuyaux en PRV à l’échelle réelle afin d’évaluer le comportement du système de raccordement dans des conditions réelles d’utilisation.

Le système a été soumis à des essais de chargement axial, de mouvements cycliques, de déviation angulaire et de pression interne sur des tuyaux vides, remplis d’eau et pressurisés. Ces essais ont permis d’examiner non seulement les performances du raccord face à un mouvement unique, mais aussi son comportement mécanique et le maintien de son étanchéité lors de mouvements répétés.

Les données recueillies au cours de ces essais ont été utilisées à différentes étapes du processus de conception. La géométrie du raccord et les propriétés des matériaux ont ainsi été développées non seulement à partir de calculs théoriques, mais également sur la base des résultats d’essais à l’échelle réelle.

Des analyses numériques fondées sur des enregistrements sismiques réels

Différents scénarios de séisme et mouvements du sol ont été évalués au cours de la phase d’analyse numérique du projet.

Des enregistrements de mouvements du sol provenant des séismes de Kahramanmaraş et de Kobe ont été utilisés pour modéliser le comportement de la canalisation et du système de raccordement pendant un séisme. Les analyses ont considéré simultanément la canalisation enterrée, le sol environnant et le système de raccordement développé.

Les études numériques ont porté sur les mouvements axiaux et angulaires susceptibles de se produire dans la canalisation, la répartition des contraintes au niveau du raccord ainsi que la réponse du système à différents mouvements sismiques.

Les résultats obtenus ont été évalués conjointement avec les données issues des essais mécaniques et des essais sur table vibrante à l’échelle réelle, puis intégrés au processus de conception.

Des essais à l’échelle réelle sur table vibrante à Kandilli

Des essais à l’échelle réelle ont été menés au Laboratoire des structures et de la table vibrante du campus Kandilli de l’Université Boğaziçi afin d’évaluer les performances du système de raccordement développé dans des conditions sismiques.

Dans le dispositif expérimental, la canalisation a été installée de manière à reproduire les conditions d’utilisation d’une conduite enterrée. Lors des essais sur table vibrante fondés sur des mouvements sismiques réels, le comportement combiné de la canalisation, du sol environnant et du système de raccordement a été observé.

Les essais ont notamment porté sur :

• Les mouvements angulaires se produisant au niveau du raccord

• Les déplacements axiaux de la canalisation

• L’interaction entre la canalisation et le sol

• Le comportement mécanique sous l’effet de mouvements sismiques répétés

• Les performances d’étanchéité du raccord

• La préservation de l’intégrité globale du système

L’évaluation conjointe des résultats des analyses numériques, des essais mécaniques et des essais sur table vibrante a fourni une base de validation importante pour l’adaptation du système aux conditions réelles du terrain.

La rencontre de l’expertise académique et de l’expérience industrielle

Le projet a réuni l’expertise académique de l’Université Boğaziçi dans les domaines du génie parasismique, des matériaux composites, de la modélisation numérique et des essais à l’échelle réelle, ainsi que l’expérience de SUPERLIT dans les systèmes de canalisations en PRV, les technologies de fabrication et les applications sur le terrain.

La direction académique du projet a été assurée par la professeure Gülüm Tanırcan, membre du corps enseignant du Département de génie parasismique de l’Observatoire de Kandilli et de l’Institut de recherche sur les séismes (KRDAE) de l’Université Boğaziçi. Le professeur Nuri Bülent Ersoy, du Département de génie mécanique de la Faculté d’ingénierie de l’Université Boğaziçi ; la professeure Ayşe Edinçliler, directrice du Département de génie parasismique du KRDAE ; ainsi que le Dr Hasan Emre Demirci et le Dr Kaveh Shahidi, du Département de génie mécanique, ont également apporté de précieuses contributions au projet dans leurs domaines d’expertise respectifs.

Du côté de SUPERLIT, la direction du projet a été assurée par Hakan MİS, tandis que les équipes de conception et de production de l’entreprise ont joué un rôle actif dans le développement du système, la préparation des prototypes, l’amélioration des procédés de fabrication et la réalisation des essais.

Mené grâce aux efforts conjoints des universitaires, des chercheurs, des équipes de laboratoire, de la direction du projet de SUPERLIT ainsi que de ses équipes de conception et de production, ce projet constitue un exemple important de coopération université-industrie visant à transformer les résultats de la recherche scientifique en une solution d’infrastructure applicable et commercialement viable.

Une contribution à la continuité de service des infrastructures critiques

Le maintien en fonctionnement des réseaux d’eau potable, d’eaux usées et des autres infrastructures critiques après un séisme revêt une importance majeure pour la gestion des catastrophes et la continuité de la vie quotidienne.

Le système flexible de raccordement de tuyaux en PRV développé est notamment destiné aux projets d’infrastructure situés dans des régions présentant un risque sismique élevé ou dans lesquelles différentes formes de déformation du sol sont susceptibles de se produire.

La capacité de mouvement contrôlé du système vise à contribuer à :

• Réduire les concentrations de contraintes dans la canalisation

• Protéger les points de raccordement

• Favoriser le maintien de l’étanchéité

• Réduire les risques de dommages et d’interruptions de service

• Préserver le fonctionnement des infrastructures après un séisme

Une approche d’ingénierie au service d’infrastructures plus résilientes

Le changement climatique, l’urbanisation rapide, la croissance démographique et l’augmentation des risques de catastrophes naturelles renforcent la nécessité de disposer de solutions d’infrastructure plus résilientes et adaptables.

Grâce à ses technologies de canalisations en PRV et à ses solutions d’ingénierie, SUPERLIT continue de développer des réponses non seulement aux besoins actuels en infrastructures, mais également aux risques environnementaux et structurels susceptibles d’apparaître à l’avenir.

Le projet mené avec l’Université Boğaziçi démontre que l’association des connaissances académiques, de la recherche expérimentale, de l’ingénierie avancée et des capacités de production industrielle peut contribuer à créer des infrastructures plus sûres, plus résilientes et plus durables.