Reseau de recherche et d'innovation technologique



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APPEL A PROJETS RGCU 2005




Projet « SENSO »
Stratégie d’Evaluation Non destructive pour la Surveillance des Ouvrages en béton


Mots-clés :
Evaluation non destructive

Ouvrages en béton

Fusion de données

Indicateurs de durabilité

Indicateurs pathologiques

Partenaires



Coordinateur 


  • Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions – INSA / UPS – Toulouse (LMDC)





Partenaire(s) :


  • GETEC

  • ONERA – Toulouse – DEMR

  • CDGA – Université de Bordeaux 1

  • Exam-BTP

  • LCPC - Sections « Reconnaissance et Géophysique » et « Métrologie et Instrumentation »

  • Port autonome de Nantes – Saint-Nazaire

  • LEAT - UMR n°6071 – CNRS / Université de Nice – Sophia Antipolis

  • LCND – Université de la Méditerranée – Aix en Provence

  • EDF – CEIDRE-TEGG

  • GEA – UMR n°9929 – CNRS / Ecole Centrale de Lille

  • SOVEP




SOMMAIRE
1. Identité du projet 3
2. Partenariat porteur du projet 3
3. Description détaillée du projet  7

3.1 Positionnement et contexte du projet  7



3.1.1. La situation par rapport à l’Appel à Projets 7

3.1.2. Les besoins / La pertinence du projet par rapport à la demande économique 8

3.1.3. La situation au niveau national, les avancées récentes 9

3.1.4 La situation au niveau international, les avancées récentes 11

3.2 Le programme scientifique et technique : objectifs – domaine 13

3.3 Stratégie partenariale et valeur ajoutée de la coopération 16

3.4 Positionnement par rapport aux évolutions règlementaires 16


4. Retombées scientifiques et techniques et sociétales 16
5. Retombées industrielles et économiques escomptées 17
6. Présentation des expériences antérieures : Le projet « évaluation du béton

d’enrobage » - avancées et questions ouvertes 17

6.1 Rappel des objectifs du projet  17

6.2 Résultats obtenus  17

6.3 Questions demeurant en suspens  18

6.4 Verrous scientifiques et bases d’une approche scientifique 19
7. Organisation et pilotage du projet 20

7. 1. Le programme scientifique : décomposition méthodologique 20



7.1.1 Phase expérimentale : campagnes de mesures sur échantillons et sur ouvrages 20

7.1.2. Phase de modélisation et d’analyse des données 22

7.1.3 Phase de validation et d’exploitation 24

7.2. Le programme scientifique : décomposition opérationnelle 24


7.2.1. Essais sur corps d’épreuve de laboratoire 24


7.2.2. Essais sur maquettes 25

7.2.3. Essais sur ouvrages 26

7.2.4. Techniques de CND utilisées et indicateurs 26

7.3. L’échéancier proposé 29

7.4. Les délivrables 30
8. Propriété intellectuelle 30
9. Renseignements financiers 31
Annexe 1 32

Annexe 2 34

Annexe 3 35

Annexe 4 36

Annexe 5 38
Projet « SENSO »
Stratégie d’Evaluation Non destructive pour la Surveillance des Ouvrages en béton


  1. Identité du projet




    1. Intitulé :

Stratégie d’Evaluation Non destructive pour la Surveillance des Ouvrages en béton

    1. Acronyme : SENSO

    2. Durée : 36 mois

    3. Montant global :  1407,16 k€ - Aide demandée : 500 k€




  1. Partenariat porteur du projet




    1. Coordinateur

Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (LMDC)

INSA – Université Paul Sabatier – 135, Avenue de Rangueil 31077 Toulouse Cedex 4

Contacts :

Professeur Ginette ARLIGUIE – Tél. 05.61.55.99.17 – Mél. arliguie@insa-toulouse.fr

Jean-Paul BALAYSSAC – Tél. 05.61.55.99.34 – Mél. balayssa@insa-toulouse.fr

Stéphane LAURENS – Tél. 05.61.55.99.19 – Mél. laurens@insa-toulouse.fr



    1. Partenaire(s)

Sous sa forme actuelle, SENSO rassemble douze partenaires. Des regroupements partiels par pôles géographiques peuvent éventuellement être envisagés. Les partenaires du projet étaient pour la plupart associés dans le cadre du Projet RGC&U « Evaluation du béton d’enrobage ». Ils ont été rejoints notamment par le LCND - Laboratoire de Caractérisation Non Destructive - de l’Université de la Méditerranée, dont le savoir-faire en termes de techniques de fusion de données leur paraît être une contribution significative, pour tirer un meilleur parti de la combinaison des techniques.



