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37RAPPORT D'ACTIVITÉ CHAPITRE

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  • cours - matière potentielle : du temps


37RAPPORT D'ACTIVITÉ 2006 | CHAPITRE 2 Le souci de continuer à utiliser les infrastructures routières et autoroutières depuis les années soixante accroît progressivement l'attention consacrée à la maintenance des infrastructures en service. Cette tendance se reflète dans l'évolution des priorités de recherche du LCPC, de plus en plus orientées vers le développement de nouveaux concepts et moyens de diagnostic et de maintenance. À titre d'exemple, la mise au point de technologies sans fil pour l'acquisition, le traitement et la restitution de données d'auscultation de structures – plates-formes mobiles d'instrumentation, réseau de capteurs intelligents sans fil, utilisation du géopositionnement… –, et le développement de nouveaux capteurs permettant de connaître l'état physico-chimique des ouvrages ou encore la modélisation du vieillissement des structures constituent des évolutions remarquables. L'année 2006 a vu la clôture d'une opération importante sur la sécurité structurale des ouvrages qui a abouti à la mise au point de plusieurs outils d'évaluation de la capacité portante des structures, de leur fiabilité et de leur comportement dynamique. L'année 2006 s'est également traduite par le démarrage de plusieurs opérations de recherche. Dans le domaine du diagnostic des structures, le Laboratoire vise à exploiter les dernières avancées de l'optique, de l'imagerie et des méthodes de traitement de l'information en temps réel pour développer l'auscultation à grand rendement des ouvrages et des systèmes d'instrumentation mobiles et communicants.

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  • maintenance des infrastructures

