ISIS Canada INNOVATIONS EN STRUCTURES AVEC SYSTÈMES DE DÉTECTION INTÉGRÉS

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1 ISIS Canada INNOVATIONS EN STRUCTURES AVEC SYSTÈMES DE DÉTECTION INTÉGRÉS Recherches axées sur des solutions Rapport Annuel 2000/01 Un Réseau canadien de Centres d excellence

2 Conseil d'administration Président : Donald Whitmore, P.Eng., Vector Construction Group Vice-président : Ralston MacDonnell, P.Eng., Vaughan Engineering Associates Ltd. Victor Anderson, P.Eng., Delcan International Corp. Bruce Blackett, P.Eng., Con-Force Structures Limited Paul Drouin, ing., ADS Inc. Mark Green, Ph.D., P.Eng., Université Queen's Andrew Horosko, P.Eng., Ministère des Transports du Manitoba Joanne Keselman, Ph.D., Université du Manitoba Rudolph Kriegler, Ph.D., consultant Aftab Mufti, Ph.D., P.Eng., ISIS Canada, président Jean Nicolas, ing., Université de Sherbrooke Edward Pentland, P.Eng., A.E. Concrete Precast Products Ltd. Guy Richard, ing., Ministère des Transports, Québec Lloyd McGinnis, Ph.D., P.Eng., ISIS Canada, directeur général Observatrice : Sylvie Boucher, agent de programme des RCE Comité du transfert technologique et de la commercialisation Président : Edward Pentland, P.Eng., A.E. Concrete Precast Products Ltd. Bruce Blackett, P.Eng., Con-Force Structures Limited Peter Brett, P.Eng., Ministère des Transports et de la Voirie, Colombie-Britatnnique Peter Halsall, P.Eng., Halsall Engineering Ray Hoemsen, P.Eng., NEXUS Manitoba Andrew Horosko, P.Eng., Ministère des Transports du Manitoba Lloyd McGinnis, Ph.D., P.Eng., ISIS Canada, directeur général Aftab Mufti, Ph.D., P.Eng., ISIS Canada, président Dave Scouten, P.Eng., Scouten and Associates Engineering Limited Gamil Tadros, Ph.D., P.Eng., SPECO Engineering Donald Whitmore, P.Eng., Vector Construction Group Observatrice : Sylvie Boucher, agent de programme des RCE Comité de gestion de la recherche Président : Aftab Mufti, Ph.D., P.Eng., ISIS Canada, président Nemkumar Banthia, Ph.D., P.Eng., Université de la Colombie-Britannique J.J. Roger Cheng, Ph.D., P.Eng., Université de l'alberta Andrew Horosko, P.Eng., Ministère des Transports du Manitoba Lloyd McGinnis, Ph.D., P.Eng., ISIS Canada, directeur général Kenneth Neale, Ph.D., ing., Université de Sherbrooke Gamil Tadros, Ph.D., P.Eng., SPECO Engineering Roderick Tennyson, Ph.D., P.Eng., Université de Toronto Observatrice : Sylvie Boucher, agent de programme des RCE Équipe de direction Aftab Mufti, Ph.D., P.Eng., président Kenneth Neale, Ph.D., Ing., vice-président Sami Rizkalla, Ph.D., P.Eng., ex-président Lloyd McGinnis, Ph.D., P.Eng., directeur général Personnel de soutien administratif Kim Archer, agent financier Madeleine LeBlanc, adjointe administrative Jennifer Redston, agent des affaires publiques Jamie Zukewich, adjointe de communications Le mandat d'isis ISIS CANADA (Innovations en structures avec systèmes de détection intégrés) a pour mission de permettre au génie civil de jouer un rôle de premier plan au niveau international grâce à la mise au point et à l'utilisation de polymères renforcés de fibres (PRF) et de systèmes de détection à fibres optiques intelligents et intégrés, faisant bénéficier les Canadiens d'une infrastructure novatrice et intelligente. LES RÉSEAUX DE CENTRES D'EXCELLENCE (RCE) Les RCE sont des partenariats uniques entre l'industrie, le monde universitaire et les gouvernements, conçus pour favoriser la croissance économique et améliorer notre qualité de vie. Ces réseaux établis à la grandeur du pays conjuguent l'excellence dans la recherche, le savoir-faire industriel et des investissements pratiques. La participation active de l'industrie canadienne crée des environnements stimulants pour la formation et donne des possibilités d'emploi aux étudiants. En , les réseaux sont allés chercher plus de 70 millions de dollars d'investissements externes, dont plus de 41 millions ont été investis par les compagnies privées participantes. Centre administratif d'isis Canada Université du Manitoba 227, Immeuble du génie Winnipeg (Manitoba) R3T 5V6 Téléphone : Télécopieur : Courriel : Site Web: Table des matières Message du président du conseil 1 Message du président 2 La prochaine génération 3 L'acceptation 4 Partenariats 6 Le transfert technologique 8 Les points saillants financiers 9 Créer des structures intelligentes 10

3 À l'heure actuelle, il en coûtera 44 milliards de dollars pour remettre en état l'infrastructure canadienne. Il y a un urgent besoin de tirer profit des technologies nouvelles qui ont le potentiel de prolonger le cycle de vie des ouvrages de génie civil, de réduire les coûts d'entretien et d'apporter d'immenses avantages aux Canadiens.

