Les capteurs structurels permettent de contrôler les mouvements, les déformations et les contraintes et efforts des ouvrages : bâtiments, ouvrages d’art, ouvrages de Génie Civil, monuments historiques.
Toute une gamme de capteurs existent, permettant d’adapter la solution de monitoring de l’ouvrage aux enjeux et au budget.
Les capteurs structurels sont notamment mis en place lorsque des travaux sont réalisés sur, ou à proximité de l’ouvrage, pour vérifier qu’ils n’impactent pas l’intégrité de la structure.
Ils sont aussi utilisés pour le suivi à long terme des ouvrages, pour suivre l’état de santé de la structure et adapter les solutions de maintenance.
Ils sont un accompagnement à la gestion du cycle de vie de l’ouvrage dans le cadre d’une démarche de développement durable.
Contrôle des mouvements et déformations des structures
Les cas d’usage des capteurs structurels sont par exemple les suivants :
- Travaux à proximité
- Travaux de rénovation, modernisation, agrandissement, reprise en sous-œuvre
- Apparition de désordres (fissures par exemple)
- Augmentation des sollicitations (augmentation du trafic pour un pont, changement du type de machines-outils pour une usine, changement du type d’usage d’un entrepôt, création d’étages supplémentaires pour un bâtiment, etc)
Et dans le cas d’un suivi de long terme, ces mesures permettent de :
- Suivre son état de santé et adapter les travaux de maintenance
- Augmenter sa durée de vie
- Vérifier l’aptitude au service d’un ouvrage en cas de séisme, événement climatique, incendie ou accident
- Vérifier le comportement d’un ouvrage en cas de phénomène climatique extrême pour lequel l’ouvrage n’avait pas été dimensionné
- Optimiser le dimensionnement de nouveaux ouvrages similaires (et ainsi en diminuer l’empreinte écologique)
Les différents types de capteurs
- Les capteurs suivants sont simples robustes et économiques :
- Les capteurs de déplacement (fissuromètres) permettent de contrôler avec précision (0.1 mm à 0,01 mm) un déplacement relatif entre 2 parties d’une structure. Ils permettent de suivre l’évolution d’ouverture des fissures ou des joints par exemple.
- Les tiltmètres ou capteurs d’inclinaisons mesurent des inclinaisons avec une précision de l’ordre de 0.1 mm/m.
- Les distancemètres laser sont moins précis sont que les fissuromètres mais permettent une mesure de déplacement sur une distance plus importante.
- Les géophones et accéléromètres permettent de mesurer les vibrations
- Les tassomètres hydrauliques ou « pots à eau » ou “capteurs de nivellement hydrostatique” sont une solution simple et robuste pour le contrôle des tassements (ou soulèvements) en plusieurs points d’un ouvrage. Ils sont particulièrement adaptés en cas de travaux de reprise en sous-œuvre.
- La mesure des contraintes dans une structure peut se faire avec les solutions suivantes :
- Mesures des micro-déformations relatives (mm) à l’aide de jauges de contraintes électriques ou à cordes vibrantes ou de capteurs à fibre optique. Economiques, ces capteurs sont facilement soudés, collés ou noyés dans le béton. Ces capteurs permettent également des mesures dynamiques. La contrainte est déterminée à partir de ces mesures à condition de bien connaître le module d’Young du matériau et la géométrie de la structure.
- Mesure directe de la contrainte au vérin plat à condition de pouvoir réaliser une saignée dans l’ouvrage pour la mise en place du vérin.
- Mesures à l’aide de cellules de pression permettant de mesurer, mais de façon peu précise, l’augmentation de charge par rapport à l’état initial
- La fibre optique permet des mesures continues de température et de déformation le long de la fibre. Cette solution est adaptée pour le monitoring de long terme sur de très grands linéaires.
La mise en place de capteurs structurels permet de :
- Contrôler à court ou à long terme les mouvements et déformations d’un ouvrage
- Limiter les interruptions d’exploitation d’un ouvrage en cas d’événement climatique ou d’accident
- Analyser et de comprendre le comportement d’un ouvrage
- Augmenter la durée de vie des ouvrages et optimiser les coûts de maintenance
- Accompagner une démarche de développement durable et de résilience dans la gestion du patrimoine
