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Auteurs : H.CANNARD1, T.PERRIN1, D.PRYBYLA1, V.MUZET1, M.MAOUCHI2, F.BRACHELET3
Date : 21 mars 2014
La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art
Direction territoriale Est
1 - CEREMA Dter Est Laboratoire de Strasbourg
2- Université de Lorraine Metz
3- Université d’Artois LGCgE
SOMMAIRE
2 2
1. La problématique
2. Le principe mis en oeuvre
3. L’expérimentation sur corps d’épreuve
4. Les investigations in-situ
5. Conclusion/perspectives
21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art
21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art
1- La problématique
3 3
1- La problématique
4
• Pathologie affectant de parement des corniches
d’ouvrage d’art en béton
CO2 Cl-
H2O
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Béton
Armature
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1- La problématique
5 5
- Apparition de la corrosion des aciers
- expansion du volume occupé par l’armature
- fissuration
- décohésion du béton
A A
’
Coupe A-A’
Béton
Armature
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1- La problématique
6 6
- Adhérence insuffisante des produits de réparation
A A’
Coupe A-A’
Béton
Armature
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1- La problématique
7 7
Quelques exemples de désordres rencontrés
21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art
1- La problématique
8 8
Quelques exemples de désordres rencontrés
21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art
1- La problématique
9 9
L’aspect « sécurité » des interventions lors des inspections
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2- Le principe mis en oeuvre
1
0
1
0
Sens du flux thermique
Sens du flux thermique en période diurne
Fissure
convexion
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1
1
Fissure
Sens du flux thermique
Sens du flux thermique en période nocturne
2- Le principe mis en oeuvre
convexion
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1
2
1
2
3- L’expérimentation sur corps d’épreuve
1) Rapport d’activité LAMTI 11N065 sujet 5 Aide au diagnostic des chapes d’étanchéité par méthodes Thermiques
E.ANTZAC, F.BRACHELET, O.CARPENTIER, D.DEFER
Le défaut présent sous la surface doit avoir des propriétés thermophysiques
suffisamment différentes du milieu pour permettre un bon contraste en surface
Matériau Conductivité thermique
l en W.m-1.K-1
Béton 1,6 à 2.2
Air saturé 0,029
Polystyrène
expansé
0,040
1
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3
1
3
3- L’expérimentation sur corps d’épreuve
1) Rapport d’activité LAMTI 11N065 sujet 5 Aide au diagnostic des chapes d’étanchéité par méthodes Thermiques
E.ANTZAC, F.BRACHELET, O.CARPENTIER, D.DEFER
l'amplitude du signal doit être suffisante pour que l'effet produit en
surface par la discontinuité soit détectable 1
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1
4
3- L’expérimentation sur corps d’épreuve
CETE de L'EST-LRS-Sce OA-17/11/10 -H.CANNARD-la thermographie IR dans le domaine des
ouvrages d'art
1) Rapport d’activité LAMTI 11N065 sujet 5 Aide au diagnostic des chapes d’étanchéité par méthodes Thermiques
E.ANTZAC, F.BRACHELET, O.CARPENTIER, D.DEFER
La relation entre la taille du défaut et sa proximité de la surface doit
être suffisamment importante pour créer un contraste thermique. 1
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5
1
5
3- L’expérimentation sur corps d’épreuve La propagation des ondes de chaleur issue d’une sollicitation sinusoidale est
atténuée selon une fonction exponentielle de la profondeur traversée 1
1) Rapport d’activité LAMTI 11N065 sujet 5 Aide au diagnostic des chapes d’étanchéité par méthodes Thermiques
E.ANTZAC, F.BRACHELET, O.CARPENTIER, D.DEFER
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6
1
6
2- Le principe mis en oeuvre
Matériau l r c
Air 0.0242 1.2 1006
Béton 1.6 2300 820
Paramètres thermophysiques du modèle
l : conductivité thermique [W/m.K] r : masse volumique [kg/m3] c : chaleur spécifique [J/kg.K]
Modélisation d’un défaut type «lame d’air »
50
0 m
m
Flux thermique sinusoïdal300W/m² sur 24H
Défaut type Lame d’air 2mm
Convection h = 15W/m².C
Tcentre
Text
80
mm
200 mm
Ep.20 ou 40 mm
Timposée =10°C
1
1) modélisation : F.BRACHELET Université d’Artois LGCgE
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7
1
7
2- Le principe mis en oeuvre
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
0,00 3,00 6,00 9,00 12,00 15,00 18,00 21,00 24,00
Delta T …Delta T …
Evolution de la différence de température entre zone centrale et l’extrémité de la corniche
pour deux profondeurs de défauts type lame d’’air d’une épaisseur de 2mm
DT (oC)
Heures
DT=Tcentre-Textrémité
Sollicitations : • Convection h = 15W/m².C • Flux thermique sinusoïdal ±300 W/m2
Modèle Corniche avec défaut type lame d’air
E=4cm
E=2cm
Tcentre
Textrémité
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8
1
8
Schéma de principe d’une caméra infrarouge
Radiomètre Transcription
en température
Entrée des valeurs d’influence :
Distance, émissivité du matériau,
hygrométrie…
Etalonnage
Rayonnement Température
2- Le principe mis en oeuvre
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9
1
9
2- Le principe mis en oeuvre
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2
0
2
0
2- Le principe mis en oeuvre
Deux techniques
• Thermographie passive:
- Pas d’apport artificiel d’énergie,
- Examen de situations ou d’objets à une température différente de
la température ambiante,
- Applications : inspection de bâtiments et d’installations électriques.