4 Conjuguer la créativité et l'excellence Un survol de l'année écoulée Au cours de la dernière année, nous avons été submergés par le changement, les réalisations, la planification et l'anticipation. Dans une organisation dynamique, le changement est inévitable. Le changement est la norme dans le programme de recherche et les organisations participantes. Par contre, le changement au niveau du leadership est une autre paire de manches. Nous avons commencé l'année financière en sachant que M. Mufti serait notre nouveau président et dirigeant scientifique. Ce que nous ne pouvions pas prédire, c'est l'impact considérable de sa nomination. En tant que président du conseil, j'ai été impressionné par le résultat : une transition sans heurts déjà marquée par l'excellence de M. Mufti. Je dois exprimer mon admiration et ma reconnaissance pour l'habileté et la rapidité avec lesquelles notre hôte, l'université du Manitoba, a facilité le déménagement de M. Mufti à Winnipeg. C'est un excellent exemple de l'atout précieux que représentent les réseaux de centres d'excellence, qui ajoutent de la valeur à tout ce que nous faisons. Les réalisations marquantes sont monnaie courante dans l'ensemble du réseau ISIS et je ne cesse d'être épaté par la créativité de notre équipe de recherche. L'excellence de nos chercheurs nous rappelle constamment que ISIS Canada est une entreprise de calibre mondial. Je suis particulièrement frappé par la capacité du réseau de développer continuellement de nouveaux partenariats et projets de démonstration. L'empressement de nombreuses personnes à se mettre au service d'isis Canada à divers titres est impressionnant. C'est aussi la preuve de l'influence croissante et de l'acceptation de plus en plus répandue de la technologie d'isis Canada. Il y a d'autres exemples de l'acceptation généralisée de cette technologie : les scientifiques qui ont accepté de faire l'examen par les pairs des manuels de conception, les propriétaires d'infrastructure et les entrepreneurs qui ont frappé à la porte d'isis pour lui présenter des propositions de coentreprises, et les protocoles d'entente nationaux et internationaux qui sont en place. En tant que président du conseil, je trouve tout cela très satisfaisant parce que j'en conclus qu'isis Canada réalise son mandat. La planification, encore la planification : voilà ce qui a dominé le paysage d'isis au cours de l'année écoulée. La Utilisation de la technologie préparation et la présentation de la demande au Réseau des centres d'excellence pour l'obtention du deuxième cycle L'une des grandes contraintes qui s'oppose à l'acceptation de financement (de 2002 à 2009) s'est échelonnée sur une période de 20 mois. On s'est tourné vers l'extérieur pour chercher à obtenir des points de vue et des conseils au-delà du réseau et même du pays, pour avoir l'assurance rapide de la nouvelle technologie est le conservatisme naturel des qu'isis amorcerait la prochaine décennie du bon pied. Toutes les personnes consultées étaient unanimes pour propriétaires d'infrastructure et de la communauté du génie civil, dire qu'il fallait tabler sur les succès passés et s'intéresser graduellement à des domaines plus pointus qui conservatisme qui est alimenté par des préoccupations en matière de suscitent des préoccupations ou qui faciliteraient l'utilisation généralisée des nouvelles technologies. C'est sécurité. Pour relever ce défi à long terme de l'acceptation par les ainsi que le plan stratégique pour façonner notre avenir consiste à répondre aux demandes du secteur des utilisateurs, en nous concentrant sur des solutions pratiques tout en poursuivant toujours l'objectif d'apporter utilisateurs, la proposition pour le deuxième cycle de financement accorde une importance accrue à l'utilisation de la technologie. des avantages à long terme aux Canadiens. La route du futur Il est réconfortant et gratifiant d'assister au succès continu d'isis Canada et de rencontrer tellement de gens qui souhaitent la réussite de l'entreprise. Le soutien apporté par les RCE et par les universités du réseau a été incomparable. Les engagements financiers à long terme des partenaires industriels et gouvernementaux sont inédits dans un contexte canadien. L'encouragement du groupe d'experts international des RCE, qui a recommandé le financement à 100 p. 100 du programme ISIS, est une formidable rampe de lancement vers le nouveau millénaire. Tout comme nous avons vécu dans l'expectative tout au long de la dernière année, nous avons des espoirs encore plus grands au moment d'aborder le prochain cycle de financement. Le meilleur est à venir. Je remercie spécialement tous les bénévoles qui font partie du Conseil d'administration, du Comité du transfert technologique et de la commercialisation, et du Comité de gestion de la recherche qui conjuguent leurs efforts pour faire en sorte que tout cela débouche sur des résultats concrets. Donald W. Whitmore, P.Eng. Président du conseil 1

5 Réagir à la crise de l'infrastructure De nouvelles bases Les ouvrages d'infrastructure continuent de se détériorer à un rythme accéléré. On en voit la preuve partout - dans le monde entier. Il faut réagir et ISIS Canada s'efforce de répondre à ce besoin. Quand ISIS a commencé en 1995, il existait une plate-forme de connaissances limitées à partir de laquelle le réseau pouvait élaborer son programme. Il n'existait que des réalisations parcellaires éparpillées d'un bout à l'autre du pays, dont les auteurs étaient les chercheurs qui allaient devenir le noyau d'isis Canada. Ce qui était au départ une collection de projets de recherche est devenu une quête de la connaissance intégrée et complète, convergeant vers la conception et la construction d'ouvrages de génie civil. Au cours des six dernières années, de nouvelles fondations de connaissances ont été établies, constituant la base d'une réussite encore plus grande dans la quête pour trouver des solutions de rechange économiques et fiables aux méthodes traditionnelles de conception et de construction des ponts et autres structures. Cette nouvelle fondation comprend des percées dans le domaine des capteurs à fibres optiques (CFO) et de la télésurveillance de l'état des structures. Le CFO à longue portée, qui est maintenant opérationnel, et les promesses de la technique de diffusion de Brillouin facilitent plus que jamais auparavant les mesures scientifiques. Conjuguées