Sigles et abréviations
ART : agence de régulation des
télécommunications AUTO STABLE (pylône)
Mât autoportant
AZIMUT
L'azimut est la direction principale d'émission
d'une antenne. Il est exprimé en degrés et est compté
positivement dans le sens horaire, en partant du nord (azimut
0°).
BTS : Base Transceiver Station - Station de base
émettrice-réceptrice
La BTS est le premier élément
électronique « vu » par le téléphone, elle se
trouve près des antennes, dans une baie métallique. La BTS est
constituée de nombreuses cartes électroniques qui organisent la
liaison entre le téléphone et le réseau GSM.
CHARGE EN TETE : Somme des surfaces au vent de toutes les
antennes placées sur le pylône. DEPOINTAGE : Angle de rotation
maximale que peut subir l'entête du pylône
FH : Faisceau Hertzien
Un FH est une liaison hertzienne assurée par deux
antennes en visibilité directe et à très faible diagramme
d'ouverture, ce mode de transmission est très souvent utilisé
pour la liaison Abis.
GSM : Global System for Mobile communications -
Système global de communications mobiles
Le GSM est une norme dont le contenu dépasse 10
000 pages et qui a débuté en 1979. Le développement de la
première phase de cette norme s'est terminé en 1990, alors que
les premiers réseaux ouvraient en Europe. Cette norme de
télécommunications mobiles de 2ème
génération, choisit la transmission numérique avec
multiplexage temporel (TDMA).
M.E .F : méthode des éléments
finis
MS : Mobile Station - Station mobile,
téléphone portable
Téléphone mobile dans un réseau de
téléphonie mobile GSM. NSS : Network Sub-System -
Sous-système réseau
OCM : Orange Cameroun Mobiles
FIGURE 1-1 : ORGANISATION DE L'ENTREPRISE
...........................................................................................
4
FIGURE 1-2 : SITE DE TELECOMMUNICATION
.................................................................................................
9
FIGURE 1-3 : ANTENNE GSM 10
FIGURE1-4 : ANTENNE FH 10
FIGURE 1-5 : VUE D'ENSEMBLE D'UN PYLONE HAUBANE 12
FIGURE 2-1 : PYLONE AUTO STABLE DE 54 M: VUE EN ELEVATION ET
AERIENS 16
FIGURE2-2 AERIENS 17
FIGURE 2-3 : DESCRIPTION D'UN TRONÇON 18
FIGURE 2-4 : TYPE DE TRONÇONS A UTILISER 19
FIGURE 2-5 : ALGORITHME DE CALCUL DU COEFFICIENT DE REDUCTION
........... 30
FIGURE 2-6 : ALGORITHME DE DIMENSIONNEMENT AU FLAMBAGE
........................ 32
FIGURE 3-1 : DISCRETISATION EN ELEMENTS FINIS D'UN TREILLIS PLAN
34
FIGURE 3-2 : GEOMETRIE D'UN ELEMENT BARRE 38
FIGURE 3-3 : MODELISATION D'UN ELEMENT BARRE 38
FIGURE 3-4 : ELEMENT BARRE DANS LE PLAN (I ,X,Y) 39
FIGURE 3-5 : ELEMENT DANS LE REPERE GLOBAL 42
FIGURE 3-6 : FORCE REPARTIE SUR UNE BARRE 43
FIGURE 3-7 : FORCE REPARTIE SUR LES MEMBRURES 43
FIGURE 3-8 : FORCE REPARTIE SUR LES BARRES 43
FIGURE 3-11 : ELEMENT POUTRE EN TORSION 44
FIGURE3-9 : FORCE NODALE 44
FIGURE 3-10 : FORCE NODALE 44
FIGURE 3-12 : ORGANIGRAMME D'ANALYSE LINEAIRE PAR LA M.E.F. D'UNE
STRUCTURE A DE
POUTRES 50
FIGURE 3-13 : ETAPES DE REALISATION DE L'INTERFACE 54
FIGURE3-14 : OUTIL GUIDE 55
FIGURE 4-1 : INTERFACE DE L'APPLICATION 57
FIGURE 4-2 : MAILLAGE DU PYLONE 58
FIGURE 4-3 : PYLONE DEFORME A L'ECHELLE 10 59
FIGURE 4-4 : CHOIX DE LA REGION ET ANTENNES 59
FIGURE 4-5 : LISTING DES CORNIERES 60
FIGURE 4-6 : AFFICHAGE DES RESULTATS 61
FIGURE 4-7 : DEPLACEMENT EN TETE DU PYLONE 61
FIGURE 4-8 : AFFICHAGE PERIODES PROPRES 62
FIGURE 4-9 : RESULTAT DIMENSIONNEMENT 62
FIGURE 4-10 REACTIONS AU NIVEAU DE LA BASE DU PYLONE 63
TABLEAU 1-1 : IDENTIFICATION D'OCM
.............................................................................................................
