Reseau de recherche et d'innovation technologique

7.2.1. Essais sur corps d’épreuve de laboratoire

a) Teneur en eau, porosité

Les résultats du projet Projet RGC&U « Evaluation du béton d’enrobage » ont mis clairement en évidence la sensibilité de l’ensemble des différentes techniques de CND utilisées à la porosité et à la teneur en eau. Mais en pratique, la porosité du béton étant toujours au moins partiellement saturée en eau, les effets de ces deux paramètres se conjuguent et il devient dès lors difficile de les dissocier, par une seule mesure. C’est ce qui motive la combinaison des techniques, dont la mise en œuvre n’est toutefois possible que si elle s’appuie sur des lois de calage préalablement établies en fonction de chaque paramètre pris séparément. Cela implique, par exemple, de tester des bétons secs de différentes porosités (possédant donc des propriétés mécaniques et de transfert différentes) ou des bétons de même porosité à des degrés de saturation variables. La gamme des bétons analysés doit couvrir une plage de porosité suffisamment étendue pour être représentative de ce qui est classiquement rencontré sur les ouvrages (typiquement dans la gamme fc28 = [25 – 50] MPa). En parallèle des essais non destructifs, on évaluera la porosité et d’autres paramètres par les moyens de laboratoire classiques. Les essais sur ces corps d’épreuve se feront dans le cadre d’essais croisés mettant en œuvre simultanément les différentes techniques, de façon à réduire autant que possible les biais résultant de facteurs non maîtrisés (température, séchage…).

La porosité dite « de fissure » constitue un aspect particulier dans la mesure où, quoique quantitativement faible en mesure absolue, cette porosité peut, par sa connectivité particulière, contribuer de manière significative à la modification des propriétés de transfert. On s’efforcera d’obtenir des données représentatives relatives à ses effets sur les mesures CND (ce point ne peut être découplé de la caractérisation de l’endommagement mécanique).
b) Propriétés mécaniques et endommagement mécanique
Le type d’endommagement mécanique retenu est celui qui résulte de la fissuration. La microfissuration diffuse se caractérise par une modification des propriétés mécaniques (rigidité, résistance), dont on cherchera les traces. La macro-fissuration correspond à l’apparition d’une ou plusieurs discontinuités, pathologie récurrente en particulier dans le cas des ouvrages sous dimensionnés. L’objectif essentiel à atteindre est la détermination de la profondeur de fissure dans le cas où celle-ci est « sèche » ou « humide ». Comme précédemment, on est à nouveau confronté à l’obligation de distinguer deux paramètres, d’une part la profondeur de fissure et d’autre part son état d’humidité qui conditionne la valeur obtenue pour la mesure. Des essais devront donc être entrepris d’une part sur des corps d’épreuve secs pour s’affranchir de l’effet de la teneur en eau puis sur des corps d’épreuve à différents degrés de saturation.
Un certain nombre de corps d’épreuves conçus et fabriqués dans le cadre du Projet RGC&U « Evaluation du béton d’enrobage » n’ont pas été utilisés. Ils pourront être mis à profit, au moins dans une première phase. Cependant, l’expérience a montré que leur conception pose quelques difficultés pratiques, à la fois en termes de domaine accessible à la mesure du fait du dispositif de chargement, et en termes de maîtrise des conditions d’endommagement, du fait du chargement simultané de deux corps d’épreuve. On sera donc probablement conduit à concevoir et fabriquer une nouvelle série de corps d’épreuve, pour s’affranchir de ces problèmes.
7.2.2. Essais sur maquettes
L’objectif de ces essais situés à mi-chemin entre les essais sur corps d’épreuve et les campagnes sur sites est multiple :
- validation des essais réalisés dans des conditions parfaitement contrôlées, définies précédemment, sur des éléments en vraie grandeur,

- maîtrise des données initiales sur les caractéristiques du béton et sur la position du ferraillage, ce qui n’est pas toujours le cas sur site,

- possibilité de procéder à tous les essais destructifs nécessaires pour recalage au moment des mesures, ce qui ne sera jamais le cas sur ouvrages,

- possibilité d’instrumentation de la maquette au moment de la fabrication (capteurs pour mesures d’humidité interne par exemple).