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  • lcpc

  • évolution du patrimoine

  • décision dans le cadre des stratégies d'entretien du réseau routier


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RAPPORT D’ACTIVITÉ 2006 | CHAPITRE 2 37DIAgnOSTIC ET MAInTEnAnCE DES InFRASTRuCTuRES
Valoriser les infrastructures
existantes : diagnostic
et maintenance
Le souci de continuer à utiliser les infrastructures routières et autoroutières
depuis les années soixante accroît progressivement l’attention consacrée à
la maintenance des infrastructures en service. Cette tendance se refète dans
l’évolution des priorités de recherche du LCPC, de plus en plus orientées vers
le développement de nouveaux concepts et moyens de diagnostic et de
maintenance.
À titre d’exemple, la mise au point de technologies sans fl pour l’acquisition,
le traitement et la restitution de données d’auscultation de structures – plates-formes mobiles
d’instrumentation, réseau de capteurs intelligents sans fl, utilisation du géopositionnement… –,
et le développement de nouveaux capteurs permettant de connaître l’état physico-chimique des
ouvrages ou encore la modélisation du vieillissement des structures constituent des évolutions
remarquables.
L’année 2006 a vu la clôture d’une opération importante sur la sécurité structurale des ouvrages qui
a abouti à la mise au point de plusieurs outils d’évaluation de la capacité portante des structures, de
leur fabilité et de leur comportement dynamique.
L’année 2006 s’est également traduite par le démarrage de plusieurs opérations de recherche.
Dans le domaine du diagnostic des structures, le Laboratoire vise à exploiter les dernières avancées
de l’optique, de l’imagerie et des méthodes de traitement de l’information en temps réel pour
développer l’auscultation à grand rendement des ouvrages et des systèmes d’instrumentation
mobiles et communicants. Dans le domaine de la maintenance des ouvrages, le LCPC cherche
à développer des outils d’aide à la gestion des ouvrages en s’orientant vers une approche
performantielle et probabiliste de la durée de vie des ponts, en améliorant la prise en compte des
aspects socio-économiques et environnementaux dans l’entretien des chaussées et en travaillant sur
de nouvelles méthodes de traitement de pathologies spécifques . n
THÈSES SOuTEnuES
Localisation d’un Caractérisation Durabilité des Contribution à l’étude de
engin volant dans un électromagnétique des géotextiles - thermo- méthodes de traitement
environnement 3D bétons bitumineux et oxydation du d’images appliquées à la
pour l’inspection des hydrauliques dans la polypropylène détection de fissures de
ouvrages d’art bande spectrale 50 mgh- Emmanuel Richaud (PCM) surface de chaussées
Najib Metni (MI) 13GHZ Peggy Subirats (MI)
Mourad Adous (RMS)38
EOLBUS, un extensomètre
à fibre optique pour suivre
le comportement des
ouvrages d’art
L’instrumentation devient aujourd’hui un moyen intégré
de suivre, sans intervention humaine particulière, le
2
comportement d’une structure. Noyer des capteurs, par
exemple à fibre optique, dans le béton d’un ouvrage en
construction permet ainsi d’alimenter au cours du temps
un véritable carnet de santé de celui-ci. Subventionné de
2003 à 2006 par le Réseau génie civil et urbain (RGCU),
le projet appelé Extensomètre optique de longue base de
mesure uniformément sensible (EOLBUS) a réuni, aux côtés
du LCPC et du laboratoire régional de Bordeaux, deux
entreprises privées : Fogale-Nanotech et Idil Fibres optiques.
La chaîne de mesure retenue présente deux spécificités
qui ont été brevetées. La première est l’enrobage de la
fibre optique, composite en forme de tresse qui assure le
transfert sans modification du champ de déformations du
béton à la fibre optique. À l’intérieur de cet enrobage, deux
types de capteurs sont juxtaposés : des extensomètres
et des réseaux de Bragg servant de thermomètres. La
seconde originalité consiste à utiliser une même architecture
pour interroger ces deux types de capteurs très différents.
3
La chaîne de mesure complète développée dans le
cadre du projet Eolbus a été testée en laboratoire
puis sur le pont des Chauvauds, près d’Angoulême.
Les premières mesures à long terme ainsi que celles
effectuées durant les essais de réception du pont
ont montré un excellent accord entre les jauges de
déformation et les capteurs à fibre optique contigus.
Au LCPC, les résultats du projet sont valorisés par
deux thèmes de recherche : d’une part, l’utilisation
1. de tels extensomètres en évaluation dynamique
Mise en place des des ouvrages d’art et, d’autre part, l’utilisation de
capteurs.
l’enrobage spécifique de fibre optique pour réaliser
2. et 3. des capteurs répartis de type Brillouin. n 1
Structure de
l’extensiomètre à
ftre optique destiné Contact sylvie.lesoille@lcpc.fr
à être noyé dans le
Division Métrologie et Instrumentation (MI)béton.
Photographie (2) ;
modélisation (3)RAPPORT D’ACTIVITÉ 2006 | CHAPITRE 2 39DIAgnOSTIC ET MAInTEnAnCE DES InFRASTRuCTuRES
Constructif : séparer les Optimisation de la gestion
effets structuraux des effets patrimoniale des ponts
thermiques dans le suivi
Dans le cadre de la loi organique sur les lois de fnances
(Lolf), la direction générale des Routes a mandaté le de santé des ouvrages par
Service d’études techniques des routes et autoroutes
(Setra) pour réaliser une étude sur l’optimisation contrôle vibratoire
de la gestion patrimoniale des ouvrages du réseau
national structurant après décentralisation. Associée
Le contrôle de santé des ouvrages par le suivi en à cette réfexion, le LCPC a développé une approche
continu des vibrations non contrôlées révèle un fort probabiliste permettant, d’une part, d’apprécier