• Thermographie active
- Sollicitation par un apport d’énergie (flashes, laser, induction, micro-
ondes, tissu chauffant, tubes rayonnants…)
- Utilisation dans le cadre du contrôle non destructif
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1
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1
Réalisation de corps d’épreuve 0
.24
m
0.10 m
0.04 m 0.02 m
0.08 m
0.02 m
3- L’expérimentation sur corps d’épreuve
0.76 m
0.01 m
0.10 m
0.05 m
0.10 m
0.80 m 0.10 m
0.08 m
0.10 m
1.00 m
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Réalisation de corps d’épreuve
Positionnements des éléments en polystyrène
extrudé dans le béton frais
3- L’expérimentation sur corps d’épreuve
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2- Le principe mis en oeuvre
- Matrice de 640x480 éléments
- Gamme de travail 7-15 µm
- Sensibilité 30 mK à 30°C
- Objectifs infrarouge: 24°x 18° (standard)
12°x 9° (téléobjectif)
Résolution spaciale :
0,65 mrad /élément du détecteur pour l'objectif de 24°.
0,33 mrad /élément du détecteur pour l'objectif de 12°
- Objectif visible 3.2 Mpixels
- Enregistrement de séquences vidéo radiométriques
Le matériel utilisé:
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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve Dispositif expérimental
Caméra
infrarouge
Corps
d’épreuve
exposition
sud
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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve Implantation des zones de mesure
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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve
07h25 8h55 11h15
16h00
Suivi des D T entre zones saines et zones défectueuses (F 80mm)
Profondeur 1cm Profondeur 2cm
Profondeur 4cm
18h00
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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve
7h30 9h04
10h44
Suivi des D T entre zones saines et zones défectueuses (5 X 5 cm))
15h35
Profondeur - 1cm
Profondeur - 2cm
18h20
Profondeur - 4cm
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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve Dispositif expérimental – exposition à l’ombre
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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve Dispositif expérimental – exposition à l’ombre
Défauts de diamètre 80 mm
Profondeur -1cm
Profondeur -2cm
Profondeur -1cm
Défauts de dimensions 50 x 50 mm mm
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4 – Les investigations in-situ
N
Intersection
Autoroutes A35 et RD
63 à Reichstett,
position de l’OA 55
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4 – Les investigations in-situ Intervention sur l’OA 55
Evolution de la température ambiante
le jour de l’examen
Position de la caméra lors de
L’acquisition des thermogrammes
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4 – Les investigations in-situ OA 55 Implantation de repères
Réalisation d’une image panoramique à partir
d’une série de clichés
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4 – Les investigations in-situ Réglage du gain (optimisation de la détection des anomalies et des repères)
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4 – Les investigations in-situ Représentation en mode « fusion » ou incrustation d’image
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4 – Les investigations in-situ
N
Intersection
Autoroutes A35 et RD
63 à Reichstett,
position de l’OA 53
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4 – Les investigations in-situ Intervention sur l’OA 53 le 15/03/2013,
implantation des prises de vues
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4 – Les investigations in-situ
OA 53 - Réalisation d’une image panoramique à partir d’une série de clichés
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4 – Les investigations in-situ Problèmes rencontrés sur le hourdis
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Conclusion Cette technique a permis de réaliser une reconnaissance des zones à sonder et éventuellement à
purger.
Mise en œuvre de moyens limités pour les interventions.
Amélioration de la sécurité des intervenants et peu de gêne du trafic
Déploiement rapide et rendement élevé (un ouvrage par demi-journée)
Mais
Nécessité d’intervenir dans des conditions météorologiques optimales
Obligation de réaliser un repérage et une pré-visite (optimisation de l’implantation des
emplacements des prises de vues).
Potentiel d’amélioration important et champ d’application vaste
Utilisation d’un matériel très performant équipé d’optiques spécifiques
Détection de défauts de 0.5 dm² à une profondeur de 3 cm dans des conditions favorables
perspectives
Essais à réaliser sur plusieurs types d’ouvrages et étude de la reproductibilité.
DIR EST M. Contri
Merci pour votre attention
Direction territoriale Est
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