Les maquettes seront conservées à l’extérieur, exposées dans des conditions proches des ouvrages réels et comporteront un ferraillage (certaines zones pouvant en être exemptes pour pouvoir carotter par exemple). On pourra faire pénétrer des chlorures sur une certaine partie de la maquette si on le souhaite. La surface suffisamment importante permettra de procéder à une grande quantité d’essais et d’analyser la variabilité des résultats pour chaque technique. Les procédures de combinaison des techniques pour l’identification de l’ensemble des indicateurs seront validées sur ces dalles tests¹⁰.
7.2.3. Essais sur ouvrages
L’objectif est de mettre en œuvre les techniques sur plusieurs ouvrages situés à différents états d’avancement sur leur cycle de vie. Des prélèvements seront réalisés afin de confirmer ou d’infirmer le diagnostic établi sur la base des mesures non destructives. Dans la mesure du possible, différentes zones de l’ouvrage devront être investiguées afin de tester les capacités des techniques en terme de hiérarchisation des dégradations, et afin de quantifier la variabilité en place des propriétés.
Les procédures de traitement des données obtenues par combinaison des techniques seront mises en œuvre et affinées pour évaluer l’ensemble des indicateurs retenus. Les valeurs obtenues (teneur en eau, porosité, teneur en chlorures…) seront confrontées aux mesures réalisées sur les prélèvements.
Pour certaines techniques, il conviendra de définir des procédures d’étalonnage in situ basées sur les résultats obtenus sur corps d’épreuve de laboratoire. Par exemple, concernant les techniques dédiées à la mesure de teneur en eau, ces procédures d’étalonnage pourront consister à réaliser des mesures de référence sur des zones de béton volontairement saturées.
7.2.4. Techniques de CND utilisées et indicateurs
Les techniques suivantes seront utilisées dans le projet :

• 
  prospection électromagnétique (radar) : LMDC Toulouse, LCPC Nantes, LEAT
  
• 
  prospection acoustique (ultrasons) : LCPC Nantes, Lille, Aix
  
• 
  prospection électrique – résistivité : CDGA Bordeaux, LMDC Toulouse
  
• 
  thermographie infra-rouge : CDGA Bordeaux
  
• 
  mesures capacitives : LCPC Nantes
  

Dans quelques rares cas (mesures acoustiques pour la teneur en chlorures, ou radar pour la fissuration par exemple), il n’est pas attendu que les techniques puissent contribuer à l’identification des indicateurs. Cependant, nous procéderons à une investigation quasi-exhaustive techniques/indicateurs pour quantifier toutes les sensibilités d’une part et quantifier les degrés de variabilité d’autre part (si la technique n’est pas sensible à la variation d’un indicateur, la variance de mesure peut être considérée comme un bruit de répétabilité, donnée très utiles pour d’autres diagnostics).

Les techniques de CND pourront aussi, sur certains ouvrages, être employées de concert avec des techniques semi-destructives (essais d’arrachement par exemple), qui permettent d’accéder plus directement à des propriétés mécaniques (résistance en traction, cohésion). Dans l’esprit de la « fusion de données », il s’agira ici encore de valoriser les mesures combinées (on sait que ces essais d’arrachement, superficiels, ne peuvent donner accès aux propriétés dans le cœur du béton). Les retombées pourraient être déterminantes dans le domaine de la réparation des ouvrages altérés.

Rappelons que les indicateurs étudiés seront :

• 
  les propriétés de transfert : perméation, diffusion
  
• 
  les propriétés mécaniques : module, rigidité
  
• 
  la teneur en eau, le degré de saturation et la porosité (paramètres dépendants),
  
• 
  la profondeur de carbonatation et la teneur en chlorures,
  
• 
  la profondeur de macro-fissure.
  