4
TABLEAU 1-2 : PRESENCE D'ORANGE EN AFRIQUE
.....................................................................................
5
TABLEAU 1-3 : COUT DE REALISATION D'UN SITE
.........................................................................................
8
TABLEAU 2-1 : COMBINAISONS DES TYPES DE TRONÇONS 19
TABLEAU 2-2 : HAUTEUR DES TRONÇONS 19
TABLEAU 2-3 : COMBINAISONS D'ACTIONS A L'ELS 23
TABLEAU 2-4 : COMBINAISONS D'ACTIONS A L'ELS 23
TABLEAU 2-5 : PRINCIPALES ZONES CLIMATIQUES AU CAMEROUN 24
TABLEAU 2-6 : TYPE DE SITE 25
TABLEAU 2-7 : CALCUL DE LA CHARGE EN TETE D'UN PYLONE 27
TABLEAU 4-1 : RESULTATS DES REACTIONS 66
TABLEAU 4-2 : RESULTAT DU CALCUL DES CONTRAINTES 67
TABLEAU 4-3 : RESULTAT DU CALCUL DES CONTRAINTES (SUITE)
......................... 68
TABLEAU 4-4 : RESULTAT DU CALCUL DES CONTRAINTES (SUITE)
......................... 69
TABLEAU 4-5 : RESULTAT DU CALCUL DES CONTRAINTES (SUITE) 70
TABLEAU 4-6 : RESULTAT DU CALCUL DES CONTRAINTES (SUITE)
......................... 71
TABLEAU 4-7 : RESULTAT DU CALCUL DES CONTRAINTES (SUITE)
........................ 72
TABLEAU 4-8 : RESULTAT DU CALCUL DES CONTRAINTES (FIN)
.............................. 73
TABLEAU 4-9: RESULTAT DU CALCUL DES DEPLACEMENTS 73
TABLEAU 4-10 : COMPARAISON DES RESULTATS 73
Sommaire pages
Dédicaces i
Remerciements ii
Résumé ...iii
Abstract . .iv
Notations . v
Sigles et abréviations ...vi i i
Liste des figures . x
Liste des tableaux . xii
Sommaire xii
Introduction générale ..1
chapitre-1 : Présentation générale
de l'entreprise (*) 3
1-1 Historique et naissance 3
1-2 Missions 3
1-3 Actionnariat 3
1-4 Organisation de l'entreprise 4
1-5 Identification 4
1-6 Quelques activités du département
déploiement et patrimoine 5
1-7 Présence de Orange en Afrique 5
1-8 Étapes de construction du site 5
1-8-1 Commande de l'opérateur 5
1-8-2 Contenu de l'étude 6
1-9 Réalisation 7
1-9-1 Gros oeuvre 7
1-9-2 Installation et test du matériel
8
1-9-3 Mise en route 8
1-9-4 Coût 8
1-10 Les difficultés et solutions proposés
9
1-11 Site de télécommunication
9
1-11-1 Le relais 9
1-11-2 Le pylône 11
1-12 Restriction de l'étude 13
1-12-1 Type de pylônes à traiter
13
1-12-2 Modèle 14
1-13 Conclusion 14
chapitre-2 Différentes normes de construction des
pylônes 15
2-1 Introduction 15
2-2 Prise de connaissance des pylônes à
étudier 16
2-3 L'Eurocode 3 20
2-3-1 Introduction 20
2-3-2 Définition des états limites
20
2-3-3 Représentation des actions 21
2-3-4 Combinaisons d'actions 22
2-4 Charges appliquées au pylône
23
2-4-1 Combinaisons des actions 23
2-5 Les normes du vent 24
2-5-1 La zone où se situe la construction :
24
2-5-2 La hauteur de la construction 24
2-5-3 Le site où se situe la construction : ks
25
2-5-4 L'effet de dimension: ö
25
2-5-5 L'effet de masque: km 25
2-5-6 De la forme de la construction : Ce - Ci
25
2-5-7 Des actions dynamiques: 3
25
2-6 Détermination de la pression de calcul du vent
26
2-7 Action d'ensemble sur le pylône 26
2-8 Dimensionnement 28
