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Du bâtiment au cadre de vie bâti durable (DS0602)
Edition 2014


ContINuS


Contrôle non destructif et Inversion Numérique pour la Surveillance des structures de grandes dimensions

Contrôle non-destructif et Inversion Numérique pour la Surveillance des structures de grandes dimensions
Le projet ContINuS a pour but de contribuer à l’évaluation de l’état des structures de grandes dimensions en Génie Civil à partir de mesures non-destructives. Sur de telles structures les pathologies peuvent être nombreuses et à la fois leur diagnostic et la prévision de leur évolution nécessitent la connaissance de plusieurs paramètres. L'objectif du projet ContINuS est de répondre à un des besoins non satisfaits qui est la caractérisation des gradients de teneur en eau du béton en profondeur.

Aide à la gestion du patrimoine bâti par determination d'un paramètre important pour tout modéle previsionnel, la teneur en eau du béton en profondeur
La gestion du patrimoine bâti en béton possède de multiples facettes, techniques, financières, administratives et ne cesse d’être un sujet de préoccupations pour les chercheurs, les ingénieurs et les maîtres d’ouvrage.
L’évaluation de l’état des structures de grandes dimensions est un enjeu majeur pour au moins deux raisons. Tout d’abord pour une raison économique car le coût engendré par l’évaluation de l’état d’une structure de grande dimension peut devenir rapidement rédhibitoire pour un Maître d’Ouvrage si le parc qu’il doit gérer est très étendu et très ancien. Ensuite pour une raison sociétale, car le traumatisme engendré par un accident sur de telles structures est tel qu’il risque d’entraîner la mise en place d’investissements considérables pour conforter le restant du patrimoine.
Les structures concernées sont très variées. Les ouvrages liés au transport (ponts, tunnels,…), à la production d’énergie (barrages, aéroréfrigérants,…) ou au confinement (stockage de déchets, enceintes de réacteurs nucléaires,…) sont particulièrement concernés.
Sur de telles structures les pathologies peuvent être nombreuses et donc les besoins d’évaluation sont importants. Un des besoins non satisfaits concerne la caractérisation des gradients de teneur en eau du béton en profondeur. En effet le béton étant un matériau hétérogène de par sa nature mais également de par les conditions d’exposition, ses propriétés sont variables avec la profondeur. La connaissance de l’importance de ce gradient est primordiale en particulier si l’on souhaite prévoir l’évolution du matériau sur plusieurs années. D’ailleurs les modèles prévisionnels les plus fiables requièrent non seulement la connaissance des propriétés sur un volume bien défini du matériau, mais également la façon dont cette propriété est distribuée dans la profondeur du matériau. La détermination de ce gradient de teneur en eau en profondeur sur les ouvrages de grandes dimensions constitue l’objectif principal du projet ContINuS.

Proposition de méthodes d'inversion de mesures électromagnétiques et résistives permettant de déterminer des gradients de teneur en eau du béton.
L'objectif du projet est de proposer des méthodes d'inversion de mesures électromagnétiques et résistives non destructives permettant de remonter à des gradients de teneur en eau du béton en profondeur.
Afin de répondre à cet objectif, dans ce projet il est envisagé de combiner deux techniques couramment utilisés en contrôle non destructif, la mesure radar et la mesure de résistivité. Ce travail propose de développer une nouvelle approche basée sur l’inversion de modèles numériques de propagation dans le béton armé, d’ondes électromagnétiques émises par un radar de type GPR (Ground Penetrating Radar) d’un côté et d’un champ électrique généré suivant une méthode de mesure basé sur la tomographie de résistivité électrique de l’autre pour évaluer la permittivité et la résistivité électrique à différentes profondeurs du matériau et donc évaluer la typologie du gradient.
A partir de la connaissance de ce gradient de permittivité et de résistivité, des modèles reliant propriétés électromagnétiques et/ou électriques à la teneur en eau seront développés en utilisant des méthodes d'homogénéisation. Ces modèles pourront ensuite être utilisés pour transformer les gradients de propriétés électromagnétiques et électriques en gradients de teneur en eau. L’approche proposée consiste à modéliser le comportement électrique (ou de manière générale électromagnétique) du matériau à l’échelle d’un volume représentatif (VER) par des méthodes d’éléments finis et/ou en s’appuyant sur des modèles analytiques (Maxwell-Wagner, Le Pape, etc.).
Les résultats d'inversion seront confrontés à des mesures sur des corps d'épreuve de laboratoire en béton armé conditionnés afin qu'ils soient le siège de gradients de teneur en eau de différentes natures.
Des essais de validation sur la maquette VERCORS mise à disposition par EDF sont également prévus.

