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1 - CONTEXTE ET SPÉCIFICITÉS DU GÉNIE CIVIL

  • 1.1 - Périmètre du champ couvert
  • 1.2 - Contexte du milieu d’emploi
  • 1.3 - Attentes des gestionnaires d’ouvrages vis-à-vis des méthodes employées
  • 1.4 - Adaptation de l’instrumentation ou des systèmes d’instrumentation aux exigences de chantier du GC
  • 1.5 - Évolution des besoins

2 - AUSCULTATION DES STRUCTURES DE GÉNIE CIVIL

3 - SUIVI, AIDE À LA MAINTENANCE DES STRUCTURES DE GC : RÉSEAUX DE CAPTEURS SANS FIL

4 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

Article de référence | Réf : R1410 v1

Suivi, aide à la maintenance des structures de GC : réseaux de capteurs sans fil
Évaluation et contrôle non destructifs en génie civil

Auteur(s) : Jean-Marie CAUSSIGNAC, Vincent LE CAM, Odile ABRAHAM, Xavier DÉROBERT, Géraldine VILLAIN

Date de publication : 10 déc. 2013

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RÉSUMÉ

En génie civil, les techniques d'évaluation et de contrôle non destructifs, qui sont de plus en plus utilisées, constituent une aide efficace au suivi et à la maintenance du patrimoine bâti. Sans prétention d'exhaustivité, quelques exemples de méthodes bénéficiant des derniers progrès technologiques (RADAR, ultrasons, tomographie sismique, Ultrasonic Pulse Echo, Impact Echo, instrumentation sans fil) appliquées aux structures et aux matériaux, permettent ici d'illustrer ces propos.

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Auteur(s)

  • Jean-Marie CAUSSIGNAC : Directeur de recherche émérite - Retraité de l’Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux (IFSTTAR)

  • Vincent LE CAM : Ingénieur divisionnaire des travaux publics de l’État, Université de Nantes Angers Le Mans (LUNAM) - IFSTTAR, département Mesure, Auscultation et Calcul scientifique (MACS), Bouguenais

  • Odile ABRAHAM : Ingénieur divisionnaire des travaux publics de l’État, Université de Nantes Angers Le Mans (LUNAM) - IFSTTAR, département Mesure, Auscultation et Calcul scientifique (MACS), Bouguenais

  • Xavier DÉROBERT : Ingénieur divisionnaire des travaux publics de l’État, Université de Nantes Angers Le Mans (LUNAM) - IFSTTAR, département Mesure, Auscultation et Calcul scientifique (MACS), Bouguenais

  • Géraldine VILLAIN : Ingénieur divisionnaire des travaux publics de l’État, Université de Nantes Angers Le Mans (LUNAM) - IFSTTAR, département Mesure, Auscultation et Calcul scientifique (MACS), Bouguenais

INTRODUCTION

L’introduction des END et des CND en génie civil, voire de leur évolution, nécessite au préalable d’en rappeler quelques grandes lignes quant à leur définition et à leur usage. Il s’agit, dans la plupart des cas, d’outils ou de méthodes de mesure ou de contrôle capables de donner accès à une ou plusieurs grandeurs physiques, physico-chimiques ou chimiques caractérisant le phénomène étudié, par l’obtention, soit de valeurs quantitatives, soit d’informations par seuillage de valeurs lorsque l’on s’intéresse à de la détection d’évènements. Aujourd’hui, la notion d’instrumentation ne se limite plus à « l’instrument » mais prend en compte le capteur ou le réseau de capteurs, la saisie, la transmission et le traitement des informations. Elle englobe aussi l’action qui débouche sur ce système ou ce moyen et la démarche intellectuelle et pratique qui préside à cette action. Il s’avère nécessaire de concevoir des méthodes, d’imaginer des moyens, d’inventer des outils d’investigation pour caractériser l’état du système, d'agir sur celui-ci, de comprendre son fonctionnement, d'alimenter des modèles de comportement. Ceci suppose de mener une réflexion globale sur le système prenant en compte la réflexion cognitive et les outils de mesure ou d’investigation. Dans ce contexte, la physique de l’onde et de son interaction avec l’ouvrage doit être maîtrisée, de même que la génération de cette onde et l’interprétation de ce que l’on en mesure. De plus, la modélisation, directe ou inverse, et l’approche multi-échelle sont nécessaires pour mieux concevoir l’appareillage de génération en optimisant le procédé vis-à-vis de la structure étudiée et de tirer des observations un maximum d’informations quantitatives, voire d’aider à la prise de décision.

