Diagnostic Autonome et à Distance des Infrastructures Maritimes en région Pays-de-la-Loire (DADIM PdL)
Le projet a pour objectif d’utiliser des matériaux fonctionnels pour la conception innovante d’un outil de suivi et de surveillance non destructif, ne nécessitant aucune source d’alimentation propre (sans batterie), configuré pour une activation et une lecture des données à distance.
Contexte, enjeux de société

La région Pays de la Loire possède plus de 450 km de côtes incluant de nombreuses infrastructures en béton hydraulique. D'où le fort besoin exprimé par les maîtres d'ouvrages en termes de mise au point de méthodologie efficace pour la gestion durable des infrastructures maritimes subissant les dégradations d'un environnement marin fortement agressif.

Si l'on exclut le vieillissement naturel, la durée de vie d'un ouvrage en béton armé peut généralement être limitée par la pénétration d'agents agressifs tels que les ions chlorure qui entrainent un gonflement puis des fissurations des structures.

La présence de ces agents agressifs modifie la fonction principale du film protecteur des armatures présentes dans le béton et accélère les phénomènes de corrosion. Cette corrosion peut provoquer un gonflement au niveau des armatures puis l'éclatement du béton d'enrobage.

En termes opérationnel, la méthode communément utilisée pour la surveillance et la prévention face à de telles pathologies implique des inspections visuelles régulières pour le relevé des fissurations débouchantes à la surface des ponts, suivies de réparations sous forme d’enrobage pour empêcher l’eau chlorée d’atteindre les aciers. Dans certaines applications, des capteurs de différentes technologies sont placés dans le béton d’enrobage dans le but de mesurer la concentration des chlorures. Malheureusement, ces technologies ont des coûts extrêmement élevés surtout face à des cas de mesures ponctuelles sur des structures volumineuses, et nécessitent la prise en compte des contraintes d’alimentation et de collecte de données, etc.

Les méthodologies et techniques développées dans ce projet permettront aux acteurs partenaires d’ajouter une pierre à l’édifice de la limitation du budget alloué par l’Europe dans la réhabilitation et/ou la mise à neuf d’infrastructures détériorées. En effet, plus de 50 % du budget de l’Europe pour la construction est affecté à la réhabilitation d’infrastructures détériorées.

Objectifs, problématique scientifique

Dans le cadre de ce projet hébergeant principalement le déroulement d’une thèse, le Cerema propose une technique novatrice pour l'évaluation non destructive, autonome, à distance et à bas coût du béton d'enrobage subissant une dégradation par la pénétration d'ions chlorure.

La solution technologique proposée consiste en un capteur passif noyé dans le béton, sensible aux caractéristiques diélectriques et chimiques du matériau et communiquant avec une antenne interrogatrice en surface.

Une réflexion d'ondes électromagnétiques sur le capteur noyé via l'interrogateur externe à la structure en béton permet de récupérer une information sur le degré de pénétration des chlorures (i.e. coefficient de réflexion S11vs. pénétration des chlorures).

Démarche, étapes

Les actions du projet s’organisent en tâches  :

  • Tâche 0 : Etat de l’art sur les capteurs, les méthodes employées pour la surveillance des infrastructures maritimes concernées et les techniques de miniaturisation ;
  • Tâche 1 : Etude théorique de la topologie antennaire ;
  • Tâche 2 : Etude du matériau ferroélectrique ;
  • Tâche 3 : Campagne expérimentale d’étalonnage du capteur sans fil ;
  • Tâche 4 : Démonstrateur du capteur autonome et sans contact.
Résultats

Par ailleurs, ce projet permettra une consolidation des liens tissés entre les différents partenaires (IETR, ESEO, CEREMA et IFSTTAR) afin de fédérer nos compétences respectives dans le développement de nouveaux types de capteurs sans fil et son application première dans un des secteurs où la région Pays-de-Loire exprime un fort besoin.

Apport spécifique du Cerema

Les contributions des équipes Cerema graviteront autour des points suivants :

  • Maîtrise des phénomènes physiques relatifs au couplage entre l'antenne noyée et le matériau ;
  • Sélectivité du capteur vis-à-vis de la présence quasiment indissociable de l’eau et des chlorures dans la solution interstitielle ;
  • Développement de méthodologie de filtrage adapté aux réflexions sur les armatures et les multiples réflexions dans l’antenne interrogatrice ;
  • Optimisation du bilan de liaison et développement d’une approche inverse pour la détection de l’antenne noyée à partir des signaux reçus par l’interrogateur ;
  • Choix des fréquences utiles justifié expérimentalement par les caractéristiques de formulation et de conditionnement des structures tests.
Partenaires

ESEO, IETR-université de Nantes, Cerema-ENDSUM et IFSTTAR

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Diagnostic Autonome et à Distance des Infrastructures Maritimes en région Pays-de-la-Loire (DADIM PdL)

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