potentiel d’application. Mais tout diagnostic d’évolution
structurale fondé sur des mesures dynamiques se
heurte à l’infuence, souvent prépondérante, du champ
de température sur le comportement vibratoire des
structures. Ainsi, les accélérations qu’on relève sur les
ponts rendent compte à la fois des effets thermiques
et de l’éventuelle évolution de la structure due à un
endommagement.
Au travers du projet Constructif, le LCPC, l’École centrale
et l’Institut de recherche en informatique et systèmes
aléatoires (Irisa) ont introduit et validé de manière
expérimentale de nouveaux algorithmes de détection
d’endommagement avec rejet des effets thermiques 1
par modèle. Grâce à cette technique d’élimination
thermique par modèle, l’indicateur d’endommagement l’évolution globale du patrimoine et, d’autre part, de
calculé à partir des mesures dynamiques distingue déterminer les stratégies de maintenance optimales et
une poutre saine d’une poutre endommagée sur globales respectant des indicateurs cibles de qualité.
une large plage de température, incitant à revisiter L’objectif de l’étude a consisté à mettre au point un modèle
tant la modélisation des structures soumises à des de prédiction non pas à l’échelle des éléments d’un
précontraintes d’origine thermique que l’identifcation ouvrage, mais globalement à l’échelle de l’ensemble des
en temps réel du champ de température sur la base de ponts du réseau national structurant soumis à l’inspection
mesures en quelques points. n Image qualité ouvrages d’art (IQOA), afn de déterminer
leur évolution en fonction des politiques appliquées.
L’approche retenue repose sur l’évaluation de la probabilité Contact frederic.bourquin@lcpc.fr
avec laquelle les ouvrages vont passer d’un état à un Division Métrologie et Instrumentation (MI)
autre, au cours du temps, sans présupposer de modèle de
dégradation a priori. Le concept mathématique probabiliste
utilisé afn de déterminer les prédictions les plus réalistes
1.possibles d’évolution du patrimoine est conjugué avec
Le Pont Jules Verne
divers scénarios de gestion pour en comparer les (Somme) construit
en 1987.conséquences.
Les simulations d’évolutions, combinées à une étude de
coûts, ont contribué à déterminer les stratégies permettant
de maintenir le patrimoine dans un bon état tout en
maîtrisant les coûts d’entretien ou de remise à niveau. n
Contact christian.cremona@lcpc.fr
Division Fonctionnement et Durabilité des Ouvrages d’Art (FDOA)40
grande (10 à 20 %) de leur charge initiale. En dessous Estimation de la tension
de 100° C, elles retrouvent leurs caractéristiques après résiduelle des câbles de refroidissement. n
précontrainte du Pont de
(1) Méthode LCPC n° 5
l’Onia (Toulouse) suite à un
Contact lamine.dieng@lcpc.fr incendie
Division Métaux, Armatures et Câbles pour Ouvrages d’Art (MACOA)
Le multi-proflomètre
longitudinal sans contact,
nouvel appareil de mesure
d’uni développé par le LCPC
1
À la demande de la direction départementale de
l’Équipement (DDE) de la Haute-Garonne, le LCPC est
intervenu en 2006 sur le pont de l’Onia, situé sur le
bras gauche de la Garonne à Toulouse, afn d’évaluer
la tension résiduelle des câbles de précontrainte
présumés dégradés par un incendie. Ces câbles sont
composés de 19 torons pour les plus gros diamètres
et de 12 torons pour les plus petits. Chaque toron, de
type T15.7, est graissé et gainé. L’ensemble est placé
dans une gaine de polyéthylène remplie de coulis de
ciment. Deux câbles ont été nettement endommagés 2
– gaines altérées sur toute la longueur (12,5 m),
torons partiellement mis à nu ou recouverts d’une En France, la mesure de l’uni des couches de
couche de polyéthylène fondu – mais aucune rupture roulement, dont la qualité conditionne largement la
apparente de torons ou de fls n’a été constatée. sécurité et le confort des usagers de la route, est
(1)L’utilisation d’une technique de diagnostic par analyse effectuée au moyen d’un analyseur de profl en long
1. vibratoire des câbles sains et des câbles chauffés (APL), essentiellement utilisé pour le contrôle de
Câbles endommagés
dans la même section et les sections voisines a permis chantiers neufs. suite à un incendie.
de conclure que les câbles dégradés par incendie L’évolution des besoins en matière d’expertise et de
2. ont gardé toutes leurs caractéristiques mécaniques. suivi du réseau routier a conduit le LCPC à développer
Exemple de profl en
Chauffées à 300° C, les armatures d’un câble tendu à le multi-proflomètre longitudinal sans contact (MLPL), long sur 200 m.
80 % de la force de rupture garantie (FRG) se rompent nouvel appareil de mesure d’uni basé sur le principe
spontanément. Entre 150 et 250° C, elles peuvent d’une mesure de distance par capteur laser à laquelle
perdre par fuage/relaxation une fraction plus ou moins des corrections de mouvement du véhicule sont RAPPORT D’ACTIVITÉ 2006 | CHAPITRE 2 41DIAgnOSTIC ET MAInTEnAnCE DES InFRASTRuCTuRES
Application prototype du
logiciel Programme-Plus
d’analyse de stratégies
d’entretien routier à deux
études réalisées pour la
direction générale des Routes
Développé par le LCPC, le logiciel Programme-
Plus d’analyse de stratégies et de programmation
1
pluriannuelle de l’entretien routier a été mis en site
pilote, de 2000 à 2005, auprès des services techniques
appliquées grâce à un accéléromètre et un gyroscope. du département de Haute-Garonne. Il y a acquis une
Le développement de ce MLPL en versions bi- ou robustesse qui permet aujourd’hui d’envisager une
tri-traces, sous la responsabilité du LCPC, et son diffusion plus large.
industrialisation dans un environnement multifonction En 2006, il a été mis en œuvre dans le cadre de