Les laboratoires de recherche :

  • Le Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (LMDC) de l’INSA – UPS (Toulouse), dirigé par le Professeur Ginette Arliguie, est un laboratoire de recherche universitaire dans le domaine de la science des matériaux du génie civil. Ses champs de compétences sont les nouveaux matériaux (matériaux innovants, éco-matériaux), le vieillissement et la durabilité des matériaux, la durée de vie des ouvrages (diagnostic non destructif, maintenance, requalification). La recherche menée au sein du LMDC est pluridisciplinaire ; les travaux sont conduits tant sur le plan expérimental qu’au niveau théorique et numérique, avec pour objectifs la compréhension et la modélisation du comportement et/ou de l’évolution des matériaux et des ouvrages dans leur environnement. Les activités du LMDC sont articulées autour de deux grands thèmes : “ Vieillissement des ouvrages ” et “ Bases scientifiques pour le développement des matériaux cimentaires ”.

Chercheurs impliqués : Pr. G. ARLIGUIE, J.P. BALAYSSAC, S. LAURENS


  • Le CDGA (Centre de Développement des Géosciences Appliquées), dirigé par le Professeur Joëlle RISS est une Equipe d’Accueil de l’Université Bordeaux I (EA2970). Il regroupe des spécialistes de génie civil et des géosciences appliquées (géologie des formations superficielles, géophysique, hydrogéologie) et travaille sur des thèmes à l’interface entre les ouvrages de génie civil et leur environnement (chaussées, fondations, réseaux enterrés, stabilité des versants…) dans une logique de maîtrise des risques. Il se préoccupe particulièrement de reconnaissance des hétérogénéités dans les géomatériaux et de conservation/gestion du patrimoine. Ces dernières années, il s’est fortement impliqué dans des activités de recherche consacrées à l’évaluation des ouvrages, en adaptant au diagnostic du béton armé des techniques plus couramment utilisées en géophysique (techniques de prospection électrique, radar, thermographie infrarouge).

Chercheurs impliqués : Pr. D. BREYSSE, J.F. LATASTE, C. SIRIEIX


  • Le Groupe électronique-acoustique (GEA) de l’Ecole Centrale de Lille (IEMN DOAE UMR CNRS 9929), dirigé par le Professeur Philippe Pernod. Ses principaux domaines d'activités sont :

- imagerie sismique haute résolution ;

- diffraction impulsionnelle expérimentale – imagerie ;

- acoustique appliquée au Génie Civil ;

- rayonnement et diffraction impulsionnels - calcul et analyse du champ acoustique ;

- retournement temporel par conjugaison de phase magnéto-acoustique ;

- micro-systèmes opto-acousto-magnétiques.

Chercheurs impliqués : Pr. B. PIWAKOWSKI, M. GOUEYGOU


  • Le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

- Section Reconnaissance et Géophysique – Nantes (dirigée par Philippe Côte, Directeur de recherche au LCPC). Les principales activités abordées par cette unité sont : la géophysique appliquée au génie civil (méthodes sismiques, électriques et électromagnétiques HF et BF) et le Contrôle Non Destructif des structures sols et fondations

- Service Métrologie et Instrumentation – Nantes et Paris (dirigé par Jean-Marie Caussignac, Directeur de recherche au LCPC). Les principales activités de ce service sont liées à la recherche et au développement de systèmes physiques et métrologie, utilisant des compétences en électronique, optoélectronique, mécanique industrielle, traitement du signal, électromagnétisme… Leur principale contribution portera sur le développement et la modélisation d’un capteur capacitif.

Chercheurs impliqués : O. ABRAHAM, X. DEROBERT


  • Le Laboratoire d’Electronique, d’Antennes et Télécommunications (LEAT) , dirigé par Christian Pichot, Directeur de Recherche CNRS, est une Unité Mixte de l'Université de Nice-Sophia Antipolis et du CNRS (UMR n°6071). Ses activités de recherche portent sur la :

- modélisation et simulation de problèmes de rayonnement et de diffraction des ondes, notamment dans des matériaux complexes inhomogènes ;

- conception, réalisation et test d'antennes (en particulier, antennes ultra large bande adaptées au béton) ;

- détection et imagerie microonde (algorithmes de reconstruction d'images et systèmes d'imagerie).

Elles sont menées avec le souci de développer des applications, notamment dans le domaine du radar, du contrôle non destructif, du génie civil, de la géophysique.



Chercheurs impliqués : Pr. C. PICHOT, J.Y. DAUVIGNAC


  • Le Laboratoire de Caractérisation Non Destructive – LCND (LUE CIME, Université de la Méditerranée, IUT GMP, Aix en Provence) est dirigé par le Professeur Gilles Corneloup. Les thèmes de recherche sont développés autour des matériaux réels de structure.

Le premier objectif est de prendre en compte d’une manière réaliste le matériau et ses évolutions ainsi que leurs influences sur la propagation d’ondes, afin de comprendre et de modéliser les phénomènes physiques agissant dans le cadre de contrôle non destructifs in situ. Le LCND propose de développer la mesure par ondes rétrodiffusées qui est une méthodologie appliquée in situ.

Le deuxième objectif est d’améliorer les techniques d’analyses de signaux et d’images dans le but d’améliorer et d’automatiser le diagnostic. Le traitement d’informations multitechniques et la fusion des données sont des éléments déterminants dans la démarche générale des contrôles et la fiabilisation de la décision. Le LCND propose de développer l’analyse en amont de la fusion ainsi que la méthodologie et modélisation de la fusion.