Selon les niveaux de connaissance, d’apprentissage et d’automatisme communiqués à l’ensemble, on couvre alors le champ communément nommé des « systèmes intelligents » ou de « smart systems ». Dans la pratique, l’instrumentation peut avoir des finalités variées parmi lesquelles :

  • comme moyen de détection et de suivi d’états pathologiques (dégradations, déformations, fissurations…) de matériaux et/ou de structures ;

  • comme outils à demeure et à temps réel ou quasi réel de contrôle de santé des ouvrages et d’aide à leur maintenance ;

  • comme maillon essentiel d’une chaîne d’asservissement, dans le cadre d’un contrôle actif ou semi-actif d’une structure ;

  • comme outil de relevé ou de caractérisation d’un état, d’un comportement ou d’un niveau de service.

Le génie civil, très réceptif à l’ensemble des moyens lui permettant d’aider à optimiser une construction en phase de réalisation et ensuite son suivi, à vérifier la conformité aux normes en vigueur ou à assurer une maintenance des structures à court, à moyen et à long terme, utilise maintenant de façon courante et ciblée les techniques modernes opérationnelles. À titre d’illustration, certaines techniques END telles que : RADAR, ultrasons, tomographie sismique, ultrasonic pulse echo, impact echo et instrumentation sans fil, complétées d’exemples d’applications, sont présentées ci-après. Sans prétention d’exhaustivité et pour limiter les propos, les méthodes électriques, infrarouges, nucléaires, les capteurs à fibres optiques et autres qui font déjà l’objet de nombreuses publications ne sont pas abordées ici.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r1410


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3. Suivi, aide à la maintenance des structures de GC : réseaux de capteurs sans fil

3.1 Un contexte technologique favorable

L’évolution des besoins en matière de contrôle et de suivi des structures de génie civil nécessite le développement de systèmes d’instrumentation performants. Généralement ce développement est le résultat d’un effort de recherche important, d’une veille technologique active et d’études de faisabilité destinées à détecter et à tester les nouveaux outils susceptibles de répondre aux nouvelles exigences des utilisateurs qui se font jour. Par essence, l'instrumentation moderne fait massivement appel aux techniques de l'électronique : conditionnement et conversion de grandeurs physiques issues d'un capteur en données numériques, traitement, stockage et communication de ces données par des systèmes à microprocesseurs dans des réseaux, etc.

L'application de ces techniques de mesures CND au génie civil implique des cahiers des charges contraignants pour les développeurs car le milieu peut être agressif : les systèmes doivent être robustes, étanches, simples de mise en œuvre et d'usage…

Une part importante de la R&D en instrumentation est également consacrée à l’intégration pertinente des innovations et des nouvelles fonctionnalités électroniques ; secteur à très forte évolutivité (l’exemple de l’iPhone en téléphonie est de ce point de vue particulièrement emblématique).

Dans ce cadre, l’instrumentation à base de capteurs sans fil et intelligents a particulièrement émergé ces dix dernières années. Son application spécifique au CND en génie civil est devenu un champ de R&D à part entière. Le présent chapitre décrit les avantages et les attentes face à cette émergence, les applications et les premiers résultats qu'offrent ces nouvelles technologies mais aussi leurs limites (figure 16).

HAUT DE PAGE

3.2 Apport des capteurs sans fil pour le CND en génie civil

HAUT DE PAGE

3.2.1 Avantages des dispositifs sans fil

Les progrès...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DANIELS (D.J.) -   Surface-penetrating RADAR  -  Instit. Electrical Engineers, London, UK, 2nd ed., 726 pp. (2004).

  • (2) - SAARENKETO (T.), SCULLION (T.) -   Road evaluation with ground penetrating RADAR  -  J. Appl. Geophys., Vol. 43, pp. 119-138 (2000).

  • (3) - BREYSSE (D.), ABRAHAM (O.) -   *  -  . – Méthodologie d'évaluation ND de l'état d'altération des ouvrages en béton. Ed. Pts et Ch., 555 p. (2005).

  • (4) - HUGENSCHMIDT (J.), LOSER (R.) -   Detection of chlorides and moisture in concrete structures with GPR  -  Mat. & struct., Vol. 41, pp. 785-792 (2008).

  • (5) - SBARTAÏ (Z.M.), LAURENS (S.), RHAZI (J.), BALAYSSAC (J.P.), ARLIGUIE (G.) -   Using RADAR direct wave for concrete condition assessment : correlation with electrical resistivity  -  Journal of applied Geophysics, Vol. 62, pp. 361-374 (2007)

  • (6)...

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