Comportement mécanique de la glace. Mécanismes de l'interaction glace/ouvrages en mer

Mechanical Behavior of Ice. Interaction Mechanisms Between Ice and Offshore Structures

C. Putot

Institut Français du Pétrole

Résumé

Un bon dimensionnement des ouvrages en mer Arctique nécessite un calcul assez précis des forces exercées par les glaces dérivantes. En conditions hivernales, pour lesquelles, en mer de Beaufort notamment, la glace se déplace généralement lentement, les déformations sont dues au fluage et se caractérisent par des modifications graduelles : la glace contourne l'obstacle à la manière d'un écoulement visqueux. Ce type de comportement est bien connu de nos jours, de sorte que les efforts correspondants peuvent être prédits avec une certaine sûreté. Les difficultés surgissent aux vitesses élevées : ces dernières conditions sont celles de l'impact de glaces dérivantes en été. Les déformations par fluage sont impuissantes à redistribuer les efforts et ceux-ci s'accroissent donc jusqu'à la rupture brutale. C'est donc sur un scénario de fracturation par blocs que doit désormais porter l'attention, pour une meilleure appréciation des efforts qui autrement seraient fortement surestimés, lors de l'interaction aux vitesses élevées. En particulier, l'étude de l'amorçage et de la propagation des fissures par foisonnement des défauts inévitablement présents dans la glace, constitue une orientation capitale pour une meilleure compréhension des mécanismes d'endommagement précédant la formation de glace pilée, un des schémas de ruine classiques.

Abstract

The proper sizing of offshore arctic structures requires the quite accurate computing of the forces exerted by drifting ice. Under winterlike conditions, for which ice generally moves slowly, particularly in the Beaufort Sea, deformations are due to creep and are characterized by gradual modifications. The ice flows around the obstacle like viscous flow. This type of behavior is well known today, so that the corresponding stresses can be predicted with some reliability. However, difficulties occur with higher speeds, such as the impact of drifting ice in summer. Creep deformations are powerless to redistribute stresses which thus increase until sudden breakage. Therefore, attention will henceforth have to be devoted to block fracturing to obtain a better assessment of stresses that would otherwise be greatly overestimated during interaction at high speeds. In particular, the study of the initiation and propagation of cracks by the spreading of defects that are inevitably present in ice is an important orientation for gaining a better understanding of damage mechanisms preceding the formation of crushed ice, which is one of the standard ruination procedures.