Chercheurs impliqués : V. GARNIER, J. MOYSAN, G. CORNELOUP

Les partenaires privés (utilisateurs du CND, experts en diagnostic, responsables d’ouvrages) :

  • La Société GETEC, dirigée par Monsieur Christian Tridon est un bureau d’expertise qui s’est donné pour objectif principal la gestion technique des ouvrages d'art (ponts, murs de soutènement, tunnels…) pour le compte de l’Etat, des Collectivités Publiques, de Sociétés Publiques ou Privées. GETEC peut intervenir d’une manière plus large en tant que chef de file d’un groupement de spécialités différentes, laboratoire d’instrumentation, mécanique des sols, hydrologie, visite subaquatique. Le domaine d’intervention de GETEC concerne l’ensemble des ouvrages d’art civils, de structures diverses, maçonnerie, béton armé, béton précontraint, métallique, bois, etc… GETEC a développé depuis déjà plusieurs années un partenariat avec le LMDC.




  • La Société EXAM B.T.P., dirigée par M. Raoux, est un Laboratoire du Bâtiment et des Travaux Publics qui réalise des prestations d’analyses, d’essais et mesures in-situ. Elle intervient essentiellement dans le domaine des matériaux de construction, du diagnostic de structure et de la télésurveillance par centrales de mesure. 50 % des travaux du laboratoire sont réalisés sur des ouvrages anciens dont plus de la moitié sont en béton armé ou précontraint. L’entreprise est donc au cœur de la problématique de cette recherche. Elle peut apporter son expérience d’une dizaine d’années dans ce domaine, pour les travaux en laboratoire mais surtout sur les ouvrages (+ de 200 dossiers).

EXAM B.T.P. dispose d’un panel complet d’outils de reconnaissance des bétons qu’elle peut mettre à disposition pour les travaux in-situ notamment : pachomètre – carotteuse – radar structure – vitesse du son – ausculteur de pieux – divers capteurs et jauges – chaînes de mesure de vibration – presses – capteurs à fibres optiques – mesure de potentiel électrochimique.


EXAM B.T.P. en tant que partenaire industriel a une bonne connaissance du patrimoine bâti de la région Aquitaine sur lequel il intervient depuis de nombreuses années. Les relations qu’il entretient avec les gestionnaires de gros patrimoines immobiliers lui permettent de négocier pour les équipes de recherche l’accès aux ouvrages les plus intéressants.
Les collaborations d’Exam-BTP avec la Mairie de Bordeaux permettront par exemple de mettre à la disposition des équipes du projet la structure de la base sous-marine de Bordeaux (dont la Ville est maître d’ouvrage). Ce site fera ainsi l’objet d’une expertise approfondie. Enfin, l’entreprise deviendra naturellement le promoteur des résultats obtenus, des techniques et matériels développés.


  • La Société SOVEP (Lille), dirigée par Mr Bouhmadi est une société d’étude et d’ingénierie de l’instrumentation. Elle réalise des prestations d’auscultation, de surveillance et de contrôle des travaux, des sites et des ouvrages (mesures de déplacements, d’ouverture de fissures, inclinométriques, mesures de contraintes sur les éléments de soutènement, mesures tassométriques, etc…). En outre SOVEP met en œuvre des chaînes de surveillance ou de télésurveillance des mouvements de sols et de structures (suivi de la stabilité d’ouvrages dans le temps). La SOVEP a développé, en partenariat avec l’Ecole Centrale de Lille, l’utilisation de la sismique haute résolution pour la reconnaissance du sol.



    • Le département CEIDRE-TEGG d’EDF est dirigé par Bertrand de Miscault. Il est basé à Aix en Provence. Ses missions sont dans les domaines du Génie Civil (techniques d'exécution, études et essais de matériaux), de la Géologie et de la Géotechnique. Il répond aux besoins et établit la doctrine et les règles d'EDF en matière :

- de reconnaissance des terrains, réalisation, surveillance, maintenance, réparations dans toutes les disciplines du Génie Civil,

- de documents relatifs à la qualité des réalisations,

- d’études et d’expertises techniques à la demande des Unités d'EDF ou extérieurs,

- d’études géologiques, hydrogéologiques, géotechniques et d'environnement,

- de choix des techniques de reconnaissance, des techniques de réalisation de travaux, des matériaux, des méthodes et moyens de contrôle,

- d’instruction d’incidents d'exécution,

- de recherche des mesures de confortement ou de réparation et au retour d'expérience,

- d’essais en laboratoire d'aptitude à l'emploi des matériaux de Génie Civil.
Ses missions s'exercent à tous les stades du processus d'ingénierie du génie civil :
inventaires de sites, avant-projets et projets, construction, surveillance et de l'entretien des ouvrages en exploitation ou démantèlement.
La participation de CEIDRE au projet s’inscrit dans une logique de validation de la démarche développée par les équipes de recherche. CEIDRE participera en outre à la rédaction de documents de capitalisation mettra à disposition des équipes et du du matériel.

