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Durata:
Les ponts constituent des éléments fondamentaux de notre système d'infrastructures, indispensables pour la circulation efficace des personnes et des marchandises dans des territoires caractérisés par une orographie variée et souvent exposés à des risques sismiques, hydrauliques et géomorphologiques élevés. La dégradation naturelle des matériaux, accélérée par des conditions environnementales agressives, une maintenance inadéquate et des défauts de construction, explique pourquoi le patrimoine infrastructurel actuel nécessite une attention particulière pour identifier les situations les plus critiques et prévenir la survenue d'événements indésirables. Cette proposition s'inspire d'expériences récentes sur le terrain afin de sélectionner des mesures de protection, de gestion et d'entretien à application immédiate lors de situations d'urgence réelles. Elle se concentre en particulier sur la dynamique de l'écoulement fluvial, qui joue un rôle important dans la morphologie du lit des rivières. La construction d'une pile de pont au sein du cours d'eau modifie sa section transversale, entraînant une modification de l'écoulement. Ces changements sont principalement à l'origine du processus d'érosion autour des piles, qui constitue l'une des principales causes de défaillance des ponts. Nous proposons l'application d'un dispositif innovant agissant comme un atténuateur d'intensité de la vortexité générée par la dynamique complexe se produisant à l'intersection entre le fond du lit et l'obstacle. BIO-EMBRACE vise à analyser la dynamique de l'écoulement à différents régimes et les conditions aux limites entre l'eau et la pile du pont, au moyen d'une approche hybride et multi-échelle inédite. Le livrable final du projet sera la conception et le test d'un dispositif innovant capable de réduire l'érosion. Nous développerons une méthodologie intégrée théorique-numérique-expérimentale, en réunissant l'expertise des partenaires dans leurs domaines respectifs, notamment la simulation de la dynamique des fluides et les techniques expérimentales. Les simulations numériques seront réalisées tant à l'aide des techniques classiques de Computational Fluid Dynamics (CFD), qu'avec deux méthodes numériques basées sur les particules : la méthode de Lattice Boltzmann (LBM) et la dynamique des particules lissées (SPH), conformément aux compétences de toutes les unités impliquées. Les simulations numériques, dûment validées, soutiendront la définition de modèles facilement applicables en phase de conception.
Objectifs:
L’innovation du projet réside dans la nécessité de combler ces lacunes en abordant conjointement les trois problématiques, les rendant ainsi indissociablement liées. Un autre résultat important du projet sera le dépôt de brevet et la possible commercialisation de nouveaux dispositifs inspirés du vivant, appelés « bridgelet », conçus pour être installés comme mesures de réhabilitation sur les piles de ponts existantes. La commercialisation de ces dispositifs innovants aura un impact significatif sur le secteur de la sécurité et de la maintenance, en permettant d'améliorer les performances actuelles des dispositifs de gestion des risques de catastrophe et en promouvant de nouvelles normes, plus sûres, pour la conception et la réalisation de nouveaux ponts. Ce nouveau paradigme de conception, en plus d’améliorer la sécurité, ouvrira la voie à la création de structures plus faciles à surveiller et capables de capter l’énergie directement à partir du flux d’eau, un secteur en émergence dans la recherche technologique. Cette opportunité pourrait révolutionner l’approche des énergies renouvelables et de la conservation de l’énergie, en permettant d’obtenir directement de l’énergie utilisable à partir d’une source massive mais jusque-là inexploitée. Le projet apportera également de nouvelles réponses au problème urgent de la production d’énergie durable et propre, sans impacter les ressources naturelles. En conclusion, ce projet se distingue par son important impact scientifique et socio-économique, dans des domaines variés allant de la sécurité hydraulique des piles existantes au développement de nouveaux standards pour la conception et la maintenance des ponts.
L’un des aspects les plus remarquables de BIO-EMBRACE réside dans l’inspiration biomimétique des contre-mesures qui seront développées : la conception du dispositif proposé s’inspire de la nature, plus précisément de l’éponge de verre abyssale Euplectella aspergillum, dont les performances remarquables, tant structurelles que fluidodynamiques, ont inspiré de nombreux travaux de référence dans la littérature scientifique. Il convient de souligner que les unités de recherche impliquées dans ce projet collaborent déjà avec succès depuis plusieurs années, comme en témoignent les publications conjointes figurant dans le CV des scientifiques concernés. De plus, la plupart des personnes impliquées ont déjà appliqué leur domaine d’expertise à la problématique des interactions fluide-structure.
Résultats attendus:
L'impact du projet est vaste sous plusieurs points de vue. Le premier impact important est attendu dans le domaine de l'évaluation des risques liés à la vulnérabilité des ponts. L'Italie est un territoire traversé par de nombreux cours d'eau de grande, moyenne et petite taille, dont beaucoup franchissent des ouvrages artificiels, parfois même d'importance historique. Grâce à BIO-EMBRACE, des lignes directrices unifiées permettront une meilleure évaluation du risque lié aux différents régimes d'écoulement, en fonction des caractéristiques et de l'état de la structure de l'obstacle. La matrice de risque sera proposée comme outil OpenAccess à la disposition des Institutions Publiques et des entreprises privées. Un tel instrument aura un impact majeur sur la capacité d'un territoire à réagir rapidement face à des événements catastrophiques, apportant ainsi des bénéfices économiques significatifs, mais surtout sociétaux. D'un point de vue scientifique, la nouvelle méthodologie hybride, massivement scalable pour le calcul haute performance (HPC), et validée sur des études de cas réelles, constituera une avancée majeure en soi, avec de potentielles retombées importantes même dans des domaines différents de celui étudié : les écoulements à surface libre et multiphasiques sont en effet omniprésents et leurs applications innombrables. Un impact similaire et considérable sera généré par les résultats de la campagne expérimentale, qui produira un vaste ensemble de données OpenAccess, d'une grande utilité tant pour les Institutions Publiques que pour les entreprises privées. De plus, la possibilité de comparer directement la nouvelle méthodologie hybride avec les résultats expérimentaux permettra d’établir également un nouveau paradigme scientifique et technologique pour les futurs standards d’ingénierie dans ce domaine. À ce jour, il manque une méthodologie intégrée pour l’analyse fiable de l’interaction fluide-structure à surface libre. Cela s’explique par la rareté des données expérimentales, l’absence de modèles numériques d’interaction fluide-structure à la fois précis et économiquement viables, ainsi que par le manque de modèles théoriques fiables à utiliser lors de la phase de conception.
Coordinateur:
Team:
Chiara Biscarini - Università per Stranieri de Pérouse
Valentino Santucci - Università per Stranieri de Pérouse
Giacomo Falcucci - Università degli Studi de ROME "Tor Vergata"
Andrea Colagrossi - Conseil National de la Recherche
Salvatore Marrone - Conseil National de la Recherche