compatible avec d’autres appareils d’auscultation se deux études menées pour la direction générale
sont conclus par une procédure de qualifcation. des Routes (DGR). La première, qui avait pour
Des essais sur banc de vibration, puis sur route, ont objectif de comparer les méthodes et systèmes de
montré que le MLPL restitue les mêmes résultats programmation pluriannuelle des directions des routes
que l’APL dans des conditions de mesures moins française et allemande, a permis de constater que les
contraignantes. logiciels utilisés de part et d’autre conduisaient à des
D’autres investigations ont confrmé que le MLPL conclusions relativement similaires.
répond à de nouveaux domaines d’application comme La seconde étude, visant à évaluer l’apport de
la détection de défauts de très faibles longueurs d’onde Programme-Plus comme système d’aide à la décision
(méga-texture) ou de très grandes longueurs d’onde dans le cadre des stratégies d’entretien du réseau
(> 50 m), répondant ainsi à une demande des gestion- routier national, a montré qu’on pouvait corréler assez
naires de pistes aéronautiques. n précisément le niveau de qualité des chaussées atteint
à l’issue d’une période donnée et le budget annuel
nécessaire pour l’atteindre, en déterminant les stratégies Contact jean-marc.martin@lcpc.fr
d’entretien optimales. n
Division Entretien, Sécurité et Acoustique des Routes (ESAR)
1.
Le MLPL permet de
mesurer en continu
le profl en long des
chaussées.
2.
Programme-Plus :
un outil pour des
stratégies d’entretien
optimales.
2
Contact philippe.lepert@lcpc.fr
Division Entretien, Sécurité et Acoustique des Routes (ESAR)
HuGueS delaHouSSe/lCpC42
Observateurs non-linéaires Détection des fssures par
de trajectoires de drones analyse en ondelettes
stationnaires et fusion de
Les chaussées se dégradent essentiellement sous
l’effet du trafc lourd et des conditions climatiques. Les données
différents défauts apparaissant en surface constituent
des indicateurs d’état de l’évolution de la structure de
L’inspection d’ouvrage d’art par drone suppose la ces chaussées. L’entretien du réseau routier nécessite
maîtrise de ses trajectoires et de ses orientations de connaître ces dégradations et leur évolution le
par rapport à la cible visée. L’objectif du travail de plus tôt possible afn de les réparer à moindre coût.
thèse réalisé par Najib Metni a été de développer un Actuellement, en France, plusieurs milliers de kilomètres
estimateur permettant de connaître à chaque instant les de routes sont auscultés par an, de manière visuelle.
positions et les orientations de l’engin par rapport à un L’idée est alors “d’amener la route au bureau” c’est-
plan de vol et un référentiel imposés et ainsi de pouvoir à-dire de supprimer la saisie visuelle directement sur
apporter les corrections nécessaires. la route à faible vitesse et d’automatiser de façon
Le drone à voilures tournantes de type VTOL est un progressive le travail des agents du réseau routier
système complexe non-linéaire à plusieurs variables, chargés de détecter puis classifer les dégradations de
instable notamment en mode de vol quasi-stationnaire surface des chaussées.
qui présente une dynamique fortement couplée entre Dans cet esprit, le LCPC a engagé à partir de 2003
la translation et la rotation. Pour étudier et traiter cette des travaux de recherche consacrés à l’utilisation de
question, deux points ont été abordés pour optimiser le la transformée en ondelettes dans la détection des
contrôle automatique de l’appareil. fssures émergentes par traitement d’images de surface
• L’élaboration d’une stratégie de commande par de chaussées. La phase prospective réalisée la même
asservissement visuel du drone capable de réaliser un année a permis d’aboutir à de premiers résultats, mais
vol stationnaire. ne tirait pas partie des informations disponibles après
• La conception et la réalisation d’un fltre estimateur de calcul de la transformée en ondelettes à différentes
la direction de la gravité et de la matrice d’orientation du échelles dont le choix restait également à l’initiative
repère du drone par rapport au repère inertiel. de l’opérateur. De plus le pré-traitement et le post-
La loi de commande par asservissement visuel proposée, traitement nécessitaient de fxer certains paramètres.
basée sur les techniques robustes du Backstepping, Un travail de thèse a donc été réalisé par Peggy
permet la limitation de l’orientation à de petites valeurs. Subirats, en vue d’approfondir cette approche utilisant
Une stratégie de suivi de trajectoire pré-défnie par rapport la transformée en ondelettes et son aptitude à détecter
à une cible fxe a été ensuite élaborée. des singularités – il s’agit ici des fssures – grâce à
Des mesures gyroscopiques et accélérométriques, une méthode d’automatisation plus poussée de la
complétées de mesures du champ magnétique terrestre détection par traitement d’images (voir encadré). Le
ont été effectuées pour réaliser le fltre estimateur cœur de ce travail était consacré à l’identifcation et à la
défnissant la direction de la gravité, la matrice localisation des fssures après calcul de la transformée
d’orientation et le vecteur des biais gyroscopiques. Des en ondelettes continue sur les images de chaussées. n
validations expérimentales ont été réalisées à l’aide d’un
1. drone disponible du marché. n Contact jean.dumoulin@lcpc.fr Le drone offre des
potentialités pour le Division Métrologie et Instrumentation (MI)
génie civil.
Contact francois.derkx@lcpc.fr Crédit photo :
JF Ringot/LCPC Division Métrologie et Instrumentation (MI)
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