Les établissements publics à caractère industriel et commercial :


  • L’ONERA – Toulouse – DEMR : la mission principale du Département Electromagnétisme et radar (DEMR) est de conduire les travaux de recherche amont devant aider la DGA (Délégation Générale pour l’Armement) et les industriels à améliorer les systèmes existants et à définir les systèmes futurs dans les principaux domaines d'application de l'électromagnétisme que sont le Radar, la Furtivité, la Compatibilité Electromagnétique, la Guerre Electronique, et les Télécommunications. Les compétences acquises à l'occasion de ces travaux conduisent, dans certains cas, le DEMR à exercer une fonction d'expert au profit de la DGA et du secteur civil.

  • Le Port Autonome de Nantes-Saint-Nazaire (PANSN) : placé sous la tutelle du Ministère de l'Equipement, des Transports, de l'Aménagement du Territoire, du Tourisme et de la Mer est chargé, à l'intérieur des limites de sa circonscription, des travaux d'extension et d'amélioration, de renouvellement et de reconstruction, ainsi que de l'exploitation, de l'entretien et de la police du port et de ses dépendances et de la gestion du domaine immobilier qui lui est affecté.



  1. Description détaillée du projet 

Cette description situe le projet par rapport à l’état actuel des connaissances et au contexte général. Le programme scientifique détaillé est précisé dans l’organisation du projet (§7).



3.1 Positionnement et contexte du projet 
3.1.1. La situation par rapport à l’Appel à Projets.
Cette proposition s’inscrit dans le cadre de l’Appel à Projets de l’ANR – RGC&U.
Le projet que nous soumettons s’inscrit dans le domaine « conservation et évolution du patrimoine existant »1. Il vise à répondre directement à deux des trois objectifs assignés aux opérations de recherche :

1) développer des stratégies d’évaluation permettant d’alimenter de façon fiable et optimale les codes de re-calcul et les outils de gestion des ouvrages ;

2) permettre le calcul des structures et ouvrages dégradés pour caractériser le niveau de sécurité résiduel et définir, si nécessaire, les réparations indispensables.
Le troisième objectif (« mise au point de stratégies durables de gestion du patrimoine  ») se place en aval par rapport à ce projet et en sera une retombée indirecte. Il ne pourra toutefois être atteint qu’au prix d’efforts de recherche complémentaires, en particulier relatifs à la modélisation des critères et des processus de décision en gestion d’ouvrages. Ces aspects sont abordés de façon plus approfondie dans le document joint en Annexe 5.
L’observation, la mesure, la simulation, la surveillance et l’intégration des données environnementales sont des éléments indispensables pour la gestion raisonnée et le développement durable de nos sociétés. L’intégration globale des données inter-opérables d’origine hétérogène permettra la calibration et la validation des modèles numériques efficaces d’une manière optimale.
Le projet proposé s’inscrit dans cette logique : l’utilisation de techniques de mesure innovantes et l’exploitation des données obtenues ont en effet pour objectif de permettre une gestion plus efficace du patrimoine bâti (restreint ici aux ouvrages en béton armé, quoique les procédures d’analyse développées ne seront pas spécifiques à ce matériau et pourront être valorisées pour d’autres types de constructions, en particulier celles relevant du patrimoine culturel, plus fréquemment constituées de maçonnerie).
Le projet permettra d’accumuler de la connaissance et de constituer des bases de données matériaux/propriétés, issues de l’ensemble des techniques, et d’exploiter ces données disparates pour en optimiser l’utilisation de par leur complémentarité et leur capacité à améliorer la fiabilité du diagnostic par leur fusion.
Plusieurs verrous scientifiques nous paraissent devoir être levés pour avancer de façon significative, en particulier dans le domaine de l’analyse des données. Les stratégies d’investigation conduisent souvent à accumuler les mesures sans que ces mesures soient réellement valorisées, soit parce que leur degré de signification est méconnu (nombreuses sources d’incertitude, non prise en compte de la variabilité intrinsèque ou héritée des propriétés), soit parce qu’aucun parti n’est réellement tiré de la multiplicité des investigations, les mesures étant plus « juxtaposées » que réellement exploitées en combinaison. Nous proposerons une approche innovante en génie civil, s’appuyant sur des méthodes et techniques d’analyse des données, pour valoriser les résultats des investigations (outils statistiques, réseaux de neurones, algorithmes génétiques) .
3.1.2. Les besoins / La pertinence du projet par rapport à la demande économique
Un récent éditorial de la revue Matériaux et Structures2 soulignait un paradoxe : alors que les progrès ont été multiples dans les domaines de la connaissance du comportement des matériaux de construction et de leurs méthodes de conception, le problème de la détérioration des ouvrages devient chaque jour plus flagrant : « Pourquoi continuons-nous à lire régulièrement des articles sur la détérioration prématurée des matériaux de construction et sur les destructions d’ouvrages ? Pourquoi les litiges relatifs aux constructions constituent-ils une activité en essor ? Pourquoi y a-t-il un gouffre si important entre ce que nous savons très bien faire et ce que nous faisons réellement en pratique ? ».
Si la situation décrite par Mindess semble devoir être relativisée en ce qui concerne la France qui a une longue tradition de maintenance de ses ouvrages de génie civil, et qui, pour la construction des ouvrages en béton, a toujours cherché à viser la compacité des bétons parallèlement à leur résistance, le patrimoine bâti français, comme celui des autres pays occidentaux est un patrimoine vieillissant, dont une part significative atteint ou dépasse la cinquantaine d’années.
L’état réel de ces ouvrages peut être déficient ou mal connu. De nouvelles prescriptions en matière de sécurité, ou le besoin de décisions économiques rationnelles en termes de maintenance peuvent nécessiter une analyse approfondie de l’état de ces ouvrages. La prolongation, pour des raisons économiques, de la durée de service au-delà de la durée prévue lors de la conception doit, elle aussi, reposer sur des bases rationnelles.
Face à ces besoins, les gestionnaires peuvent recourir à un ensemble de techniques susceptibles de fournir des éléments utiles au diagnostic structurel. Les techniques d’essais non destructifs, par leur caractère non intrusif, sont un élément essentiel de la panoplie disponible. Elles sont le plus souvent employées dans le cadre de prestations par des bureaux d’études spécialisés. Mais le recours à ces techniques ne garantit pas toujours aujourd’hui la satisfaction du gestionnaire, souvent dépourvu face à des rapports d’études qui ne répondent pas immédiatement aux questions qu’il souhaite résoudre, en particulier dans l’optique d’une prise de décision.
Ces questions concernent tous les pays européens, et sont désormais abordées dans une logique de développement durable (au sens de l’allocation optimale des ressources : comment assurer une sécurité satisfaisante pour les citoyens et les infrastructures dans un contexte de ressources financières et matérielles limitées ?). Ainsi, la plate-forme européenne construction (ECTP) a défini les thèmes relatifs à la gestion efficace des infrastructures comme essentiels : ces thèmes sont abordés en détail dans deux des « Focus Areas » : Networks (sous l’angle de la maintenance et de la gestion des infrastructures, dans une logique de maîtrise des risques) et Cultural Heritage (sous l’angle des techniques d’évaluation des matériaux de construction).
De multiples initiatives ont vu le jour ces dernières années, aux plans nationaux et européens (groupes de travail, projets européens, cycles de conférences3…). Elles s’accordent sur les constats précédents et tentent de résoudre une part des problèmes identifiés, soit en développant de nouvelles techniques, soit en essayant de normaliser les approches, soit encore en essayant de rationaliser les modes de gestion d’ouvrages (bases de données, systèmes de notation).
Les Journées IREX du 25 et 26 novembre 2003, dont P. Léger et J. Berthier ont tiré les conclusions, ont fait le point des pratiques nationales, des avancées les plus récentes, et ont défini une série de priorités. Sur le plan scientifique, des avancées sont attendues du développement de nouvelles techniques aussi bien que du transfert au domaine de la construction de techniques ou de méthodes innovantes développées dans d’autres secteurs industriels.

