Approche méthodologique pour l’évaluation des performances et de la durabilité des systèmes de mesure répartie de déformation : application à un câble à fibre optique noyé dans le béton

par Jean-Marie Henault

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur

Sous la direction de Karim Benzarti.

Le président du jury était Brahim Benmokrane.

Le jury était composé de Karim Benzarti, Daniele Inaudi, Jean Salin, Frédéric Taillade, Marc Quiertant.

Les rapporteurs étaient Alfredo Guemes, Franck Schoefs.


  • Résumé

    La surveillance des structures de génie civil, afin d'en estimer l'état de santé, est un enjeu majeur pour les maîtres d'ouvrages. Les systèmes de mesures réparties par fibre optique, composés d'un interrogateur connecté à une fibre optique intégrée dans un câble, permettent de mesurer le profil de déformation avec un pas de mesure centimétrique et une portée kilométrique. Ils sont donc adaptés aux structures présentant de grands linéaires ou de grandes surfaces. Mais, avant tout déploiement industriel, il est nécessaire d'en évaluer leurs performances. Du fait de la déformation par cisaillement du revêtement du câble, le profil de déformation mesuré le long de la fibre optique n'est pas strictement identique à celui du matériau environnant. Une méthode, basée sur la mise en œuvre d'essais et de simulations numériques, a été développée afin de caractériser les mécanismes de transfert d'effort du milieu hôte à la fibre optique à travers le revêtement du câble. Cette méthode a été appliquée pour déterminer la réponse mécanique d'un câble particulier noyé dans le béton. Les performances métrologiques d'un système de mesure donné ont été évaluées sur la base d'une analyse d'essais « du laboratoire au terrain ». Cette étude a permis de quantifier les différentes composantes d'incertitude et d'estimer les performances du système de mesure complet. Enfin, le câble, noyé dans le béton, ne peut être remplacé. La connaissance de l'impact du vieillissement sur la réponse mécanique du câble est donc primordiale. Une étude spécifique est menée dont le but est d'estimer la durabilité du câble face aux sollicitations chimique, thermique et mécanique correspondant à une application donnée

  • Titre traduit

    Methodological approach for performance and durability assessment of distributed fiber optic sensors : application to a specific fiber optic cable embedded in concrete


  • Résumé

    Structural Health Monitoring is a key factor in life-cycle management of civil structures. Truly distributed fiber optic sensors, composed by an optoelectronic device paired with an optical fiber in a cable, provide strain profiles over several kilometers with a centimeter resolution. They are thus able to provide relevant information on large structures. However, a preliminary performance assessment is required prior to any industrial application. Due to shear deformation of the cable's protective coating, strain measurements provided by the measuring system may differ from actual strains in the embedding medium. A methodology, based on mechanical tests and modelling, was thus developed to determine the relationship between measured/actual strains. It was applied to determine the mechanical response of a specific cable embedded in concrete. Performance assessment method was applied to a specific measuring system. Tests were carried out under laboratory conditions on the fiber optic cable, out of the concrete medium in a first stage, and then embedded in concrete structures. It enabled to evaluate its components and standard uncertainties. The cable could not be replaced after being embedded in concrete. It is necessary to evaluate the ageing effects on its mechanical properties to use it for a long term period. A specific study was carried out to determine the cable durability under chemical, thermal and mechanical solicitations


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