Pour des raisons d’organisation matérielle, les partenaires ont désigné des coordinateurs pour plusieurs opérations collectives, qui demandent une programmation temporelle rigoureuse des contributions¹¹ :

Tâche	Equipe coordinatrice
Conception, fabrication des éprouvettes, planification des interventions et collecte des résultats de mesure	LMDC Toulouse
Conception, fabrication des corps d’épreuve non homogènes, planification des interventions et collecte des résultats de mesure	GEA Lille
Identification des ouvrages de référence, planification des interventions sur ouvrages et collecte des résultats de mesure	LCPC Nantes
Dépouillement des résultats et analyse (en termes de corrélations, statistique, relations empiriques) des mesures sur éprouvettes, corps d’épreuve et ouvrages	CDGA Bordeaux
Stratégie de contrôle, valorisation croisée des résultats de mesure et fusion de données	LCND Aix

		phase expérimentale			phase de modélisation et d’analyse		phase d’exploitation
		laboratoire : relations propriétés/mesures	laboratoire : variabilité	ouvrages	modélisation	analyse des données
réduction des incertitudes épistémiques	stratégie, préparation fusion de données	*
	propriétés et mesures : corrélations	*		*	*	*
	pratique du couplage : estimation, fiabilité				*	*
	bases de données matériaux, abaques, procédures	*				*
	mise en œuvre concrète sur ouvrage						*
réduction des conséquences des incertitudes stochastiques	stratégie, préparation fusion de données	*	*
	propriétés et mesures : variabilité spatiale		*	*	*	*
	pratique du couplage : variabilité					*
	bases de données matériaux, abaques, procédures		*			*
	mise en œuvre concrète sur ouvrage						*

7.3. L’échéancier proposé

Année 1

	To à To + 4 mois	To + 5 à To + 8	To + 9 à To + 12
S-1	Conception du programme expérimental	Expériences (éprouvettes homogènes)	Expériences (suite) Coordination collecte des résultats et exploitation
S-2		Expériences (variabilité - éprouvettes homogènes)
S-3		Définition des ouvrages	Mesures sur ouvrages, prélèvements et essais de contrôle (1^ère série)
S-4	Synthèse des besoins Bibliographie	Développements méthodologiques	Développements méthodologiques
S-5	Analyse des données Stratégie de fusion	Méthodologie de fusion	Modélisation de fusion
S-6

Année 2

	To + 13 à To + 16	To + 17 à To + 20	To + 21 à To + 24
S-1	Exploitation des résultats Rapport n° 1	Expériences (éprouvettes hétérogènes, avec défauts)	Expériences (suite) Coordination collecte des résultats et exploitation
S-2		Expériences (variabilité - maquettes)
S-3	Coordination collecte des résultats et exploitation	Exploitation des résultats Rapport n° 2	Mesures sur ouvrages, prélèvements et essais de contrôle (2^ème série)
S-4	Développements méthodologiques	Développements méthodologiques	Rapport n° 4
S-5	Exploitation et valorisation des résultats de S-1 et de S-2	Exploitation et valorisation des résultats de S-1 et de S-2 Rapport n° 5	Exploitation et valorisation des résultats de S-3
S-6		Définition des ouvrages	Mesures sur ouvrages, prélèvements et essais de contrôle

Année 3

	To + 25 à To + 28	To + 29 à To + 32	To + 32 à To + 36
S-1	Exploitation des résultats Rapport n° 2		Synthèse des résultats expérimentaux (lois, validité, précision…) Rapport n° 9
S-2
S-3	Coordination collecte des résultats et exploitation	Exploitation des résultats Rapport n° 8
S-4			Synthèse (valorisation de la combinaison des essais) Rapport n° 10
S-5	Exploitation et valorisation des résultats de S-3	Exploitation et valorisation des résultats de S-3
S-6	Analyse des résultats	Evaluation de l’ouvrage	Rapport n° 7

7.4. Les délivrables

L’avancement du projet sera tout d’abord concrétisé par la rédaction de 10 rapports intermédiaires, qui constitueront la base des rapports d’avancement semestriels contractuels.