2-8-1 L'analyse globale du premier ordre 28
2-8-2 Vérification de la résistance des
sections transversales de classe 3. 29
2-8-3 Algorithmes de vérifications 31
2-9 Conclusion 32
chapitre-3 Formulation des éléments finis
33
3-1 Introduction 33
3-2 Concept de base de la méthode des
éléments finis 34
3-2-1 La formulation élémentaire au niveau
de l'élément fini 35
3-2-2 La formulation globale au niveau de la structure
complète 35
3-3 Démarche de formulation éléments
finis 35
3-3-1 Discrétisation de la structure en
éléments finis 35
3-3-2 Construction de l'approximation nodale par sous
domaine 36
3-3-3 Etablissement de la relation entre
déformations et déplacements 36
3-3-4 Etablissement de la relation entre contraintes et
déformations 36
3-3-5 Calcul des matrices élémentaires.
36
3-3-6 Assemblage des matrices élémentaires
37
3-4 Elément fini barre 37
3-4-1 Définition 37
3-4-2 Formulation de l'élément barre dans
le plan 39
3-5 Formulation d'un élément poutre en
torsion 44
3-5-1 La matrice de rigidité 44
3-6 Résolution en analyse statique 45
3-6-1 Systèmes d'équations linéaires
45
3-6-2 Prise en compte des conditions de
déplacement imposé 45
3-6-3 Résolution du système linéaire
46
3-6-4 Calcul des efforts 47
3-7 Résolution en analyse modale 48
3-7-1 Système d'équations aux valeurs
propres 48
3-7-2 Résolution du système aux valeurs
propres 49
3-8 Algorithmes de résolution 49
3-8-1 Lecture des données 50
3-8-2 Traitement des données 51
3-8-3 Calcul de la solution 52
3-9 Création de l'interface graphique
53
3-9-1 Etapes de conception 54
3-9-2 Outil guide 54
3-9-3 Programmation du guide 55
3-10 Conclusion 56
chapitre-4 Application à un pylône de 36
mètres 57
4-1 Introduction 57
4-2 Affichage (maillage) du pylône 58
4-3 Choix de la région et de l'antenne
59
4-4 Choix des cornières 60
4-5 Affichage des résultats 61
4-6 Périodes propres du pylône : zone de
texte 62
4-7 Vérification du dimensionnement 62
4-8 Réactions à la base du pylone
63
4-9 Confrontation avec la méthode analytique
63
4-9-1 Principe de la méthode analytique
63
4-9-2 Calcul des erreurs moyennes 65
4-9-3 Conclusion 73
Conclusion générale
75
Bibliographie
Annexes
Les pylônes font partie de ces structures que
l'on qualifie de structures discrètes à cause de leur composition
en éléments barres ou poutres assemblées par soudures ou
rivetage en des points appelés <<noeuds>>, et soumises
à des forces extérieures. Le calcul analytique de ces structures
est fastidieux, voir impossible à cause du nombre élevé de
barres et de leurs connectivités. La méthode des
éléments finis est apparue avec la nécessité de
résoudre ces problèmes de calcul complexes dans un contexte
où le développement massif de l'informatique permettait
d'automatiser le traitement de gros systèmes d'équations. Presque
tous les logiciels de calcul des structures (ROBOT MILLENIUM, SAP 2000 etc.)
utilisent la méthode des éléments finis pour
déterminer les contraintes, les déplacements dans les structures,
etc.
