Skip to content. | Skip to navigation

Emergences

Lettre d'information n° 40

Image emergences pour impression
Personal tools
You are here: Home 2016 Lettre d'information n° 40 La thermographie infra-rouge pour surveiller le bon état des structures
Document Actions

La thermographie infra-rouge pour surveiller le bon état des structures

Équipe commune d'Inria et d'Ifsttar, I4S explore une nouvelle technique pour surveiller l'état des grands ouvrages de génie civil comme les ponts ou les bâtiments. Alors que les méthodes classiques considèrent plutôt les phénomènes thermiques comme une pollution à l'analyse du signal, la nouvelle approche les perçoit comme un indice supplémentaire pouvant renseigner sur l'intégrité structurelle.

Équipe commune d'Inria et d'Ifsttar, I4S explore une nouvelle technique pour surveiller l'état des grands ouvrages de génie civil comme les ponts ou les bâtiments. Alors que les méthodes classiques considèrent plutôt les phénomènes thermiques comme une pollution à l'analyse du signal, la nouvelle approche les perçoit comme un indice supplémentaire pouvant renseigner sur l'intégrité structurelle.

Avec l'avènement des réseaux de capteurs et des analyses vibratoires, s'assurer du bon état d'un ouvrage consiste désormais surtout à interpréter une masse de données sans cesse croissante. L'inférence statistique pour la surveillance d'intégrité de structures est la grande spécialité d'I4S, une équipe scientifique au centre Inria Rennes - Bretagne Atlantique. Construite sur le couplage entre statistiques et modèle physique, la technologie née de leurs précédentes recherches a fait l'objet d'un transfert vers SVS, une entreprise danoise dont le logiciel phare, ARTeMIS, constitue la solution d'analyse modale qui fait référence au niveau mondial.

En 2013, I4S s'est re-configurée pour devenir une équipe-projet commune à Inria et à l'Ifsttar, l'Institut français des sciences et technologies des transports, de l'aménagement et des réseaux (1). Au coeur de ce rapprochement : un nouvel axe de recherche introduisant une approche originale dans le domaine. “Jusqu'alors, nous percevions le thermique comme simplement une nuisance dans nos techniques de surveillance vibratoire, explique Laurent Mevel, responsable de l'équipe. Maintenant, au contraire, nous considérons les données thermiques comme une source d'information en tant que telle. Et comme nos collègues de l'Ifsttar possèdent justement une très forte expertise dans ce domaine, nous avons décidé de travailler ensemble afin de combiner nos méthodes respectives."

Notre objectif est de reconstruire le champ de températures, ajoute Jean Dumoulin, chercheur à l'Ifsttar (2). Car qui dit connaître la distribution de ce champ, dit connaître les variations des propriétés mécaniques liées aux gradients de température.” Et quand cette variation n'est plus conforme au modèle a priori, cela constitue un assez bon indice quant à une usure ou un dommage de la structure. “Nous pourrions par exemple repérer le phénomène de délamination de la couche de roulement sur le revêtement d'une route.

 

Imagerie infrarouge

Accessoirement, l'étude thermographique de grands édifices sur de longues durées est loin d'être simple. Mais les récents progrès de l'imagerie vont probablement changer la donne. “Il y a quelques années, il s'agissait de caméras refroidies. Elles étaient grosses comme une boîte de chaussures et coûtaient cher. Aujourd'hui sur le marché, on voit arriver des modèles non refroidis, plus petits et moins onéreux. On peut les alimenter par connexion Ethernet et s'en servir pour surveiller de grands ouvrages.” Les chercheurs d'I4S testent actuellement ce mode de contrôle thermique sur deux chalets installés à Champs-sur-Marne, près de Paris, où l'Ifsttar possède son siège. Ces travaux sont menés dans le cadre de Sense City (3), un consortium incluant Inria qui expérimente de multiples réseaux de capteurs susceptibles de contribuer à réduire la consommation d'énergie et favoriser l'essor de villes durables.

Lors d'une autre expérience, les scientifiques ont déployé pendant quelques jours des caméras IR sur le pont de Sihlhochstrasse, à Zurich, en Suisse, et sur le pont ‘Musmeci’, à Potenza, en Italie. “Le vrai challenge c'est de parvenir à reconstruire, par exemple, les propriétés thermo-physiques apparentes uniquement depuis une mesure de surface. À partir de cette simple mesure, on peut retrouver des éléments de structure interne. Par exemple le caisson qui se situe sous le tablier d'un pont ou les câbles de pré-contrainte noyés dans la dalle de béton.

D'ici peu, les scientifiques commenceront à surveiller un immeuble du centre Inria sur campus de Beaulieu, à Rennes. “Nous avons choisi un angle où deux façades se rejoignent. L'une en béton. L'autre en aluminium. Le contraste promet d'être intéressant.” De fait, l'émissivité du matériau de surface constitue un paramètre à prendre en compte pour pouvoir le soustraire du modèle. Idem pour les conditions météorologiques. “Le rayonnement solaire qu'il soit direct ou diffus, la pression, la température, le vent, l'humidité. Tous ces paramètres vont impacter le comportement thermique de la structure.” Parvenir à les extraire n'est pas une mince affaire. Et cela d'autant plus que sur un ouvrage de grande taille, plusieurs parties peuvent subir des conditions sensiblement différentes à un instant donné. Une moitié sous le soleil, une autre à l'ombre par exemple. “Il faut aussi injecter une carte de distances dans le modèle afin de prendre en compte les distances qui séparent la caméra des surfaces mesurées et les angles par rapport à ces surfaces.

Showroom

Après avoir affiné leurs méthodes pour exploiter au mieux la thermographie, les scientifiques aborderont l'étape suivante, qui est aussi le but de ces recherches : construire un modèle pouvant combiner le comportement thermique et la dynamique vibratoire. “Nous allons instrumenter un pont à haubans à Nantes (4), indique Laurent Mével. Nous aurons à la fois des capteurs vibratoires et des caméras IR. Cette instrumentation nous permettra d'effectuer une mesure d'un ouvrage de grande taille en condition d'exploitation, ce qui est très intéressant.” Par ailleurs une poutre métallique spécialement conçue sera installée dans un showroom au centre Inria à Rennes “pour que le public puisse observer via un écran d'ordinateur l'impact de la chaleur sur une structure que nous soumettrons aussi à des effets mécaniques.” Et quand doit-on s'attendre à voir cette nouvelle technologie arriver dans l'industrie ? “Pas avant un moment. Dans ce milieu, les gens perçoivent encore le thermique comme nous le faisions nous-mêmes auparavant : uniquement comme une nuisance. À nous donc de les convaincre du contraire.

----
Note:

(1) L'Ifsttar est né en 2011 de la fusion de l'Institut national de recherche sur les transports et leur sécurité (Inrets) et du Laboratoire central des ponts et chaussées (LCPC).

(2) Jean Dumoulin est membre du laboratoire SII (Structures et Instrumentation Intégrée) au sein du département Composants et systèmes (Cosys) de l'Ifsttar.

(3) Financé par le gouvernement dans le cadre des Investissements d'avenir, le projet Sense City a pour partenaires : l'Université Paris-Est Marne-la-Vallée, l'Ifsttar, Inria, l'ESIEE, le CSTB et le  LPICM.

(4) Construit en 2011, le pont Tabarly enjambe un bras de la Loire à Nantes. Son instrumentation est financée par un groupement d'intérêt scientifique rassemblant l'Ifsttar, le CSTB, Nantes Métropole et l'Université de Nantes.