à la mise au point de technologies de télésurveillance, auxquelles s'ajoutent des méthodes avancées de collecte et de récupération des données sur Internet, ces nouvelles technologies donnent à nos chercheurs toute une panoplie de nouveaux outils. Des solutions pratiques ISIS se lance dans la recherche fondamentale sur les aspects matériels des polymères renforcés de fibres. Il y a un urgent besoin d'en savoir davantage sur le comportement de ces matériaux dans des conditions environnementales rigoureuses. Au cours des prochaines années, il faudra étudier diverses questions relatives à ces matériaux : leur durabilité, leur résistance au feu, leur longévité, leur comportement en cas de séisme et leur acceptabilité vis-à-vis le développement durable. Le coût des matériaux est toujours une considération pratique et il faudra donc consacrer des efforts plus intenses au calcul du coût du cycle de vie et à la mesure des avantages quantifiables. L'optimisation de la conception, les manuels de conception et les efforts déployés pour élaborer les codes pertinents, tout cela vise à répondre aux besoins des ingénieurs praticiens. La commercialisation Indéniablement, la plus grande réalisation d'isis dans le domaine de la commercialisation est la façon dont le réseau a facilité la création de Fox-Tek Inc., compagnie dite " spin-off " ayant son siège social à Toronto. Fox-Tek fabrique en exclusivité de l'équipement pour la télésurveillance des structures faisant appel à des capteurs à fibres optiques pour mesurer les contraintes. Cet équipement est essentiel au progrès continu d'isis. Il est également attrayant sur le marché mondial et pourrait un jour renforcer les marchés d'exportation du Canada. Après six mois à la barre d'isis Canada et ayant survécu à la lourde de m'attaquer à des tâches nouvelles et difficiles, je considère que c'est pour moi un privilège de servir comme président. Nous avons une fantastique équipe de chercheurs qui travaillent dans le cadre d'un réseau dont la marque de commerce est l'excellence. Notre mandat ayant été reconduit jusqu'en 2009, une période passionnante nous attend. Je suis heureux et honoré de faire partie intégrante de cette entreprise importante. Lignes directrices pour la conception Le parachèvement des manuels de conception constitue un excellent point de départ dans l'établissement de codes de pratique sans lesquels la technologie ne serait jamais utilisée. De plus, en utilisant les manuels de conception comme base, on s'affaire maintenant à élaborer des trousses à l'intention des professeurs de génie, de manière à ce que la technologie ISIS puisse être enseignée efficacement partout au Canada au niveau des études de premier cycle. Les titres de ces manuels sont : 1. Installation, utilisation et réparation des capteurs à fibres optiques 2. Les lignes directrices destinées à la télésurveillance de l'état des structures 3. Le renforcement de structures en béton à l'aide de PRF 4. Le renforcement de structures en béton armé par l'application externe de PRF. 2 idées solutions avantages Aftab A. Mufti, Ph.D., P.Eng. Président

6 Investir dans la prochaine génération Apprentissage enrichi Dès le départ, on a fait un effort pour former des chercheurs de fort calibre et les maintenir en poste, pour le plus grand avantage du Canada. Chez ISIS, les étudiants participent à une expérience éducative qui va bien au-delà de celle qu'ils pourraient acquérir autrement. En même temps, ce qui est le plus avantageux pour le Canada, c'est lorsque le personnel hautement qualifié peut vendre ses compétences et faire carrière chez nous. Le noyau de base du programme actuel vise à donner aux étudiants un environnement multidisciplinaire en les exposant à des projets autres que les leurs. Pour enrichir davantage leur éducation, on les encourage à rédiger des communications et à présenter le fruit de leurs recherches à des conférences. Connaître et comprendre ce que font les autres et élargir leur réseau personnel, voilà des atouts importants qui font partie d'un apprentissage enrichi. Transférer la technologie Former de jeunes chercheurs dans le domaine des PRF et des CFO leur permet de transférer à leur lieu de travail une expérience acquise de première main dans une technologie émergente. Essentiellement, ces chercheurs arrivent sur le marché du travail armés d'un niveau d'expertise que même les professionnels les plus aguerris ne possèdent pas encore. Les employeurs canadiens le reconnaissent et saisissent l'occasion d'embaucher les diplômés d'isis Canada. Bourses Trois bourses sont offertes annuellement à des étudiants qui font de la recherche pertinente aux travaux d'isis Canada. Deux prix de $ sont offerts à des femmes étudiantes en génie, dans un effort pour faire progresser la représentation des femmes dans cette industrie. La troisième bourse a été crée cette année pour donner à tous les étudiants diplômés la possibilité de participer. Les projets de démonstration donnent aux étudiants l'occasion de travailler et d'établir des rapports de travail avec des entreprises et des organismes gouvernementaux. Cela enrichit l'expérience de tous et contribue au transfert de technologie. Cette expérience pratique donne naissance à des possibilités d'emploi et permet d'établir d'importants contacts dans le secteur des utilisateurs. Par la suite, les diplômés d'isis deviendront La propriété intellectuelle La propriété intellectuelle associée aux nouvelles inventions appartient au chercheur ISIS et est brevetée en conformité avec la politique de l'université d'attache du chercheur. ISIS Canada n'a aucune prétention quant aux avantages qui en résultent, ce qui contribue à renforcer les relations de travail et à cimenter les liens entre les participants du réseau. La direction encourage les chercheurs à faire breveter leur propriété intellectuelle et s'efforce d'en faciliter la commercialisation. les champions du transfert des technologies mises au point par ISIS parce qu'ils sont bien formés, qu'ils en Un enregistreur de comprennent les avantages et qu'ils grimperont les échelons pour occuper des postes de décideurs. données pour la Conserver les cerveaux les plus brillants ISIS Canada affirme attirer des étudiants vraiment exceptionnels et cette prétention est confirmée par les faits. On en a la preuve par le grand nombre d'articles qu'ils publient, les