Adapter les infrastructures
Quatre réalisations illustrent les actions réalisées à l’Ifsttar pour adapter les infrastructures aux sollicitations présentes et à venir, et contribuer à leur durabilité et leur résilience. Un projet européen (FASSTbridge) a proposé des solutions d’évaluation et de renforcement d’ouvrages métalliques à l’aide de composites. Un travail de recherche inter-département, appuyé par une thèse et en collaboration avec un laboratoire spécialisé en hydraulique associé au Cerema, s’est intéressé à la détection des affouillements au droit des piles de ponts. L’action de recherche ECODEM a proposé des méthodes d'évaluation et de contrôle non-destructif par des techniques électromagnétiques, appliquées aux couches de chaussées, et aux structures en maçonnerie et en béton. L’action DEDIR a permis de mettre au point une technique d’auscultation à bas coût de l’état des chaussées par mesure de leur bassin de déflexion. Ces systèmes, fixés sur les véhicules, utilisent des logiciels d’aide à la gestion des infrastructures. Les journées de clôture du projet DEDIR ont eu lieu en mai 2018 avec des chercheurs, des représentants des maîtres d’ouvrages et des industriels. Le logiciel ALIZE-LCPC a été actualisé et reprogrammé.
FASSTbridge – Fast and effective strengthening for steel bridges lifetime extension
Le projet FASSTbridge visait à proposer une solution complète d'allongement de la durée de vie en fatigue des structures métalliques par composites collés. Cette solution intègre une évaluation de la structure existante, le dimensionnement du renforcement et la mise en œuvre du renforcement par composite collé spécifique au projet sur site avec une instrumentation. La solution complète a été appliquée sur un ouvrage réel en service de la communauté de communes de Madrid : le pont de Jarama. Ceci a permis de vérifier et évaluer la pertinence de la solution proposée par une analyse coût bénéfice et environnementale. Le projet a été coordonné par Tecnalia avec les partenaires suivants : Communauté de Communes de Madrid, Dragados (Espagne), LAP, MPA Stuttgart (Allemagne), Collanti (Italie), Altavista (États-Unis) et Ifsttar (France). Les laboratoires SMC, EMGCU et Navier de l'Institut y ont participé. Un séminaire de clôture a eu lieu pendant la conférence Internationale CICE à Paris du 17 au 19 juillet 2018. Deux films ont été réalisés : un sur le concept et le second sur le déroulement de l'installation sur site, 2 articles publiés dans des revues internationales et 14 communications présentées à des conférences internationales avec actes.
Vulnérabilité des ouvrages d'art aux risques d'affouillement
Collaboration Laboratoire hydraulique Saint-Venant (EDF R&D, École des Ponts Paris-Tech, Cerema)
L’affouillement est l’arrachement et le transport des sédiments du lit d’un cours d’eau sous l’action érosive d’un écoulement hydraulique. Ce phénomène est accentué par la présence d’obstacles à l’écoulement, tels que des piles et culées de ponts, des murs de quais, ou des supports d’éoliennes ou d’oléoducs offshores dans un environnement maritime. La présence de fosses d’affouillement engendre une perte de la capacité portante de la structure et menace sa stabilité. Face à ce risque hydraulique, il est crucial de suivre en continu l’évolution de la profondeur d’affouillement au droit des ouvrages d’art et d’en évaluer les conséquences sur le comportement de la structure.
Cette recherche est fondée sur l’analyse vibratoire pour le suivi de l’affouillement, et contribue à la compréhension des phénomènes d’interaction sol-structure mis en jeu. La démarche scientifique retenue intègre deux approches du suivi d’affouillement, directe et indirecte. L’approche indirecte utilise un capteur de profondeur d’affouillement en cours de développement (scour depth sensor SDS). Des études expérimentales et numériques ont été menées pour évaluer l’influence de l’affouillement sur la réponse dynamique du capteur (fréquences, déformées modales et amortissement), et sur sa réponse statique sous chargement latéral. Sur la base des résultats obtenus, un modèle théorique de poutre équivalente a été proposé afin de relier la variation de la fréquence du capteur à la profondeur d’affouillement. L’approche directe s’intéresse à l’effet de l’affouillement sur la réponse dynamique de la structure elle-même. Des campagnes d’essais ont été menées sur des modèles réduits en canal hydraulique. Les effets de la géométrie de la pile et de l’interaction pile-tablier ont été caractérisés. Un modèle analytique a été proposé pour prédire l’évolution de la fréquence de vibration des piles avec l’affouillement. Ce modèle a été validé en comparant ses résultats à ceux des essais expérimentaux.
Ce travail a fait l'objet d’une thèse (Boujia N., 2018) et d'une collaboration entre trois départements de l'Ifsttar (MAST, GERS, COSYS).
© Franziska Schmidt
ECODEM – Évaluation et COntrôle non Destructifs des milieux dispersifs du génie civil par propagation d’ondes ÉlectroMagnétiques
La collaboration structurante de recherche ECODEM (Évaluation et contrôle non-destructif des milieux dispersifs du génie civil par des techniques électromagnétiques), réalisée sur 4 ans (2014-2017), s'est clôturée par une journée de restitution nationale le 29 janvier 2019, ouverte au réseau technique, aux académiques, aux collectivités locales et aux grands donneurs d'ordre. La collaboration scientifique entre l'Ifsttar (laboratoires GeoEND, S2I et LAMES de Nantes) et l'équipe de recherche du Cerema (ENDSUM) a été valorisée par 28 publications scientifiques dans des revues à facteur d'impact, la soutenance de 6 thèses, de 2 habilitations à diriger des recherches et la conception de 5 matériels de mesure et robots porte-antennes.
Un rapport scientifique présentant les principaux résultats sera prochainement diffusé. On retiendra notamment le développement de méthodologies d'évaluation non-destructive pour la caractérisation physique et géométrique des infrastructures par technique radar à sauts de fréquence associée à l'inversion de la “forme d'onde” des signaux radar, et la caractérisation électromagnétique des matériaux (mélanges hydrauliques et bitumineux) en lien avec leurs indicateurs de durabilité et paramètres d'état, utiles pour les gestionnaires d'ouvrages. Des expérimentations à l'échelle 1 sur des plates-formes et sites d’essais ont permis de valider les méthodologies en situations réelles et contrôlées.
Thèse de Vinciane Le Boursicaud : mesure du bassin de déflexion pour caractériser l’état des chaussées, financée dans le cadre du projet de recherche DEDIR
Soutenue le 8 novembre 2018, la thèse de Vinciane Le Boursicaud porte sur l’optimisation de l’interprétation des mesures de déflexion pour l’évaluation des caractéristiques structurelles d’une chaussée. Jusqu’ici, seuls la déflexion maximale et le rayon de courbure étaient analysés. Une méthode permettant de corriger les biais de mesure liés au fonctionnement des appareils a d’abord été mise au point. Puis une méthodologie pour le calcul d’indicateurs orthogonaux particulièrement sensibles à certaines caractéristiques structurelles a été développée, utilisant l’ensemble du signal mesuré. Les indicateurs produits se révèlent plus sensibles que les indicateurs classiques. Ils permettent non seulement la détection des défauts comme les indicateurs classiques, mais aussi leur localisation en abscisse et leur caractérisation en profondeur et en nature. L’ensemble de la méthode a été validé par des études numériques et des expérimentations sur sites d’essais. Son application a été testée avec succès sur des mesures recueillies sur un itinéraire de plus de 20 kilomètres.
