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Emergences

Lettre d'information n° 10

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Des statistiques pour surveiller les ouvrages d'art

La multiplication des capteurs permet de mieux contrôler l'état des ponts, des éoliennes ou des avions. Mais la prolifération des données pose un défi aux algorithmiciens. Entretien avec Laurent Mevel, responsable de I4S, une équipe de recherche du centre de recherche Inria Rennes - Bretagne Atlantique qui répond à ces nouveaux besoins exprimés dans le génie civil.

La multiplication des capteurs permet de mieux contrôler l'état des ponts, des éoliennes ou des avions. Mais la prolifération des données pose un défi aux algorithmiciens. Entretien avec Laurent Mevel, responsable de I4S, une équipe de recherche du centre de recherche Inria Rennes - Bretagne Atlantique qui répond à ces nouveaux besoins exprimés dans le génie civil.

Cette spécialité se résume souvent d'un sigle : SHM, ou Structural Health Monitoring. En français : la surveillance d’intégrité de structures. Il s'agit de vérifier le bon état des ouvrages et systèmes mécaniques. "C'est un domaine assez nouveau. Il y a peu, les techniques expérimentales étaient testées  principalement en laboratoire par les scientifiques. L'ingénieur se contentait souvent de réaliser des inspections sur le terrain, pour contrôler l'état d'un pont, l'apparition de fissures, le relâchement d'un câble... Mais la méthode ne donne pas l'assurance d'être exhaustif. L'endommagement n'est pas toujours visuellement perceptible." La défaillance peut également survenir entre deux inspections.

Tout ceci est en train de changer. Le coût des capteurs baisse. Les technologies sans fil s'installent. Les ouvrages se hérissent de capteurs pour mesurer les températures, la dilatation des matériaux, les vibrations, la force du vent... Autant de sondes qui assurent un contrôle à toute heure du jour et de la nuit. "On peut aussi les placer à des endroits difficiles d'accès. Pour les éoliennes off-shore, par exemple, il est impératif de connaître l'état de la structure sous la surface. Avec des capteurs, l'inaccessible peut être surveillé."

Tous ces appareils transmettent des mesures "et c'est là que notre travail commence. I4S (1) développe la brique algorithmique pour l'exploitation de ces paramètres. " Au coeur de ce métier : l'inférence statistique. "Une construction comme un pont interagit avec son environnement. Il faut déterminer si l'ouvrage se modifie sous l'effet, par exemple, de la température ambiante ou parce qu'un élément est vraiment endommagé. Il y a beaucoup de bruit dans les données. Nous cherchons donc à extraire uniquement les caractéristiques pertinentes."

Autre difficulté : la masse d'informations. "Les capteurs produisent des mesures en permanence. Ils génèrent de gros volumes de données. Et nous n'en sommes qu'au début. Le nombre de capteurs explose." Il y a peu de temps encore, les ponts n'en étaient pas équipés. "Maintenant, certains en comptent jusqu'à 500, voire le double. Dans 10 ans, nous en aurons probablement 5 000 par ouvrage ! Le défi, pour nous, c'est d'accompagner cette prolifération de mesures. Comment un algorithme va-t-il pouvoir fonctionner correctement avec autant de données ? Le traitement de ce volume mobilise énormément de puissance de calcul."

Les méthodes statistiques prennent ici tout leur sens. "Il faut des stratégies intelligentes de traitement. On s'efforce par exemple de ne stocker que les éléments significatifs. Seul la technique algorithmique peut débloquer ce goulet d'étranglement vers lequel on se dirige, tant en génie civil qu'en aéronautique."

À cet égard, "nos techniques suscitent beaucoup d'intérêt. Nous collaborons, par exemple, avec le gouvernement canadien sur un système de surveillance des ponts accessible par Internet." Laurent Mevel est aussi l'un des responsables scientifiques d'Iris, un projet européen de recherche sur les thématiques de sécurité industrielle. Par ailleurs, "nos algorithmes viennent également d'être transférés dans Artemis Pro, un logiciel commercial d'analyse modale élaboré en partenariat avec l'entreprise danoise SVS."

Notes :

(1) Iris : Integrated European Industrial Risk Reduction System. Ce projet est financé par la Commission Européenne dans le cadre du 7ème programme cadre de recherche.