Ce projet répond donc aux attentes des gestionnaires qui sont soucieux de qualifier l’état de leurs parcs d’ouvrages afin de les préserver et qui consacrent des budgets sans cesse croissants à leur entretien. Le développement de techniques de mesures innovantes totalement non destructives incluant l’exploitation des données permettra une gestion plus efficace du patrimoine bâti. Une maintenance optimisée conduira à une maîtrise des dépenses d’entretien et de réhabilitation tout en permettant une augmentation de la durée de vie des constructions.


3.1.3. La situation au niveau national, les avancées récentes
Une prise de conscience partagée, des bilans sérieux
(a) Des conférences nationales régulières rassemblent l’ensemble des acteurs : développeurs de techniques, experts du diagnostic, utilisateurs, chercheurs, comme les Journées END-GC organisées à Nantes en 1999 et à Bordeaux en 2002, ou le congrès annuel de la COFREND, qui propose toujours une session dédiée au génie civil.
(b) L’Association Française de Génie Civil et le Comité Français des Essais Non Destructifs ont mis en place un Groupe de Travail, dont l’animation a été assurée par Odile Abraham et Denys Breysse. Ce GT, qui a rassemblé pendant trois ans une vingtaine de partenaires réguliers (et bénévoles) issus des différents secteurs professionnels intéressés par les méthodes d’évaluation non destructive (maîtres d’ouvrage, experts du diagnostic, praticiens de l’END, chercheurs…) a rédigé un état de l’art des techniques permettant l’évaluation des ouvrages en béton armé. Les travaux du GT ont permis la rédaction d’un ouvrage de 650 pages (publication en cours aux Presses ENPC). Destiné à un public d’utilisateurs aussi bien qu’à de jeunes ingénieurs ou à des étudiants, cet ouvrage synthétise le savoir-faire français et international dans ce domaine technique, en l’illustrant de nombreux exemples pratiques et de fiches synthétiques. Il est difficile d’en trouver aujourd’hui un équivalent à l’échelle internationale. La table des matières de cet ouvrage est fournie en Annexe 3. On y remarquera la contribution significative prise par les partenaires du projet.

