La thermographie infrarouge. dans les conduits de précontrainte de la poutre du VIPP de Merlebach

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2 La thermographie infrarouge de la poutre du VIPP de Merlebach Page 2/19

3 Principes TIR et caméra Tout matériau émet des ondes électromagnétiques : il rayonne. Les ondes se caractérisent par leur énergie et leur longueur d onde. Rayons X UV Visible Infrarouge Micro ondes Ondes radio A B C D 10 nm 100nm 1µm 10 µm 100µm 1mm 10mm 100mm 1m 10m 100m 1km Energie Le rayonnement thermique couvre approximativement la gamme de 0,1 à µm La thermographie infrarouge classique concerne la gamme de 2 à 14 µm. Page 3/19

4 Principes TIR et caméra Une caméra infrarouge révèle un phénomène de transfert thermique, elle est sensible à l énergie rayonnée et non à la température. Scène thermique Image thermique 2D Etalonnage Radiomètre Transcription en température Rayonnement Entrée des valeurs d influence : Distance, émissivité du matériau, hygrométrie Température Schéma de principe d une caméra infrarouge Page 4/19

5 Principe de l application à la détection de vides d injection - Modélisation de faisabilité (LAMTI) Bâche chauffante Conduit d acier Caméra IR Flux uniforme dissipé par la bâche Observation de la diffusion en face avant Béton Page 5/19

6 Schéma de principe des mesures Installation sur le site de Merlebach le 30/03/05 Vue latérale des dispositifs de chauffage et de prise de vue. Caméra IR Contreplaqué 18 mm Micro ordinateur Chevron Conduit de précontrainte Poutre (épaisseur 24 cm) Bâche chauffante CIPEC (env 500W/m²) Page 6/19

7 Installation sur le site de Merlebach, vue de la zone sollicitée thermiquement. La bâche chauffante, son alimentation et son dispositif de fixation. Bâche chauffante Contreplaqué Alimentation Page 7/19

8 Installation sur le site, vue de la face opposée au chauffage Les caméras infrarouge, les micro-ordinateurs dédiés et la centrale d acquisition des paramètres thermiques (LRA et LAMTI) Zone examinée Caméra thermique FLIR S 65 : - Réponse spectrale 7.5 à 13 µm - Matrice de 320x240 éléments - Résolution thermique 0.08 C à 30 C - Fréquence d acquisition 50 Hz Page 8/19

9 Installation sur le site, vue de la face opposée au chauffage Quelques thermographies obtenues à la caméra FLIR S C 22 C 20 C 18 C 16 C 14 C 12 C 23 C 22 C 20 C 18 C 16 C 14 C 12 C 10h 46 14h C 22 C 20 C 18 C 16 C 14 C 12 C 13h 32 17h C 22 C 20 C 18 C 16 C 14 C 12 C Page 9/19

10 Quelques conclusions «à chaud» de cet essai : - Conditions opératoires très défavorables: - pluie, vent. - effets convectifs importants. - Hétérogénéité de la sollicitation thermique par la bâche chauffante (écart type de température de 5 C à 60 C). - Epaisseur du béton plus importante que lors des modélisations. Page 10/19

11 Nouvelles modélisations du LAMTI suite à l essai in situ: - Phénomènes perturbateurs non pris en compte précédemment : - Diffusion thermique le long des câbles de précontrainte. chauffage Zone de chauffage «L» 1000 w/m2 acier Acier Béton Page 11/19

12 Nouvelles modélisations du LAMTI suite à l essai in situ: - Incidence de la taille de la zone sollicitée par rapport aux dimensions de la poutre. Zone sollicitée L = 20 % de la surface de la poutre Zone sollicitée L = 90 % de la surface de la poutre Page 12/19

13 Essais complémentaires réalisés sur le mur test de Lyon: Vue du site : Mur de 18 cm (Z1) Mur de 24 cm (Z2) Mur de 39 cm (Z3) Tissu chauffant ETIREX 1000 W Page 13/19

14 Essais complémentaires réalisés sur le mur test de Lyon: Schéma de l installation : Vue en coupe du dispositif Serre-joints Chevron Carton +Isolant Fluxmètre Tissu chauffant Caméra IR Micro ordinateur Conduit φ 41 Mur à observer (épaisseur 18 cm) Page 14/19

15 Les thermographies réalisées : Vue du mur, face opposée au chauffage à 11h00 Vue du mur face opposée au chauffage à 14h00 Page 15/19

16 Le traitement par filtres : Position des conduits Conduit vide Conduit semi injecté Visualisation des défauts après traitement par filtre Bessel (vue 2D) Visualisation des défauts après traitement par filtre Bessel (vue 3D) Vue du mur, face opposée au Vue du mur face opposée au chauffage à 14h00 chauffage à 14h00 Page 16/19

17 Conclusions : La détection des défauts d injection est faisable mais nombreuses difficultés sont rencontrées: L influence des conditions météorologiques est notable (vent, ensoleillement). Comment assurer un contact continu entre le dispositif de chauffage et l objet à investiguer? (problèmes liés à la fixation du tissu chauffant et la grande surface à solliciter thermiquement). La puissance électrique requise pour le chauffage de grandes surfaces est considérable. La durée des investigations est longue (chauffage durant plusieurs heures). Méthodologie limitée aux seules structures fines (âme des poutres). La gammagraphie, malgré les inconvénients qu elle présente, reste encore le moyen incontournable pour obtenir le maximum d informations. Page 17/19

18 Perspectives : D autres pistes de travail peuvent être explorées : - Optimisation du système de chauffage par sollicitation fréquentielle. - Traitement par thermographie en phase pulsée sur les séquences des thermogrammes. - Sollicitation thermique directe des conduits en intégrant, à la construction un dispositif de chauffage (pour la réception de l opération d injection). - Constitution d un «banc d essai caractéristique», la poutre récupérée lors de la démolition du VIPP de Clerval (25) pourrait être utilisée dans ce but Page 18/19

19 Remerciements : Laboratoire d Artois Mécanique Thermique Instrumentation (LAMTI) de l Université de Béthune. Didier DEFER, Franck BRACHELET, Olivier CARPENTIER. Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Lyon Philippe ROENELLE et son équipe «gammagraphie», Michel VALADE. Page 19/19

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