Skip to main content

Retour d’expérience sur quatre ans de mesures sur le barrage de RIBOU

By 8 décembre 2021décembre 17th, 2021No Comments
experience-4-ans-ribou-adsignum

Introduction

Retour d’expérience sur 4 ans de mesures sur le barrage de Ribou et 1 an après l’installation du premier capteur PROBE-2.

 1   Le barrage de Ribou

Il s’agit d’un barrage situé à proximité Cholet, il est destiné à garantir l’approvisionnement de l’usine de production d’eau potable. C’est un barrage voûte en béton de 160 m de longueur, 15 m de hauteur et 1.2 m d’épaisseur (https://www.barrages-cfbr.eu/Ribou.html, https://www.cholet.fr/chaines/dossier_348_le+lac+ribou.html). Comme tous les barrages, il est instrumenté et dispose en particulier d’une mesure de la température interne du béton.

En 2017, les travaux de R&D sur la détection d’endommagements de structures de génie civil étaient menés par STANEO, commencés depuis 2015, nous avions développé une approche nouvelle mise en œuvre par des algorithmes que nous devions tester : les faire passer d’une plateforme de calcul confortablement dimensionnée, alimentée par des signaux vibratoires continus enregistrés par des instruments de qualité recherche, à des équipements aux ressources limitées (énergie, capacité de calcul, communication, stockage). L’objectif ultime était alors la construction de capteurs spécifiquement dédiés à cette mission.

L’étape intermédiaire passait par la validation de nos travaux sur un matériel nous permettant de nous approcher de l’installation réelle à moindre frais.

 2   Première installation début 2018

Un premier système d’enregistrement de vibrations a été mis en place sur le barrage en février 2018. Le dispositif était composé d’un numériseur 6 voies (D6BB-MOB) et de deux sismomètres DW-S montés directement sur le mur du barrage, en rive droite. Ces équipements sont alimentés par une batterie de 45Ah, un panneau solaire de 100W et connectés à internet grâce à un module de communication 3G. L’ensemble constitue un système sismologique assez classique, coûteux et encombrant.

equipements-ribou-adsignum

Cependant, l’objectif était d’une part d’acquérir un enregistrement continu des vibrations dans un but exploratoire et d’autre part de disposer d’une plateforme de développement in-situ permettant de tester et valider notre approche.

 3   Premiers résultats

Un bref rappel : notre approche repose sur le suivi des variations des fréquences propres de l’ouvrage ausculté. Les fréquences propres représentent une image globale de la « respiration » d’un ouvrage. Elles sont très étroitement liées à la structure : géométrie, caractéristiques mécaniques, en quelques mots, à son état de santé. Il y a ainsi un lien causal direct entre un changement de l’état de santé d’un ouvrage et la distribution des fréquences propres. Si l’observation d’un changement des fréquences propres ne permet par de localiser un endommagement sur l’ouvrage, ni même de le quantifier, c’est un indicateur simple de la survenue d’une anomalie, avant qu’elle ne se traduise par des désordres. Le suivi des fréquences propres à l‘aide de quelques capteurs est un moyen de déterminer le bon moment pour agir : plus tôt aurait été inutilement trop tôt, plus tard aurait été trop tard.

Revenons à nos installation : après quelques semaines d’enregistrement, nos algorithmes on identifié différentes fréquences propres (en particulier 14 Hz et 18 Hz).

Ces fréquences apparaissent aussi sur les panneaux temps-fréquence que l’enregistrement continu nous permet de construire. Ces panneaux représentent la distribution de l’énergie dans le temps (en abscisse : minuit à gauche, 23:59 à droite) et en fréquence (en ordonnée : le continu en bas, 20Hz en haut). Plus la couleur est rouge, plus il y a d’énergie à la fréquence considérée.

Les exemples ci dessous font apparaître la vie de l’ouvrage : les fréquences propres identifiées apparaissent comme les lignes continues horizontales (elle changent très peu au cours d’une journée) mais aussi les événements singuliers : le fonctionnement des pompes (les lignes discontinues horizontales).

Autres événements singuliers : les tremblement de terre, qu’ils soient proches (sur le premier panneau, le signal bref, en hautes fréquences peu après 00:00) ou lointains (second panneau, signal plus long, et plutôt en basses fréquences, à la fin de la journée).

Quelle fréquence suivre ?

La littérature scientifique nous invite à suivre les fréquences les plus élevées, dont la réponse à l’endommagement est théoriquement plus important. De plus, après quelques mois, nous avons constaté que la fréquence propre proche de 18 Hz était bien au rendez vous, en toute circonstance, tandis que les autres étaient parfois masquées par le bruit lié à la météo en particulier … le choix est donc fait !