Des avancées sur le plan théorique – complexité et spécificité des problèmes de CND dans les bétons
(c) La note de synthèse de l’Action Spécifique CNRS Contrôle Non Destructif - Intégration Multi-Capteur (D. Lesselier C. Prada, 2003) met en avant qu’ «un projet spécifique semble indispensable tant par les enjeux qu’au vu des expertises complémentaires disponibles, projet portant sur la caractérisation du béton d’enrobage, cela (i) au delà des efforts déjà effectués dans le cadre du projet « Evaluation de la dégradation du béton d’enrobage et aide au diagnostic et à la réparation des ouvrages » soutenu par le RCG&U et visant à préciser les méthodes d’auscultation actuelles (bien en sus des seules méthodes « mécaniques » d’ailleurs) et les plus-values apportées par des associations, (ii) en complément de travaux fondamentaux effectués par les entités associées au GDR Ultrasons 2501 ».
(d) Dans le domaine électromagnétique (EM), un projet appelé « Epsilon » est en cours, au niveau national, sur la caractérisation des matériaux traités de génie civil (bétons bitumineux et hydrauliques) sur une large bande de fréquence autour du gigahertz. Les partenaires intéressés sont EDF, le réseau des Laboratoires des Ponts et Chaussées, le LMDC et des laboratoires universitaires de Brest, Toulouse et Rennes. Les productions attendues sont la mise au point de cellules et sondes de mesure et des bases de données utiles pour connaître la sensibilité de certains composants aux ondes radar, d’une part ; et pour connaître le niveau de diffraction des ondes dû aux granulats à très hautes fréquences, d’autre part.
Une double collaboration s’est mise en place entre le LMDC et l’ONERA Toulouse. Le premier travail conjoint porte sur la conception et la mise au point d’une cellule de mesure des propriétés électromagnétiques des bétons et autres matériaux cimentaires. Cette cellule est actuellement en cours de validation et sera prochainement utilisée pour une série de mesures prévues dans le plan d’expérience « Mortiers » du projet Epsilon. Le deuxième volet de la collaboration est axé sur la simulation numérique du rayonnement des antennes radar du LMDC sur la base d’un code de calcul aux différences finies développé par l’ONERA. Un travail rigoureux sur le maillage optimal des antennes radar a permis de doter le LMDC d’un outil de simulation performant permettant de rendre compte de l’effet des armatures ou encore des variations de permittivité du béton sur la mesure radar.
(e) Les avancées obtenues dans le domaine de la modélisation de la propagation des ondes ultrasonores dans des milieux hétérogènes complexes ainsi que l’amélioration de la modélisation effective du champ ultrasonore créé par les capteurs ultrasonores permettent désormais d’aborder l’inversion des données expérimentales. Les travaux sont encore très récents en Caractérisation Non Destructive et se généraliseront très certainement dans le cadre de l’évaluation des ouvrages en béton. Le laboratoire LCND a développé des algorithmes pour des examens en transmission et s’est investi dans une démarche générale de réflexion sur la stratégie d’inversion. Cette stratégie recoupe la méthodologie du choix d’une méthode de contrôle en fonction de l’information recherchée. Ce travail a été mené entre autre dans le cadre dans le cadre de l’Action Spécifique CNRS CND et du GDR Ondes, qui font suite à un travail antérieur dans le cadre d’un Projet Pluri-Formations « Problèmes Inverses de Champs ».
Des avancées opérationnelles sur les ouvrages en place

(f) Projet « Evaluation de l’état d’altération du béton d’enrobage » (achevé en décembre 2004) : Ce projet, financé par le RGC&U, a donné lieu à 3 ans d’une recherche coopérative d’une dizaine de partenaires possédant des compétences très variées allant de la modélisation numérique à l’expertise d’ouvrages en passant par le traitement du signal ou la caractérisation des matériaux. Le projet consacré à l’évaluation du béton d’enrobage, a permis le développement de techniques telles que le radar, les ondes ultrasonores de surface, la résistivité électrique, la technique capacitive ou la thermographie infra-rouge. Les développements se sont appuyés sur des études de sensibilité en laboratoire et ont été validés sur de nombreux ouvrages. Des résultats tout a fait pertinents ont été obtenus notamment sur la définition des limites d’utilisation des différentes techniques et sur l’identification des facteurs susceptibles de biaiser la mesure. En outre, la contribution de la combinaison des techniques pour l’amélioration du diagnostic a été explorée en laboratoire mais également sur ouvrages. Les premières avancées dans ce domaine sont encourageantes pour de futurs développements.