prix et récompenses qu'ils reçoivent et le soutien financier qui leur est fourni. La récompense d'isis Canada, c'est la reconnaissance de sources extérieures comme le Groupe d'experts internationaux des RCE. " Le groupe a été extrêmement impressionné par la formation de personnel hautement qualifié. Ce réseau est en train de former toute une nouvelle génération d'ingénieurs qui viendront renforcer l'expertise technologique du Canada et qui serviront d'ambassadeurs de la nouvelle technologie. ISIS attire la crème des étudiants en génie civil qui sont attirés par ces programmes de recherche technologique qui sont à la fine pointe du progrès. " télésurveillance a été installé au pont de Portage Creek à Victoria Réalisations de l'année écoulée Les directeurs de projet ont identifié 142 réalisations. Les étudiants chercheurs ont rédigé plus de 500 articles de recherche. Quatre-vingt-neuf pour cent des diplômés sont restés au Canada. Plus de 70 p. 100 des diplômés ont reçu des bourses accordées par des organismes fédéraux ou provinciaux. Les participants d'isis Canada ont contribué à 151 publications et ont participé à 63 activités de relations publiques. L'industrie a embauché 67 p. 100 des diplômés qui ont obtenu un Ph.D. 3

7 L'acceptation par les projets de démonstration La télésurveillance de l'état des structures La télésurveillance de l'état des structures est une technologie naissante et constitue un nouvel outil passionnant pour les ingénieurs civils. Pour la première fois, on peut suivre en continu la performance d'innovations structurelles faisant appel à des composantes en PRF à l'intérieur d'une structure. L'ingénieur de conception n'est plus obligé de s'en remettre exclusivement à des formules empiriques et à des tests en laboratoire et peut ainsi savoir plus précisément que jamais jusqu'où il peut aller dans les paramètres de conception. ISIS Canada s'affaire actuellement à raffiner cette méthodologie pratique et à en généraliser l'utilisation. Examen des manuels par les pairs Avant leur publication, les quatre manuels de conception ont subi un examen poussé par des pairs scientifiques ne faisant pas partie du réseau ISIS. Trente-quatre pour cent des scientifiques en question représentent l'industrie et les propriétaires d'infrastructure. Leur expérience professionnelle dans le domaine des polymères renforcés de fibres, des capteurs à fibres optiques et de la télésurveillance attestent de l'intégrité des manuels. Cet examen par les pairs des manuels d'isis démontre que d'éminents ingénieurs et scientifiques ont adopté la technologie mise au point par ISIS. Grâce à l'innovation et à l'utilisation de composantes disponibles commercialement et peu coûteuses, on a pu mettre au point de l'équipement permettant de faciliter la télésurveillance des structures. Pour ce faire, on a mis au point un système de transmission sans fil et un système de saisie des données portable et économique fonctionnant à l'aide d'un microprocesseur capable de transmettre des données par fréquences radio, sur Internet ou par satellite. Des systèmes de télésurveillance sans fil ont été installés sur des ponts et des pipelines. C'est une réalisation importante parce que la télésurveillance sans fil devient la méthode de choix pour le monitorage des structures. La durabilité et la fiabilité des CFO ont maintenant été démontrées depuis huit ans à certaines installations. Les données recueillies dans plusieurs projets de démonstration ont été utilisées pour mettre au point un système d'archivage et de récupération des données à l'intention des chercheurs du réseau. Au pont Taylor, on a installé une caméra synchronisée à un ordinateur qui consigne les mesures de contrainte et stocke en permanence des photos des camions qui dépassent les limites de charge. Une page Web a été créée afin de faciliter l'accès interactif aux données et le téléchargement de renseignements à partir d'une base de données. Un logiciel est également disponible pour le traitement intelligent des données dynamiques. Plusieurs années de données sont maintenant disponibles sur la durabilité et la performance de systèmes de capteurs installés. Le capteur à longue portée représente une méthode améliorée pour mesurer le stress et les contraintes des structures. Il s'agit d'un capteur à fibres optiques doté de fibres optiques réfléchissantes à la place du système plus conventionnel du réseau de Bragg. Des instruments de mesure associés ont été mis au point, dotés d'une source de lumière laser beaucoup plus puissante que celle de toute autre technologie. À l'heure actuelle, les premières mesures de contraintes structurelles ont été obtenues à l'aide d'un système à diffusion de Brillouin, ce qui permet d'obtenir une résolution spatiale supérieure à tout ce qui avait été obtenu auparavant. Protocoles d'entente Autre preuve de l'acceptation des technologies ISIS : les protocoles d'entente qui sont en place. Université Drexel, Philadelphie - ISIS Canada partage sa technologie exclusive des capteurs à fibres optiques longue portée en échange du système avancé de gestion des données mis au point par l'université Drexel. Cette coentreprise avantage les deux partenaires et aide à faire progresser le domaine de la télésurveillance des structures. USMA, Panama - En collaboration avec la Universidad Santa Maria La Antigua, des échanges d'étudiants seront établis pour transférer la technologie et aider le Panama à utiliser les méthodes de pointe et d'un bon rapport coûtefficacité mises au point par ISIS pour la remise en état d'infrastructures détériorées. Travaux publics et Services gouvernementaux Canada - ISIS Canada et TPSGC travaillent ensemble à des projets de démonstration et des initiatives de sensibilisation du public afin d'accélérer l'utilisation généralisée des technologies ISIS. 4 idées solutions avantages