De plus, SENSO sera assorti d’une politique de communication visant un public aussi large que possible. Cet objectif est motivé par la volonté de sensibiliser à la fois les chercheurs et l’ensemble de professionnels concernés par la gestion durable du patrimoine bâti aux nouvelles approches d’évaluation non destructive qui seront développées.
Pour cela, les résultats du projet SENSO feront l’objet de publications dans des revues scientifiques internationales, mais également dans des revues permettant une diffusion large auprès des différents acteurs de la communauté du génie civil (NDT&E International, Revue Européenne de Génie Civil, Cement and Concrete Research, Annales du BTP, Bulletin des LPC…).
Les partenaires s’engagent également à participer à différentes manifestations à caractères scientifiques et/ou techniques (Colloque Le Pont, AFGC, Conférences internationales : NDT-CE, Structural Fault and Repair, Journées Techniques…).
Au terme du projet, des recommandations seront rédigées et diffusées pour une meilleure pratique des techniques de CND.
Enfin, les partenaires proposent de restituer de façon concrète les connaissances et l’expérience qu’ils auront acquises en organisant, à la fin du projet, des opérations de démonstration et de formation ouvertes à l’ensemble de la communauté du génie civil. Par exemple, une ou deux campagnes d’essais « ouvertes » sur sites réels seront planifiées afin de présenter les outils opérationnels et de sensibiliser les personnes intéressées aux problèmes relatifs à l’acquisition des données d’auscultation. Ces campagnes d’essais pourraient être couplées à des séminaires d’initiation aux nouvelles approches du traitement et de l’analyse des données d’auscultation.

8. Propriété intellectuelle
La propriété intellectuelle relative aux différents développements scientifiques et techniques qui résulteront du projet SENSO sera définie ultérieurement, en fonction des règles propres de chaque établissement. Les modalités définies après discussion feront l’objet d’une convention qui sera établie avant le démarrage officiel du projet.
9. Renseignements financiers
9.1 Montant prévisionnel des dépenses pour le projet (en kilo euros)
Montant prévisionnel des dépenses (En k€)

	Coordinateur : LMDC	P1 : GETEC	P2 : ONERA	P3 : CDGA	P4 : Exam - BTP	P5 : LCND	P6 : CEIDRE - EDF	P7 : LCPC	P8 : PANSN	P9 : LEAT	P10 : GEA	P11 : SOVEP	Ensemble des partenaires
Fonctionnement
Frais de personnel	216,83	19,86	39,9	281,35	40	141,67	14,94	146,94	10,2	33,01	144,93	5,5	1095,13
Frais d’exploitation	31,2	0	0	15,18	10	15,39	5,06	28,08	19	15,82	31,1	6,5	177,33
Sous-Total Fonctionnement	248,03	19,86	39,9	296,53	50	157,06	20	175,02	29,2	48,83	176,03	12	1272,46
Equipement
Sous-Total Equipement	75,2	0	0	18,5	0	13	0	0	0	0	28	0	134,7
TOTAL	323,23	19,86	39,9	315,03	50	170,06	20	175,02	29,2	48,83	204,03	12	1407,16

9.2 Aide sollicitée auprès de l’ANR en vue de la réalisation du programme (en kilo euros)

Aide sollicitée aupres de l’ANR (en k€)

	Coordinateur : LMDC	P1 : GETEC	P2 : ONERA	P3 : CDGA	P4 : Exam - BTP	P5 : LCND	P6 : CEIDRE - EDF	P7 : LCPC	P8 : PANSN	P9 : LEAT	P10 : GEA	P11 : SOVEP	Ensemble des partenaires
Fonctionnement	34,8	9,9	20	121,5	25	45	7	40	10	15	31	6	365,2
Equipement	75,2	0	0	18,5	0	13	0	0	0	0	28	0	134,7
TOTAL	110	9,9	20	140	25	58	7	40	10	15	59	6	499,9