Ces logiciels ne sont pas d'une manipulation
aisée, ils exigent une bonne formation pouvant aller jusqu'à un
an ; ne peut les utiliser efficacement que celui qui a une maitrise dans le
domaine du calcul des structures. Ces logiciels ne sont pas destinés
à une structure particulière puisque, selon le type de structure
que l'on veut concevoir, il faut adapter la méthode de calcul ainsi que
le logiciel appropriés. Tous les calculs se font de façon
automatique, en conséquence, une petite erreur de la part du
manipulateur peut conduire à des résultats aberrants, surtout si
celui-ci n'est pas un utilisateur confirmé. Parfois ces logiciels sont
dotés d'un nombre de fonctionnalités très
impressionnantes, pas toujours très utiles, parfois redondantes, qui
peuvent éventuellement davantage égarer
l'utilisateur.
Pour cela, la nécessité de
développer des programmes de calcul beaucoup plus simples et
adaptés pour certaines applications spécifiques permet
d'atteindre les résultats escomptés tout en nécessitant
les temps d'adaptation et de formation relativement courts pour les
utilisateurs.
L'objectif de ce travail est de concevoir un code, de
calcul statique et modal par la méthode des éléments finis
pour des pylônes. Ce code programmé en matlab version 2007b, sera
baptisé << GENIE >> et permettra de faire une estimation des
contraintes dans toutes les barres et de mettre en évidence, le
déplacement et la rotation en tête du pylône selon la norme
européenne
Eurocode 3. Le calcul sera effectué suivant une
analyse globale du premier ordre qui permet de déterminer la
distribution des sollicitations à l'intérieur des
différents composants de la structure. Il est à noter que
l'architecture de << GENIE >> offre la possibilité d'ajout
de nouveaux modules pour d'autres types d'application.
Sans disposer de toutes les fonctionnalités
disponibles dans les logiciels commerciaux (analyse élasto-plastique,
temporelle etc.), GENIE se veut tout de même une alternative
crédible à ces logiciels pour la conception des pylônes. En
effet, dans de nombreux cas, un nombre limité de fonctionnalités
est nécessaire. Pour cette raison, la programmation de << GENIE
>> s'est apaisantie sur ces fonctionnalités de base, en veillant
à ce que l'interface utilisateur soit la plus claire
possible.
Ce travail est développé en quatre
chapitres.
Dans le chapitre 1, est faite une présentation
générale l'entreprise. Il est question ici de donner tous les
renseignements inhérents à l'entreprise ; nous allons faire un
état de lieu du département ou s'est déroulé le
stage.
Dans le chapitre 2, nous présentons toutes les
normes relatives à la construction des pylônes à savoir :
les normes Eurocodes et les normes NV 65.
Dans le chapitre 3, les formulations
éléments finis utilisées dans l'application GENIE pour
modéliser des pylônes sont présentées. Les
modèles, les théorèmes, les équations, les formules
théoriques ainsi que les algorithmes sont
présentés.
Dans le chapitre 4, une présentation des
résultats et de l'interface graphique développée est
faite. Un exemple de calculs statique et modal est traité en vue de
calculer les contraintes et les déplacements sur le
pylône.
1-1 Historique et naissance
ORANGE fut lancé sur le marché
britannique en avril 1994 par Hutchison Whampoa groupe originaire de Hong Kong,
avec pour objectif de devenir l'opérateur de référence en
matière de communications mobiles. C'est alors le quatrième
opérateur sur ce marché déjà très
saturé. Pour atteindre son objectif, ORANGE doit donc se
démarquer radicalement. Les trois acteurs déjà
présents sur ce marché pratiquaient à l'époque une
tarification complexe et élevée. Pour les contrer, ORANGE se
forge une identité forte et innove en proposant des forfaits simples,
moins chers et avec des services supplémentaires. ORANGE est
lancée à Hong Kong en septembre 1998, et passe de la
quatrième à la première place du marché. En 1999,
ORANGE prend pied en Afrique et donc au Cameroun avec la libéralisation
du secteur de la télécommunication avec pour appellation
société camerounaise des mobiles « mobilis » et c'est
depuis juin 2002 que mobilis est devenu ORANGE CAMEROUN MOBILE. Il est
présent sur beaucoup de pays africains et occupe le deuxième rang
au Cameroun derrière MTN. [12]
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