Après quelques mois donc, nous avions un système « sismologique » sur lequel étaient à l’œuvre à la fois une approche classique (transmission des signaux en continu), et notre nouvelle approche, bien plus sobre, capable de fournir le même résultat quotidien grâce à l’émission de 6 SMS (4 SMS pour l’état de la structure, 2 pour l’état du capteur lui-même).

 4   L’observation à long terme…

Après bientôt 4 ans d’observation voici ce que nous observons :

En noir : chaque point représente les possibles fréquences propres telles qu’elles sont identifiées chaque jour sur la base de 4 SMS par le système de traitement et d’interprétation totalement automatique (sans l’intervention d’un humain pour « nettoyer » les courbes).

En vert : la température à l’intérieur du mur du barrage.

En jaune : une modélisation de nos observations de fréquence propres selon la méthode dite du modèle HST (hydrostatique, saisonnier, temporel) largement utilisée pour l’interprétation des paramètres mesurés sur le barrages depuis les années 60. Ici, seule la contribution S est modélisée (la variation de hauteur d’eau n’est pas significative et le recul de seulement 4 années ne nous permet pas de modéliser la contribution T sans ambigüité).

La modélisation S sur la fréquence propre 18 Hz montre des variations de ±1.5 % autour de la fréquence moyenne, en opposition de phase avec la variation de la température du béton. Cette anticorrélation est rassurante : ce n’est rien d’autre que la vie « normale » d’un barrage que nous observons : la réponse du béton aux variations saisonnières de la température.

 5   Le nouveau capteurs

Des les premiers mois d’enregistrements, nous nous sommes attelés à définir le cahier des charges du capteur optimal pour notre approche. Optimal : le plus compact possible pour le service attendu et bien sûr, sans câble. On entre alors dans un jeu de dominos… le critère de compacité et l’absence de câble impliquent une consommation énergétique basse, donc la non synchronisation des instruments et la réduction au plus bas possible du volume d’information transmise. Au final, passer d’un numériseur sismologique à un capteur spécifique consiste à : réduire la taille de la batterie, la faire entrer dans le boitier avec le régulateur solaire, faire entrer dans le boitier aussi les géophones, abandonner le récepteur GPS, abandonner le stockage de signaux et enfin passer de la 3G aux SMS. En quelques mots : tout faire entrer dans le boitier et trouver un moyen de se passer de ce qui n’entre pas.

Le résultat : PROBE-2. Le voici ci-dessous installé sur le barrage en septembre 2020, avec son panneau solaire.

Et voici, dans l’interface client AD-SIGNUM, un zoom sur les deux dernières années de suivi de la fréquence propre 18 Hz à l’aide de la première installation sur la moitié gauche de la figure et à l’aide des deux systèmes utilisés ensemble à partir de septembre 2020 : la moitié droite de la figure.

Les premiers SMS du nouveau capteur ont été intégrés au traitement le 3 septembre. Une observation s’impose : on ne voit pas de différence. Certes on peut se demander alors : pourquoi installer un second capteur ? Rappelons-nous l’objectif : il ne s’agit pas vraiment de qualifier le barrage mais de vérifier de proche en proche que notre capteur aux ressources réduite permet d’atteindre l’objectif. Nous avons commencé par traiter le signal continu enregistré et transmis par un système sismologique, puis nous avons traité les informations fournies par 4 SMS sur le même système, et enfin nous avons transposé nos algorithmes sur un capteur spécifique, autonome, sans câble et continué le traitement des SMS. Notre constat : l’information obtenue avec ces trois approches est la même.

 6   Remarques conclusives

Quel changement de fréquence propre attendre en cas d’endommagement ?

Des essais sur modèles numériques et sur maquette en béton nous ont montré qu’en cas d’endommagement, les fréquences propres ne varient pas de quelques pourcents, mais leur distribution est significativement modifiée. On ne s’attend donc pas à une dérive d’une ou plusieurs fréquences propres mais à des changements dans la distribution des fréquences propres.

 

En conclusion, pour le barrage, depuis 4 ans, nous n’avons pas détecté de variation de fréquence propre attribuable à un endommagement mais nous pouvons observer la signature d’un comportement normal, attendu.

Pour notre approche de suivi à long terme d’ouvrage, nous avons démontré que le traitement reposant sur 4 SMS quotidiens permet aussi bien le suivi des fréquences propres que le traitement du signal continu.