8 Innovation en structures La résistance aux contraintes et à la corrosion sont des caractéristiques des PRF qui, conjuguées aux avantages Revue canadienne de génie civil de la télésurveillance des structures, ouvrent la porte à des innovations dans la conception de composantes La Revue canadienne de génie civil a publié un numéro spécial structurelles. Il y a à peine quelques années, ce n'était pas possible. Les combinaisons d'innovations semblent infinies. La créativité d'isis a débouché jusqu'à maintenant sur les innovations suivantes : sur les recherches d'isis Canada. Le numéro d'octobre 2000 contenait systèmes hybrides PRF/béton, tabliers de pont et poteaux fabriqués par enroulement filamentaire, 21 articles évalués par des collègues illustrant toute la gamme des tabliers de pont en béton dépourvu d'acier, tubes en PRF de verre rempli de béton, composantes hybrides PRF/acier inoxydable, et l'utilisation des PRF pour la remise en état de structures de récentes innovations au sein du réseau ISIS. L'article intitulé " Fibre maçonnerie, ce qui est particulièrement utile pour les édifices patrimoniaux. reinforced polymer strengthening of the Sainte-Émélie-de-l'Énergie bridge: design, instrumentation, and field testing ", de P. Labossière, De nouvelles configurations d'ancrage au sol en PRF ont été évaluées par des chercheurs des trois universités membres du Réseau, en vue d'en assurer la commercialisation et l'utilisation K.W. Neale et cinq collaborateurs, généralisée. Deux fabricants de deux provinces travaillent avec les chercheurs d'isis pour mettre au s'est vu décerner la médaille point des poteaux fabriqués par enroulement filamentaire de PRF de verre pour les lignes téléphoniques Casimir Gzowski par la Société et électriques. Un concept novateur pour la conception et la construction de réservoirs de stockage de déchets animaux, faisant appel à diverses applications de PRF, fait actuellement l'objet d'une étude plus canadienne de génie civile. poussée. Les nouvelles installations seraient plus durables et plus sûres pour l'environnement que celles qui sont utilisées actuellement parce que le béton ne se fissurerait plus à cause de la corrosion des tiges d'acier, empêchant ainsi les déchets animaux de s'infiltrer dans le sol et de polluer la nappe phréatique d'eau potable. Toutes ces innovations dans le domaine des structures, de même que les techniques de surveillance de l'état des structures ne sont pas effectuées purement à des fins de recherche ou parce qu'il s'agit d'un domaine d'étude intéressant. Les concepts théoriques, les essais en laboratoire et les démonstrations sur le terrain, tout cela s'intègre dans une vision visant à renforcer la conception des ouvrages de génie civil pour avantager les Canadiens à long terme. Le pont de Sainte-Émélie-de-L'Énergie, au Québec, a fait l'objet de l'article qui a reçu un prix. Remise en état de ponts et de structures Bien que les projets menés par ISIS sur le terrain au cours des six dernières années aient fait la preuve que l'on peut utiliser de façon efficace des enveloppes de PRF pour réparer des structures à un coût très inférieur à celui des méthodes traditionnelles, le nombre de projets de remise en état au Canada est loin d'être proportionnel aux avantages que présente cette technique. Cela s'explique en partie par les questions qui demeurent toujours sans réponse en ce qui a trait à la performance et à la durabilité de l'installation après coup de renforts en PRF dans le climat rigoureux du Canada. Il faut augmenter le nombre de projets de démonstration pratiques afin de confirmer de façon plus probante les avantages économiques de l'utilisation des PRF pour la mise à niveau des ouvrages de génie civil. À cet égard, on s'affaire actuellement à mettre au point des produits et des méthodes pour réparer les structures endommagées par la corrosion ou structurellement déficientes en réduisant au minimum le coût, la durée et la complexité des travaux. De nombreux projets de recherche ont été menés à bien pour démontrer l'utilisation des enveloppes et des renforts de PRF pour la remise en état d'éléments structurels en béton. L'intégration de CFO et d'un programme de surveillance fait partie de la plupart de ces projets. Un modèle d'analyse du coût du cycle de vie est en cours d'élaboration pour évaluer les économies permises par les réparations faisant appel aux PRF. Des expériences accélérées ont été menées à bien dans quatre endroits différents pour déterminer les taux comparatifs de corrosion des barres de fer dans des structures en béton qui ont été remises en état avec et sans enveloppe de PRF et soumises à des conditions climatiques diverses. Un concept novateur faisant appel à des matériaux composites pulvérisés à base de PRF a été utilisé dans le cadre d'un projet servant à démontrer une solution de rechange pour la remise en état d'éléments structurels. Des enveloppes de PRF ont été appliquées avec succès à des colonnes en maçonnerie de brique. Des essais ont été effectués pour établir l'impact de l'utilisation des PRF dans des éléments structurels soumis à des charges sismiques. On continue de renforcer des structures en utilisant les technologies de remise en état faisant appel aux PRF. Toutes ces recherches, y compris les projets de démonstration, visent à convaincre le secteur des utilisateurs des avantages immédiats et à long terme de ces nouvelles technologies. 5

9 Conjuguer les partenariats et la technologie pour garantir la résistance à long terme Réaliser notre mandat par les coentreprises Les coentreprises d'isis continuent de croître en nombre et en importance. Les progrès réalisés jusqu'à maintenant n'auraient pas pu voir le jour sans ces partenariats. En général, les ouvrages d'infrastructure appartiennent au secteur public. En conséquence, les projets de démonstration sur le terrain d'isis nécessitent une étroite collaboration avec les organismes gouvernementaux. Dans les grands projets de démonstration, il arrive souvent que le propriétaire de l'ouvrage investisse beaucoup plus qu'isis parce que les avantages potentiels sont tellement intéressants pour les contribuables (des structures plus durables nécessitant moins d'entretien). Essai en laboratoire de maçonnerie réhabilitée à l'université de Calgary. Nouveaux membres Certains des partenaires qui comptent parmi les plus fervents partisans d'isis sont en fait membres du conseil d'administration. Ils ont un rôle spécial à jouer en ce sens qu'on fait appel à leurs contacts et à leur expertise pour guider l'orientation du réseau. ISIS attire constamment d'éminents représentants des secteurs des gouvernements, d'entreprises et du milieu universitaire qui souhaitent ardemment le succès du Réseau et qui participent donc activement à ces travaux. Les nouveaux membres sont : V. Anderson, vice-président, Division des structures, Delcan International; B. Blackett, viceprésident