Résultats

Trop tôt

Perspectives

Trop tôt

Productions scientifiques et brevets

Trop tôt

Partenaires

 ARKOGEOS

 EDF RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT

IECL Institut Élie Cartan de Lorraine

LMDC Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions

ONERA Office national d'études et de recherches aérospatiales

Aide de l'ANR 565 562 euros
Début et durée du projet scientifique octobre 2014 - 42 mois

Résumé de soumission

Ce projet de recherche industrielle, projet collaboratif en partenariat public-privé, vise à contribuer à l’évaluation de l’état des structures de grande dimension en béton armé en déterminant les gradients de teneur en eau en profondeur. Sur de telles structures les pathologies sont nombreuses et à la fois leur diagnostic et la prévision de leur évolution nécessitent la connaissance de nombreux paramètres. Un des besoins non satisfaits concerne la caractérisation des gradients de propriétés du béton en profondeur. En effet, le béton étant un matériau hétérogène de par sa nature mais également de par les conditions d’exposition, ses propriétés sont variables avec la profondeur. La connaissance de l’importance de ce gradient est primordiale en particulier si l’on souhaite prévoir l’évolution du matériau sur plusieurs années. D’ailleurs les modèles prévisionnels les plus fiables requièrent non seulement la connaissance des propriétés sur un volume bien défini du matériau (ce qui est en outre difficile à quantifier avec les outils non destructifs usuels), mais également la façon dont cette propriété est distribuée dans la profondeur du matériau. En particulier, l’une des clés pour atteindre (voire dépasser) des durées de services prévues à la conception de plus de 50 ans, est la surveillance des phénomènes de vieillissement dépendants de la quantité d’eau et de son gradient dans le matériau : retrait, fluage, réactions de gonflement internes (RSI et RAG) ou corrosion des armatures, pour ne citer que les plus connus. Afin de répondre à cet objectif, il est envisagé, dans ce projet, de combiner deux techniques couramment utilisés en CND ayant montré une forte sensibilité à la teneur en eau dans les bétons, une technique à grand rendement, la mesure radar, et une autre plus locale mais plus précise, la mesure de résistivité. Ce travail propose de développer une nouvelle approche basée sur le développement et l’inversion de modèles numériques de propagation dans le béton armé, d’ondes électromagnétiques d’un côté et d’un champ électrique de l’autre pour évaluer la permittivité et la résistivité électrique à différentes profondeurs du matériau et donc d’évaluer la typologie du gradient. Pour ce projet, on étudiera et on développera une approche d’inversion 3D. Pour cela, dans le processus de contrôle non destructif, on envisage de travailler par zones et donc de ne considérer l’inversion que dans un domaine 3D local à la structure étudiée. La taille de cette zone et le nombre de mesures à effectuer sont des paramètres que nous chercherons à définir. Différents milieux réalistes pourront être modélisés et il sera ainsi possible de mettre au point la procédure d’inversion par rapport à des mesures réelles. A partir de la connaissance de ce gradient de permittivité/résistivité, des modèles seront développés pour évaluer les propriétés physiques du matériau et ainsi remonter au gradient de teneur en eau. En s’appuyant à la fois sur la connaissance intime du matériau béton et en faisant le parallèle avec les modèles d’homogénéisation 0D utilisés pour les propriétés mécaniques, nous proposons de développer un modèle de permittivité/résistivité électrique 0D du béton. La méthodologie d’inversion proposée sera validée sur la maquette d’une enceinte de confinement en béton précontraint d’un réacteur nucléaire (Vercors). Cette maquette étant instrumentée il sera possible de comparer les résultats de teneur en eau obtenues par les mesures inversées aux valeurs réelles mesurées par les capteurs.

 

Programme ANR : Du bâtiment au cadre de vie bâti durable (DS0602) 2014

Référence projet : ANR-14-CE22-0005

Coordinateur du projet :
Monsieur gilles klysz (Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions)

Site internet du projet : http://www-lmdc.insa-toulouse.fr/ANR_Continus/accueil_anr_continus.htm

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.