(g) « Benchmark des poutres de la Rance » : ce projet, en cours d’achèvement, s’articule autour de 20 poutres précontraintes conservées durant 40 ans dans de l’eau de mer. Le premier volet du projet porte sur la mise en œuvre d’essais croisés d’évaluation de l’activité de corrosion (résistance de polarisation) ou plus simplement du risque de corrosion (potentiel d’électrode, résistivité électrique, radar) des armatures passives. Les premiers résultats montrent notamment que les différents dispositifs de mesure de la vitesse de corrosion testés sur un ensemble de points de référence ne s’accordent pas. Ce résultat ouvre des perspectives de recherche vers une maîtrise accrue de la mesure de résistance de polarisation. A la suite des essais non destructifs, certaines poutres ont été autopsiées de façon à évaluer l’état réel de corrosion des armatures passives. On note une bonne corrélation entre l’état de corrosion réel et la prédiction du risque pathologique par radar. D’autres poutres ont été testées mécaniquement. Ces essais font l’objet du deuxième volet du projet portant sur la modélisation du comportement mécanique des poutres corrodées.
On peut encore citer le Projet KRONOS (achevé en 1999), qui s'était fixé pour objectif l'analyse des facteurs d'influence sur le vieillissement des ouvrages en s'appuyant sur la concertation et les échanges d'expérience entre différents maîtres d'ouvrages, ou le Projet RGC&U MECA (achevé en 2003), qui a consisté à réaliser des simulations numériques croisées de comportement d’éléments en béton armé sur la base de modèles développés par différents laboratoires de recherche.
L’ensemble de ces projets révèle des préoccupations déjà anciennes pour le suivi, le contrôle, l’évaluation et le recalcul des ouvrages altérés. Ces préoccupations ne sont pas seulement nationales.


3.1.4 La situation au niveau international, les avancées récentes
Une prise de conscience partagée des axes de recherche à développer

(a) Des conférences internationales périodiques, telles que Structural Fault and Repairs ou NDT-CE, sont dédiées aux problématiques liées à l’auscultation et l’évaluation des structures de génie civil. D’autres congrès tels que GPR, sur les techniques radar, ou l’EAGE, pour les applications géophysiques, présentent des sessions spécifiques au génie civil. Ces rencontres sont l’occasion de présenter l’avancement des recherches et innovation, où l’on retrouve une présence régulière des équipes de recherche françaises, y compris au sein des comités d’organisation et des comités scientifiques.


(b) Les acteurs de la recherche dans le domaine de la durabilité des ouvrages (depuis la conception et le contrôle de matériaux de construction durables jusqu’à la validation et au contrôle des techniques de réparation) ont développé ces dernières années de nombreuses initiatives internationales. Ainsi, par exemple,
- le réseau CONREPNET (CONception REPair NETwork) s’est mis en place dans le cadre du 5ème PCRD. Il repose sur la nécessité de mettre en œuvre des techniques de réparations efficaces, et d’en contrôler la qualité. Les méthodes de CND sont un moyen efficace de contrôle, sous réserve que l’interprétation de leurs résultats ne prête pas à controverses. Le réseau CONREPNET publie régulièrement des documents et vise à développer des méthodologies d’appréciation de la qualité des réparations,
- les associations savantes internationales, comme la RILEM, sont très actives dans ce domaine, et mettent en place des Comités Techniques permettant le partage des compétences à l’échelle internationale. Dans ce domaine, un comité technique piloté par le Pr. Torrent vient de conclure ses travaux consacrés à l’évaluation in situ de la perméabilité du béton de peau. Un autre comité technique (INR – Interpretation of Non Destructive Results, http//:www.rilem.org ) a été créé en septembre 2004, à l’initiative du Pr. Denys Breysse, et avec une forte participation des spécialistes français. Il se place plus en aval, se préoccupant des questions d’exploitation et d’interprétation des résultats obtenus lors des campagnes de mesures (questions relatives à la validité, aux incertitudes… essentielles dans une logique de recalcul d’ouvrage ou de prise de décision),
- le programme européen COST 534 (New materials and systems for prestressed concrete) consacre un de ses groupes-projet sur l’auscultation non destructive des gaines de précontrainte. Ce type de programme favorise les relations entre chercheurs européens, comme les actions conduites dans le cadre de la RILEM.
- enfin, une action COST est en cours de montage, à l’initiative de Luc Courard, de l’Université de Liège (SURFOLOGY : Evaluation of concrete structures surfaces before repair operations). Il s’agira d’intégrer les informations techniques disparates et la connaissance scientifique disponible pour être capable de mieux caractériser le réel état du béton préalablement aux réparations : quels sont les paramètres les plus discriminants qu’il convient d’évaluer ? quel est le rôle de la rugosité de surface ? de la résistance résiduelle du béton ? L’action devra conduire à la rédaction de recommandations pratiques.
Ces actions multiples manifestent des préoccupations complémentaires des questions de conception : contrôler la qualité des ouvrages neufs, évaluer les performances des ouvrages vieillissants, contrôler la qualité des réparations…

Une implication des partenaires sur le plan international

Le développement de liens et de collaborations effectives impliquant les équipes du Projet à l’échelle européenne et internationale…


Pour le CDGA :


  • pilotage du Projet européen Medachs (programme Interreg IIIB), impliquant une douzaine d’organismes de 4 pays. Le Projet Medachs, qui a démarré en janvier 2005, est consacré, sous la responsabilité de Sylvie YOTTE, à l’évaluation, à la maintenance et à la gestion du patrimoine bâti soumis aux agressions environnementales liées à la proximité de l’océan (rôle des chlorures sur la corrosion, rôle de l’humidité dans la dégradation des constructions en bois et en maçonnerie…),

  • liens développés avec l’Université de Wroclaw (Dr A. Moczko), mise en place d’un programme d’échanges Socrates et d’un Projet d’Action Intégrée Polonium, dans le domaine de l’amélioration des techniques de CND de la résistance mécanique en place des ouvrages en béton armé,

  • liens développés avec l’Algérie (M. Lakhdari, Univ. de Laghouat), dans le domaine du diagnostic et de la réhabilitation des ouvrages altérés (principalement dégradation par les sulfates).