à la recherche, au développement et à l'amélioration des procédés, Con-Force Structures Ltd.; et M. Green, professeur à l'université Queen's. Les nouveaux membres du Comité de gestion de la recherche, qui supervisent toutes les questions relatives au programme de recherche, sont : N. Banthia, Université de la Colombie-Britannique, J.J.R. Cheng, Université de l Alberta, et A. Horosko, sous-ministre, ministère des Transports du Manitoba. Tout comme les PRF augmentent la résistance d'une structure, les partenariats renforcent la capacité d'isis de réaliser son mandat. L'industrie cherche de plus en plus à conclure des partenariats avec les chercheurs d'isis parce que ceux-ci ont le talent et la créativité voulus pour résoudre des problèmes industriels concrets. En outre, il y a possibilité de commercialiser la propriété intellectuelle. Voici une liste partielle des partenariats actuels : fondations de maisons conçues pour l'arctique à Inuvik, pylônes de transmission à Yellowknife, tabliers de pont fabriqués par enroulement filamentaire de fibres de verre au Manitoba, mise au point de matériel exclusif de surveillance faisant appel au nouveau capteur à fibres optiques longue portée en Ontario, remise en état d'une centrale nucléaire au Québec, et création d'un quai novateur à Hall's Harbour, en Nouvelle-Écosse. De plus, des partenariats ont été conclus avec les ministères et les services provinciaux et municipaux des transports d'un océan à l'autre pour aider à faciliter les recherches sur place pour 23 ponts. ISIS fournit leadership, créativité et innovation, mais ce sont les partenariats qui facilitent le processus. Sans eux, le progrès serait impossible. Atelier Canada/Japon Le troisième atelier Canada/Japon, événement commandité par ISIS Canada, a eu lieu à Ottawa le 15 août 2000 et a mis l'accent sur la surveillance de l'état structurel des tabliers de pont. Le Japon était représenté par : l'université Saitama, l'université d'osaka, l'institut de technologie Kitami et l'université de Tokyo. Abattre les obstacles Le plus grand obstacle auquel se bute ISIS Canada pour ce qui est de réaliser son mandat d'obtenir l'utilisation généralisée des nouveaux matériaux et concepts pour l'édification d'ouvrages de génie civil, c'est le conservatisme de la communauté des ingénieurs concepteurs. Naturellement, les concepteurs d'ouvrages d'infrastructure se préoccupent de sécurité publique. En conséquence, ils répugnent à prendre des risques; ou l'utilisation de PRF et d'éléments structurels novateurs est considérée comme un risque élevé tant que l'on n'a pas prouvé le contraire. Tout cela, conjugué à des pratiques traditionnelles en matière de conception et à des codes désuets, se traduit par une mentalité qu'il est difficile de changer. Quand le risque n'est pas récompensé et que le statu quo s'appuie sur une justification historique, la nouvelle technologie n'est pas bien reçue. C'est pourquoi les partenariats sont tellement importants. Les partenariats avec des entrepreneurs, des fabricants et des ingénieurs consultants font partie de la solution, mais les partenariats avec les ministères des Transports et d'autres organismes gouvernementaux sont la clé du progrès pour ce qui est d'augmenter le nombre des projets de démonstration. De tels partenariats exigent des appuis tant au niveau politique que des cadres supérieurs. C'est la force motrice qui peut encourager les concepteurs publics et privés à se tourner avec confiance vers l'avenir et à explorer les avantages de l'utilisation des nouvelles technologies. 6 idées solutions avantages

10 Comment attirer des fonds de l'extérieur des RCE La stratégie utilisée par ISIS pour attirer des fonds de l'extérieur des RCE consiste à maintenir et renforcer les relations avec les sources traditionnelles et à utiliser chaque occasion qui se présente de trouver de nouvelles sources de financement. Un projet est rarement financé par une seule source. Dans la plupart des cas, les directeurs de projet d'isis utilisent les fonds des RCE comme levier pour aller chercher de l'argent ailleurs. Cette approche fonctionne bien, comme en fait foi l'augmentation constante des fonds provenant de l'extérieur des RCE. Dans le cadre de la réflexion qu'a nécessitée la demande pour le deuxième cycle de financement, le Comité de gestion de la recherche a décidé d'établir un budget distinct dans lequel on puisera des fonds de démarrage pour financer de nouvelles initiatives. L'expérience acquise à ce jour indique que cette approche élargira grandement le programme. Des PRF ont été utilisés pour renforcer la poutre annulaire d'une structure de confinement de la centrale nucléaire déclassée de Gentilly, au Québec. Le projet du quai de Hall's Harbour est un exemple qui illustre bien la technique consistant à utiliser l'argent des RCE comme levier pour aller chercher des fonds ailleurs. Le gouvernement de la Nouvelle-Écosse a injecté de l'argent qui a facilité la mise sur pied d'un consortium de 19 organisations privées et publiques. ISIS a fourni le leadership et la technologie de pointe. Conférence annuelle La Conférence annuelle d'isis est un excellent moyen de renforcer les relations de travail entre chercheurs et partenaires du Réseau. Le secteur des utilisateurs devient plus conscientisé de l'ampleur des entreprises d'isis et des avantages qui en découlent. Les étudiants acquièrent une meilleure compréhension des solutions pratiques dont ont besoin les propriétaires d'ouvrages d'infrastructure. L'un des résultats concrets du réseautage qui se fait pendant la conférence est le Comité des étudiants. La nature compétitive de la recherche et la quête de l'excellence se reflètent dans les divers concours organisés à l'intention des étudiants : bourses, exposés à la conférence, concours d'affiche, et essai sur le thème " Réflexions sur la valeur du programme des RCE et de la formation d'isis Canada ". Le transfert des connaissances au domaine public ISIS ne rate jamais l'occasion de faire connaître au public ses réalisations, progrès et technologies naissantes : projets de démonstration, rapports annuels, bulletins, conférences, site Web, exposés publics, revues scientifiques, et consultations en tête-à-tête. La sensibilisation du public facilite le processus d'approbation politique, laquelle permet aux administrateurs de l'infrastructure du secteur