Titre:
Vers la robotisation du forage sonique de pré-soutènement : Contrôle
frontière de vibration axiale
Résumé:
La mise en place du pré-soutènement du tunnel au cours de la méthode
conventionnelle en forage sonique peut engendrer des tassements et des
mouvements de terrain majeurs. Cependant, ce processus manuel présente
un danger au personnel et entraine une augmentation du coût et de la
durée des chantiers. Dans ce contexte, cette thèse présente des
solutions dans le but de développer une nouvelle génération de
machines de forage automatiques permettant de contourner ces
problèmes. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au
contrôle des vibrations axiales produites au cours du forage sonique
afin d’optimiser le forage par la canalisation de l’énergie le long du
train de tiges ainsi que la possibilité
d’embraquer ultérieurement la tête de forage par un robot
manipulateur. A cet effet, un modèle de vibrations à paramètres
distribués, représenté par des EDP de type hyperbolique avec des
conditions aux limites dynamiques a été établi. Ensuite, nous avons
généré un modèle de référence sous une force d’entrée de percussion
dont l’amplitude dépend d’une fréquence de rotation de résonance,
permettant d’atteindre une amplitude maximale de l’outil de forage.
Une fois ces deux modèles définis, nous nous sommes attaqués au
contrôle des vibrations axiales. Premièrement, une loi de contrôle
frontière dépendant respectivement des déplacements axiaux du train de
tiges au niveau de la tête et de l’outil pour assurer la poursuite des
trajectoires de référence a été proposée. La stabilité au sens de
Lyapunov de cette commande, développée à l’aide de la construction de
la pseudo-énergie du système de forage a été prouvée. Ensuite, en vue
d’améliorer ces résultats de stabilité, la méthode de platitude a été
utilisée pour assurer une convergence exponentielle de l’état vers les
références. En dépit de l’efficacité des lois de commande proposées en
termes de simulations effectués, l’implémentation de ces contrôleurs
sur une machine de forage réelle reste impossible. En fait, la
validation expérimentale nécessite la connaissance des variables
d’état (position, vitesse et accélération) au niveau de l’outil de
forage. En revanche, ces variables ne sont pas disponible à la mesure,
vu l’impossibilité de placer des capteurs au niveau de l’extrémité
basse du train de tiges au cours du forage. Pour contourner ce
problème, un observateur à paramètres distribués co-localisé a été
proposé en utilisant le déplacement axial des vibrations au niveau de
la tête. De ce fait, l’étude de l’existence et l’unicité des solutions
de cet observateur en utilisant la théorie de semi-groupe, nous a
permis d’assurer la stabilité au sens de Lyapunov de cet estimateur en
dimension infinie proposé. Dans la deuxième partie, la thèse se
concentre sur le processus d’injection fluidique permettant d’évacuer
les déblais et d’éviter le bouchage au cours du forage. Une fois les
phénomènes liés à l’injection fluidique, le débit issu de
l’interaction de l’outil avec le sol, le système d’évacuation des
déblais à travers l’espace annulaire et le mouvement de translation de
la glissière ont été couplés, nous avons construit une commande basée
observateur afin de stabiliser la pression au fond du trou. Dans la
dernière partie, en vue d’effectuer des campagnes d’essais à l’aide
d’une machine de forage sonique sur un sol de type connu, nous nous
sommes intéressés à la conception d’un système d’acquisition et de
contrôle en temps réel. Ensuite, une interface homme machine a été
créée pour l’affichage et le stockage des données afin de pouvoir les
réutiliser dans les analyses post-traitement.
- Date: 24/09/2018, 14h
- Lieu: Site Pelvoux, salle Bx30
- Doctorant: Khouloud LATRACH, équipe SIMOB
- Directeur de thèse: Lotfi BEJI (MCF HDR)
- Le document de thèse est disponible sur HAL
