Aujourd'hui, les pylônes à treillis en acier sont les structures les plus utilisées dans les réseaux de transport de l'énergie électrique en Amérique du Nord. Ces structures présentent un intérêt au niveau de leur coût et de leur facilité de l'assemblage lors de la construction. Néanmoins, l'acier demeure un matériau corrodable. Dès leur mise en service, les lignes de transport d'énergie vieillissent et se corrodent. Certaines des structures existantes ont été construites il y a plus de 70 ans et la plupart de ces structures servent toujours, malgré leur vie utile estimée a 50 ans. Afin d'établir un programme de réparation et de maintenance efficient pour ces structures âgées, il est essentiel, dans un premier temps, d'évaluer leur état. L'évaluation de leur état est une tâche très fastidieuse à cause du manque d'information précise et de la nature complexe de la détérioration possible. De plus, certains éléments structuraux sont enfouis. Il est donc à propos de se questionner sur le comportement des fondations des pylônes à treillis dans le futur. Il faut tout d'abord identifier le problème et prouver que certaines fondations des pylônes en service peuvent être affectées par la corrosion. Il est pertinent de déterminer comment repérer les pylônes qui sont plus sujet au développement de la corrosion au niveau de leur fondation. Il faut ensuite évaluer à quel point la corrosion affecte la capacité structurale de la fondation selon son niveau de développement, donc de déterminer la capacité résiduelle d'une cornière corrodée. C'est dans cette optique que la Chaire de recherche CRSNG/HQTÉ a proposé un projet de maîtrise visant à approfondir les connaissances sur l'état des membrures de pylônes enfouies des pylônes à treillis en acier et d'évaluer leur intégrité structurale. Le présent projet de maîtrise tente d'éclaircir ces points d'investigation par ses objectifs qui sont de déterminer les paramètres influençant la corrosion des fondations de pylônes existants et d'être en mesure d'évaluer les possibilités de corrosion dans le futur et de déterminer la capacité résiduelle des cornières corrodées en compression.

L'utilisation des matériaux composites de polymères renforcés de fibres (PRF) est devenue relativement courante dans les usages d'infrastructures. La plupart des usages existants impliquent des structures en béton. Néanmoins, des travaux novateurs se sont concentrés dans l'utilisation de ces matériaux dans structures d'acier. Le but de cette recherche est de développer une méthodologie de renforcement et de réparation de connexions adaptée aux cornières à l'aide de matériaux composites. Différentes configurations de PRF de carbone permettant d'augmenter la résistance en aire nette et d'améliorer le comportement de connexions sont étudiés. Un programme expérimental constitué de quatre phases est développé à cet effet: une série d'essais de traction sur des joints à recouvrement double ont été réalisés avec différentes longueurs d'ancrage de PRFC pour la première phase, une évaluation de la contribution de PRFC selon le ratio aire nette/aire brute sur des plaques d’acier avec trous pour la deuxième phase, une étude de l’effet du nombre des couches de PRFC sur des plaques d’acier pour la troisième phase et la quatrième et dernière phase a porté sur le renforcement de connexions de cornières boulonnées en traction. Dans cette recherche il a été trouvé que la contribution du renforcement de PRFC se manifeste principalement dans la partie élastique du comportement de tous les spécimens ainsi que l’effet très significatif de la préparation de la surface sur la capacité en traction des joints. Une défaillance par décollement à l’interface adhésif-acier a été identifiée comme le mode de défaillance pour tous les spécimens.