public d'expérimenter et de faire de la recherche dans le cadre de projets de démonstration en utilisant des installations utilisées par le grand public. Appui universitaire Les 12 universités qui font partie du Réseau d'isis Canada appuient fermement le programme et contribuent sensiblement à son succès. Il faut signaler en particulier le soutien exceptionnel fourni par notre hôte, l'université du Manitoba. Comme toutes les universités du Réseau, notre hôte contribue beaucoup plus au succès du programme que ce qui transparaît dans les états financiers en termes d'argent comptant et d'appui non financier. ISIS est très reconnaissant pour les excellentes relations de travail maintenues avec toutes les universités du Réseau. Contributions de contrepartie En exigeant que les propositions de nouveaux projets de recherche soient financées au moins à parts égales par les partenaires participant, ISIS a réussi à attirer constamment plus d'argent de l'extérieur des RCE qu'il n'en reçoit du gouvernement fédéral. Les contributions sont à la fois en argent et en nature. Souvent, le soutien non financier est plus important que l'argent comptant parce qu'il est essentiel au lancement des projets de démonstration, lesquels sont eux-mêmes essentiels pour abattre les barrières dans la communauté des ingénieurs concepteurs. Un tablier de pont en PRF enroulé est mis au point à l'université du Manitoba. 7

11 Le transfert technologique par le partage des ressources CHERCHEURS DU RÉSEAU Université de la Colombie-Britannique Nemkumar Banthia Université de Calgary Mamdouh El-Badry Amin Ghali John Newhook Nigel Shrive Université de l'alberta Roger Cheng Université du Manitoba Robin Hutchinson Aftab Mufti Dimos Polyzois Dagmar Svecova ENTREPRISES A.D.S. inc., St-Elzear-de-Beauce, QC A.E. Concrete Precast Products Ltd., Surrey, C.-B. Aquarian Industries International Ltd., Winnipeg, MB Brighten Engineering Co., Ltd., Taipei, Taiwan Canadian Construction Controls Limited, Breslau, ON Canzeal Enterprises Ltd., Yellowknife, T.N.-O. Concrete Restoration Services Ltd., Winnipeg, MB Con-Force Structures Ltd., Calgary, AB Cyrson Design Ltd., Edmonton, AB Delcan International Corporation, North York, ON Enbridge Pipelines Inc., Edmonton, AB Faroex Ltd., Gimli, MB FOX-TEK Inc., Toronto, ON Fyfe Co. LLC, San Diego, CA Halsall Associates Limited, Toronto, ON Hughes Brothers, Inc., Seward, NE I-XL Industries Ltd., Brick Group, Calgary, AB Jaeger, Leslie, Consultant, Halifax, N.-É. Université de Waterloo Khaled Soudki Université McMaster Ahmed Ghobarah John Simmons David Thompson Université de Toronto John Bonacci Shamim Sheikh Peter Smith Roderick Tennyson Michael Thomas Université Queen's Ivan Campbell Mark Green Université d'ottawa Xiaoyi Bao Université Carleton Jag Humar Université de Sherbrooke Brahim Benmokrane Kenneth Johns Pierre Labossière Kenneth Neale Patrick Paultre Jean Proulx Université Dalhousie Alex Kalamkarov JMBT Structures Research Inc., Scarborough, ON Kinectrics, Inc., Toronto, ON Kriegler, Rudolph, Consultant, Ottawa, ON Marshall Industries Composites, Inc., Jacksonville, FL Master Builders Inc., Toronto, ON Master Builders Inc., Cleveland, OH McCormick Rankin Corporation, Mississauga, ON NCK Engineering Ltd., Toronto, ON Nelson River Construction Inc., Winnipeg, MB Nexus Manitoba, Winnipeg, MB Nortel Technology, Ottawa, ON Optimum Instruments, Inc., Edmonton, AB PCL-MAXAM Construction, Calgary, AB Philip Analytical Services Inc., Bedford, N.-É. Practical Composites Inc., Halifax, N.-É. Pultrall Inc., Thetford Mines, QC R.D. Installations, Inc., Del Mar, CA R.J. Watson Inc., East Amherst, NY Reid Crowther & Partners Ltd., Calgary, AB RocTest ltée., St-Lambert, QC Saltzberg, Walter, Consultant, Winnipeg, MB Sargent & Vaughan Engineering, Victoria, C.-B. Scouten & Associates Engineering Ltd., Prince George, C.-B. Sika Canada Inc., Mississauga, ON Specialty Construction Products, Ltd., Winnipeg, MB SPECO Engineering Ltd., Calgary, AB Stantec Inc., Edmonton, AB Synthetic Industries, Chattanooga, TN Tallcrete, Winnipeg, MB TransCanada Transmission Ltd., Calgary, AB Vaughan Engineering Associates Ltd., Halifax, N.-É. Vector Construction Group, Winnipeg, MB Wallace Construction Specialties Ltd., Saskatoon, SK Wardrop Engineering Inc., Winnipeg, MB MINISTÈRES ET ORGANISMES FÉDÉRAUX Agence spatiale canadienne, St-Hubert, QC Institut de recherche en construction, Ottawa, ON MINISTÈRES ET ORGANISMES PROVINCIAUX Ministère des Transports et de la Voirie de la Colombie-Britannique, Victoria, C.-B. Entente de coopération Canada/Nouvelle-Écosse, Dartmouth, N.-É. Fonds FCAR, Québec, QC Hydro-Québec, Varennes, QC Innovacorp, Dartmouth, N.-É. Ministère des Transports du Manitoba, Winnipeg, MB Ministère des Relations internationales du Québec/ Gouvernement de France, Québec, QC Ministère des Transports du Québec, Québec, QC Province de l'alberta, Edmonton, AB Province du Manitoba, Winnipeg, MB AUTRES Projet de recherche et de développement pour le secteur agroalimentaire, Morris, MB Énergie atomique du Canada Limitée., Mississauga, ON Canadian Masonry Research Institute, Edmonton, AB Centre for Transportation Engineering & Planning, Calgary, AB Ville de Calgary, Calgary, AB Ville de Fort Saskatchewan, Fort Saskatchewan, AB Fondation de recherche sur les autoroutes du Japon, Tokyo, Japon Inuvik Housing Authority, Inuvik, T.N.-O. Masonry Contractors Association of Alberta, South Div., Calgary, AB NCHRP/Academy of Science, Washington, DC Nova Universities Technology Inc. (Nu-Tech), Halifax, N.-É. Photonics Research Ontario, Toronto, ON Municipalité régionale de Waterloo, Waterloo, ON Triple S Hog Manure Management Initiative, Selkirk, MB Synergie Le réseau de recherche d'isis partage son expertise et ses installations d'essais en laboratoire, mais les entreprises et les gouvernements font naître la synergie en partageant leur expérience, leur savoir-faire, leurs matériaux, leurs installations et leurs ressources financières. Les étudiants chercheurs stimulent encore davantage le processus en injectant des idées nouvelles, de la créativité et une ambition sans borne. Le résultat s avère un incubateur de recherche de pointe dans un environnement permettant le transfert efficace de nouvelles technologies des laboratoires universitaires jusqu'au marché. 8 idées solutions avantages