Pour le LMDC :




  • participation au programme européen COST 534 « New materials and systems for prestressed concrete », Working Group 3 “New Assessment method”, Group project 4 “Acoustic non destructive techniques as new method for evaluation of damages in prestressed concrete structures, sous la responsabilité du Professeur Eduardo Proverbio de l’Université de Messine (Italie),

  • participation à des comités techniques RILEM : TC 189-NEC « Non destructive Evaluation of the « covercrete » (chairman J. Torrent), et le nouveau comité INR « Interpretation of NDT results and assessment of RC structures » (chairman Denys Breysse).

Pour le LCPC :




  • pilotage du groupe de travail « auscultation des gaines de précontrainte avec la méthode impact echo » dans le programme COST 534 en collaboration avec le BAM (Allemagne) et l’Université d’Edinburgh (UK) dont l’objectif est d’établir un état de l’art objectif et de proposer des améliorations opérationnelles de la méthode,

  • liens développés avec la Colorado School of Mines (USA) pour la modélisation physique à échelle réduite des interactions ondes mécaniques matière,

  • collaboration de conseil et de formation auprès de l’Agence Internationale pour l’Energie Atomique (AIEA), pour des techniques d’auscultation géophysique.

Pour le LCND


Le LCND a reçu en 2005 le Professeur Bachir Redjel du Laboratoire de Génie Civil de l’Université d’Annaba (Algérie). Le thème de travail concerne le couplage essais destructifs et essais non destructifs des bétons. Il est prévu de demander d’accueillir le Professeur Redjel dans le cadre de la coopération scientifique DPGRF/CNRS.

Collectivement

Les liens entre les équipes françaises actives sur le thème et leurs partenaires québécois (Pr. G. Ballivy et J. Rhazi à l’Université de Sherbrooke) se traduisent par des cotutelles dans le domaine de l’END et l’organisation de conférences communes (telle Diagnobéton à Montréal en octobre 2004).

La permanence de besoins de recherche, dans une vision prospective à long terme
L’inscription de ces thématiques (CND-évaluation-maintenance) se retrouve au cœur des préoccupations et des objectifs de la profession, qui a entrepris ces derniers mois de définir les axes prospectifs de la recherche européenne en génie civil pour les 25 prochaines années. Ce travail est conduit dans le cadre de la plate-forme européenne construction ECTP (www.ectp.org), qui vient de publier la première version d’un S.R.A. « Agenda Stratégique de Recherche »4.
Les enjeux relatifs à la gestion efficace des infrastructures et du patrimoine ont été définis comme essentiels et abordés en détail dans deux des « Focus Areas » : Networks (sous l’angle de la maintenance et de la gestion des infrastructures, dans une logique de maîtrise des risques) et Cultural Heritage (sous l’angle des techniques d’évaluation des matériaux de construction).
Ces préoccupations ont été regroupées dans le S.R.A. sous le terme de « gestion durable des actifs européens » (sustainable management of european assets ), avec deux sous thèmes : transport and utilities, a european asset, relatif aux réseaux et au patrimoine technique bâti d’une part et a living culture for attractive Europe, relatif au patrimoine historique et culturel d’autre part. La traduction du concept de développement durable en termes de gestion des actifs requiert le développement d’une approche basée sur l’analyse des conséquences des actions : les interventions ne doivent pas obérer le comportement futur (en termes de dégradation, de dommages…) ni les fonctions (accessibilité, disponibilité, maintenance, gestion…). Ces préoccupations concernent aussi bien les ouvrages historiques anciens que les infrastructures actuelles, qui seront le patrimoine culturel de demain.
Dans le domaine des réseaux et des infrastructures, le S.R.A. définit quelques axes prioritaires de recherche, comme :


  • la définition d’un nombre minimal de paramètres à suivre et à mesurer,

  • le développement des procédures d’inspection basées sur les risques,

  • le développement de méthodes d’inspection non destructives pour contrôler les ouvrages avec un impact minimal sur leur fonctionnement,

  • la modélisation des performances : modèles théoriques et numériques pour évaluer, suivre et prédire les performances des ouvrages soumis au vieillissement.

De même, dans le domaine du patrimoine culturel, le S.R.A. estime prioritaire l’intégration de nouvelles technologies pour établir le diagnostic et assurer la surveillance des ouvrages, avec les objectifs du développement de bases de données, de protocoles standardisés et l’optimisation des méthodes de diagnostic et de surveillance.



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