ancrage dans le sol et stabilité au vent : mécanique du ... · ancrage dans le sol et stabilité...
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Ancrage dans le sol et stabilité au vent : mécanique du système sol-
racines
Pauline Défossez, Ming Yang, Clément Saint Cast, Céline Meredieu, Sylvain Dupont, Thierry Fourcaud, Antoine Danquechin Dorval, Frédéric Danjon
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Ancrage du pin maritime
• Système racinaire superficiel à pivots secondaires sans développement retardé
• sol milieu hétérogène + distribution en eau variable -> forte variabilité des systèmes racinaires
• rupture de l'ancrage = phénomène discret
Introduction
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Ruptures d’ancrage
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Penchaison
Verse
Chablis Age
Ruptures d’ancrage
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Questions scientifiques
• Quels sont les mécanismes déterminants de l’ancrage dans le sol ?
• Comment évoluent-ils en fonction du développement de l’arbre et des contraintes environnementales (sol, vent) ?
Introduction
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Méthodes
Mesures
Numérisation 3D /architecture
Sol
Sol Force
Propriétés physiques et résistance mécanique du sol
angle Force
Observations In situ
Essais de treuillage quasi-statiques
Dommages tempête Rectitude tronc
Propriétés d’ancrage : relations empiriques
Force
Résistance mécanique des racines
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Méthodes
Code ABAQUS
Modèle biomécanique Mesures
Calculs de déformations et de rupture : propriétés d’ancrage
Numériation 3D /architecture
Sol
Sol Force
Essais de treuillage quasi-statiques
Dommages tempête Rectitude tronc
Sol Racines
Force
Résistance mécanique des racines
Propriétés physiques et résistance mécanique du sol
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Méthodes
Code ABAQUS
Modèle biomécanique Mesures
Calculs de déformations et de rupture: propriétés d’ancrage
Numérisation 3D /architecture
Sol
Sol Force
angle Force
Observations In situ
Essais de treuillage quasi-statiques
Dommages tempête Rectitude tronc
Propriétés d’ancrage : relations empiriques
Sol Racines
Force
Résistance mécanique des racines
Propriétés physiques et résistance mécanique du sol
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Penchaison
Verse
Chablis Age
Résultats
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Jeunes arbres
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Jeunes arbres
VENT
VENT
Tension
VENT Tension
Flexion
Rigidité de flexion fonction des surfaces en section au carré
Résistance en tension fonction des surfaces en section
Résultats
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Jeunes arbres
Résultats
Danquechin Dorval et al. 2016
Tension maximale relative (kPa m-1)
Pro
fon
deu
r (c
m)
Rigidité de flexion relative (kPa.m) Droit
Versé
48 pins de 12 ans
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Résultats
Penchaison
Verse
Age
Jeunes arbres
Architecture du système racinaire détermine résistance à la verse
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• Case 0
Système typique: pins maritimes 28 cm DBH (reference)
• Case 1
case 0 sans pivot
• Case 1-P
Renforcement des traçantes au vent et sous le vent par acclimatation
Case 0
Case 1
Case 1-P
Arbres adultes
Résultats
angle Force
h
Mcritique
Case 1-P
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Case 0
Case 1
Case 1-P
Contraintes
Arbres adultes
Résultats
Endommagement
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• Le pivot rôle majeur dans l’ancrage
• Compensation par acclimatation
-60.8%
+57.6%
19
Arbres adultes
Résultats
Mcr
itiq
ue
(kN
m)
Angle à la base du tronc (°) Yang et al. 2016
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Chablis Age
Arbres adultes
Résultats
→Architecture du système racinaire
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Arbres adultes
Résultats
Danjon et al., 2005
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Résultats
Arbres adultes
24 pins de 50 ans Chablis ou non
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Danjon et al., 2005
Arbres adultes
Résultats
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Arbres adultes Approche statique -> Résistance d’ancrage ne dépend pas de
la teneur en eau du sol
17 pins adultes (h=26 m) pour 3 conditions d’humidité du sol w
Moment critique lors du chablis
angle Force
h
Résultats
Mcritique
Defossez et al. (en préparation)
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Arbres adultes Approche dynamique du vent et de l’arbre par simulation
numérique
Résultats
VENT
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Indicateur de plasticité du sol
Arbres adultes
Résultats
Sol non saturé Sol saturé
Approche dynamique: effet de l’humidité du sol
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Résultats
Arbres adultes
Sol saturé Sol non saturé
Approche dynamique: effet de l’humidité du sol
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Arbres adultes
Résultats
Approche dynamique: l’humidité du sol modifie la résistance d’ancrage
Sol saturé Sol non saturé
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Arbres adultes
Yang et al. (en préparation)
Indicateur de plasticité du sol
u(m/s)
temps (s)
t = 14. s
t = 14.5 s
t = 17. s
t = 11. s
t = 14.5 s
t = 20. s
Résultats
Suite de rafales de vent -> endommagement progressif du sol
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Chablis Age
Arbres adultes
Structure du sol et contenu en eau du du sol modifient la résistance au chablis
Résultats
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Conclusion
Penchaison
Verse
Chablis Age
Ruptures d’ancrage
→Architecture du système racinaire →Structure du sol →Croissance et acclimatation
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Remerciements
Contribution
• UE Experimentale de Pierroton
• Appui technique : J.M. Bonnefond, D.Garrigou, R.Ségura
• Appui informatique : S. Griffon, M. Irvine
Financements
• Région Aquitaine ( projet VENTPIN) ANR (projet TWIST : ANR-1C3-JS06-0006), LabexCOTE (ANR-10-LABX-45)
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MERCI