12 Les points saillants financiers La capitalisation des avantages ALLOCATION DE FONDS PAR L UNIVERSITÉ FONDS DU RCE COMPTANT ET EN NATURE TOTAL POURCENTAGE UNIVERSITÉ DE LA COLOMBIE-BRITANNIQUE $ $ $ 1 UNIVERSITÉ DE L ALBERTA UNIVERSITÉ DE CALGARY UNIVERSITÉ DU MANITOBA UNIVERSITÉ DE WATERLOO UNIVERSITÉ MCMASTER UNIVERSITÉ DE TORONTO UNIVERSITÉ QUEEN S UNIVERSITÉ CARLETON UNIVERSITÉ D OTTAWA UNIVERSITÉ DE SHERBROOKE UNIVERSITÉ DALHOUSIE TOTAUX $ $ $ 100 POURCENTAGE D après les renseignements fournis par l université hôte en date du 30 juin 2001 RÉPARTITION DES REVENUS PAR THÈME Fonds du RCE Comptant et Totaux Pourcentage en nature Thème $ $ $ 15 Thème Thème Thème Thème Transfert Technologique Gestion TOTAUX $ $ $ 100 SOURCES DE L ENCAISSE COMPTANT 31 Mars Mars 2000 RCE $ $ UNIVERSITÉS INDUSTRIE FÉDÉRAL PROVINCES AUTRES TOTAL DES RENTRÉES DE FONDS $ $ DÉPENSES DES FONDS RCE* 37 % Salaires & rémunération (étudiants diplômés et chercheurs ) 13 % Matériaux et services 6 % Équipement 5 % Gestion 8 % Déplacements et autres 10 % Transfert technologique 4 % Personnel hautement qualifié 17 % Report SOURCE DES REVENUS 47 % Fonds du RCE 9 % Provinces 7 % Autres 15 % Universités 21 % Industrie 1 % Fédéral CONTRIBUTIONS EN NATURE UNIVERSITÉS $ $ INDUSTRIE FÉDÉRAL PROVINCES AUTRES TOTAL DES REVENUS EN NATURE REVENUS TOTAUX (COMPTANT ET EN NATURE) $ $ Les contributions en argent comptant et non monétaires versées par d autres partenaires ont dépassé les fonds RCE de $, représentant 53 % des dépenses totales. * non-vérifié à partir du 14 août

13 Créer des structures intelligentes à l'avantage des Canadiens Faire le pont entre la tradition et l'innovation ISIS Canada a un rôle clé à jouer pour ce qui est de faciliter le passage de la communauté des concepteurs techniques de la pratique traditionnelle à la voie de l'avenir. Ce passage exige créativité, innovation, persuasion et beaucoup de temps. La mesure du succès Le succès d'isis Canada sera mesuré par le degré auquel ces technologies seront utilisées. Parce qu'il est actuellement tellement efficace et efficient de rénover les structures existantes en utilisant des PRF, les projets de démonstration de remise en état de structures paveront la voie à l'acceptation généralisée et à l'actualisation continue des codes de conception pertinents. Cela fait partie de la mission que s'est fixée ISIS Canada pour le deuxième cycle de financement de sept ans. On estime à deux billions de dollars la valeur totale des ouvrages d'infrastructure et de génie civil du Canada. C'est l'un des actifs les plus coûteux de la nation. Il est impératif et urgent de gérer cet actif plus efficacement parce que l'infrastructure, partout autour de nous, se détériore à un rythme alarmant. Les contribuables canadiens ne peuvent plus se permettre d'entretenir, de réparer et de remplacer ces installations en utilisant une technologie ancienne. Il n'est plus acceptable que les ouvrages nécessitent des réparations après 25 ans, quand nous pouvons prolonger leur durée de vie utile à 80 ou même 100 ans. Il faut le faire. Il saute aux yeux que la corrosion des armatures d'acier est le maillon le plus faible des ouvrages traditionnels en béton. Le défi est de convaincre la communauté des ingénieurs concepteurs d'utiliser les polymères renforcés de fibres (PRF) à la place de l'acier. Il faut pour cela une base de connaissances techniques acquises par des projets de démonstration. Il n'y a pas de meilleur moyen de gagner la confiance du secteur des utilisateurs. Nous y parviendrons grâce à des concepts novateurs en matière de conception, à des projets de démonstration et à des techniques nouvellement mises au point pour la surveillance de l'état des structures. ISIS a déjà démontré que les réparations faisant appel aux PRF sont d'un bon rapport coût-efficacité. Au cours du prochain cycle, ISIS compte démontrer que le quadrillage supérieur d'armatures d'acier, traditionnellement utilisé dans les tabliers de pont et les revêtements routiers en béton, n'est pas nécessaire. Des milliards de dollars seront économisés. Une vision pour le deuxième cycle Le deuxième cycle de financement ( ) facilitera la transition entre le passé et l'avenir. Il faudra pour cela mettre davantage l'accent sur la recherche fondamentale sur les matériaux de PRF. Des études poussées seront effectuées sur l'établissement du coût du cycle de vie et l'optimalisation des configurations. Le coût des PRF ne cesse de diminuer et l'on se rend compte de plus en plus qu'il faut une moins grande quantité de ce matériau utilisé comme armature, en comparaison avec les conceptions traditionnelles, ce qui fait que l'acceptation fera son chemin graduellement parmi la communauté des concepteurs. C'est en partie une question de faire une analyse comparative des avantages relatifs des méthodes anciennes et nouvelles. La plus grande longévité des structures faisant appel aux technologies ISIS est déjà reconnue. La réduction du coût en capital se traduira d abord par une acceptation suivie d une utilisation généralisée. Il s agit ici de la mission du second cyle. Impact souhaité L'objectif d'isis Canada est de révolutionner la conception des ouvrages de génie civil à ce manière que l'utilisation des technologies mises au point par ISIS soit non seulement répandue, mais de pratique courante. Parallèlement, les codes de conception auront été actualisés pour tenir compte des nouvelles innovations et les questions de sécurité qui sont actuellement préoccupantes ne se poseront plus. Le résultat net pour notre pays consistera en des normes d'avant-garde destinées à la communauté de la conception et de la construction ainsi que d'immenses avantages pour les contribuables canadiens. R é a l i s e r L'impact mondial Le scénario de l'infrastructure est le même dans le monde entier. La différence se situe dans le degré de détérioration et le bassin de ressources dans lequel on peut puiser pour élaborer des solutions. La ressemblance se retrouve au chapitre de la motivation à trouver des solutions pratiques et rentables. Il s agit là d une occasion extraordinaire pour les ingénieurs canadiens d'exercer une influence profonde sur la performance et la durabilité accrue des ouvrages d'infrastructure partout dans le monde. Tous les Canadiens en bénéficieront. l a v i s i o n 2002 à idées solutions avantages

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