Un réseau de transport d'énergie électrique doit être le plus robuste possible pour répondre aux besoins de la société. Les lignes aériennes de transport doivent donc faire face aux contraintes environnementales sans qu'il y ait de dommages structuraux. Les exigences esthétiques, comme avoir des lignes plus compactes près des grands centres de distribution, jumelées au rapprochement des conducteurs électriques face à une charge de vent remettent en question l'optimisation des critères de conception actuels. Les méthodes actuelles pour représenter le comportement dynamique des lignes électriques et déterminer les distances interphases à respecter sont basées sur des hypothèses simplificatrices ou sur des formules empiriques basées sur l'expérience des gestionnaires de réseau. L'objectif principal de ce projet de recherche est donc de développer une approche numérique pour étudier l'effet d'une charge de vent turbulent sur le rapprochement interphase de deux phases de conducteurs électriques afin de justifier les méthodes de calcul actuelles. L'étude se concentrera sur un nombre limité de portées avec des faisceaux de conducteurs simples et sans charge de glace. Un modèle par éléments finis de deux portées d'un conducteur simple a été développé à l'aide du logiciel Code-Aster. La génération de la charge de vent a été faite séparément à l'aide du logiciel WindGen. Le logiciel génère des signaux corrélés de vent turbulent en fonctions temporelles par la méthode de représentation spectrale. Les signaux sont ensuite convertis en charges de vent compatibles avec le solveur d'éléments finis. Les résultats du modèle numérique sont d'abord comparés avec une série d'essais dynamiques mesurant l'angle d'inclinaison des chaînes d'isolateur au vent effectués par Hydro-Québec sur une ligne expérimentale. Une fois la méthode de calcul validée, une étude paramétrique est effectuée pour étudier l'effet de divers paramètres sur le rapprochement interphase. L'effet de la longueur des portées, de la séparation interphase initiale, de la flèche des conducteurs, de la vitesse du vent, de l'intensité de turbulence du vent et de la corrélation spatiale des signaux de vent est évalué. Parallèlement, une campagne de mesure in situ pour enregistrer des vitesses de vent en plusieurs points dans l'espace a été effectuée pour étudier la corrélation spatiale. Les résultats de la campagne ont permis de justifier l'utilisation des valeurs de référence des coefficients de corrélation, ainsi que de fournir une plage de données à analyser lors de l'étude paramétrique. Les résultats du projet de recherche permettront aux concepteurs de réaliser que les dégagements requis pour la distance interphase des lignes de transport d'électricité sous un vent turbulent sont affectés par plusieurs paramètres qui ne sont pas nécessairement tous pris en compte dans les équations empiriques utilisées. Certaines sections de lignes de transport peuvent apporter un risque plus grand de court-circuit phase-phase entre les conducteurs. À long terme, de tels outils numériques peuvent aider l'analyse de ces cas spéciaux.

Face à la demande grandissante en électricité, les gestionnaires de réseaux électriques doivent implanter de nouvelles lignes aériennes de transport d'énergie électrique en périphérie des grands centres de distribution. Ces endroits très peuplés imposent de nombreuses contraintes au niveau de la conception de ces lignes. En plus d'être robustes et fiables, elles ont l'obligation d'être compactes. Ces facteurs justifient l'utilisation de pylônes tubulaires. Dans la pratique courante, la méthode abordée dans l'annexe VI de l'ASCE/SEI 48-11 est utilisée pour dimensionner la connexion au pied d'un pylône tubulaire. Cette connexion est généralement composée d'une platine soudée à la base du fût et d'ancrages. Basée sur l'expérience des fabricants de pylônes tubulaires, cette méthode donne les directives générales pour l'analyse et la conception de cette connexion. Elle permet notamment de calculer les charges axiales dans chaque ancrage pour ensuite effectuer un dimensionnement en flexion de la platine à l'aide d'équations analytiques et empiriques. Or, ces équations sont fondées sur des hypothèses qui simplifient la géométrie et le comportement de la connexion à la base d'un pylône tubulaire. Plusieurs auteurs ont recours à des analyses numériques basées sur les éléments finis pour étudier en détail la distribution des contraintes mécaniques à l'intérieur d'une structure. Dès lors, la réalisation de ce type d'analyse sur cette connexion mènerait à une meilleure compréhension de la répartition des efforts à l'intérieur de celle-ci et permettrait de justifier ou d'optimiser la méthode proposée par l'ASCE/SEI 48-11. Afin de bien comprendre le comportement de la platine, ce projet de recherche effectue l'analyse avancée de la connexion au pied d'un pylône tubulaire à 12 côtés en alliant essais expérimentaux et calculs numériques. Pour ce faire, des modèles numériques des connexions étudiées dans ce projet sont réalisés à l'aide du logiciel par éléments finis Code_Aster. Ces modèles prennent en considération le serrage des ancrages, le contact entre ces derniers et la plaque d'appui de même que les non-linéarités liées aux matériaux et à la géométrie. Des essais expérimentaux sur des spécimens à échelle réduite ont été réalisés dans le but de valider ces modèles. Les résultats de cette étude permettent aux concepteurs de mieux comprendre, entre autres, l'influence d'une configuration d'ancrages irrégulière sur la répartition des charges axiales dans les ancrages de même que l'effet des non-linéarités, liées aux matériaux et à la géométrie, sur chaque composante de la connexion à la base d'un pylône tubulaire. De plus, l'étude conclut que l'épaisseur de la platine obtenue en utilisant la méthode suggérée par l'ASCE/SEI 48-11 est conservatrice et que cette épaisseur peut être optimisée en utilisant une autre méthode de conception basée sur deux angles de 45°.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.