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EPREUVES DE CHARGEMENT STATIQUE ET

DYNAMIQUE

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17/02/2021

André Orcesi

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Objectif des épreuves

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Objectifs majeurs des épreuves

• Assurer au maître d’ouvrage que l’ouvrage

est apte à supporter les charges d’épreuve, et

par extrapolation, à assurer sa destination

finale en terme de portance

• Vérifier que le fonctionnement mécanique de

l’ouvrage sous charge est conforme à sa

modélisation de calculs

• Constituer un état de référence de l’ouvrage

qui peut s’avérer indispensable à

l’établissement du diagnostic, en cas de

problèmes ultérieurs

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Documents de références

• Code des marchés publics

• CCAG «travaux » précise :

– dans son article 38 :

• que les essais et contrôles des

ouvrages, lorsqu’ils sont définis

dans le marché, sont à la charge

de l’entrepreneur

– dans son article 41 :

• les opérations préalables à la

réception

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Documents de références

• Fascicule 61 Titre II Chapitre V qui définit dans son principe

le contenu du programme des épreuves (art. 20-3 et

commentaires).

– l'objet des essais est le contrôle de la bonne

conception et de la bonne exécution des ponts par

l'examen de leur comportement sous des charges

normales.

– Il définit ainsi le programme des épreuves qui

comprend les étapes suivantes :

• l’application des charges définies,

• les visites détaillées du pont avant, pendant et

après l'application des charges,

• la mesure des flèches et le nivellement des appuis,

• toute mesure utile… à l'initiative du Maître d’œuvre

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Les épreuves et la réception des

ouvrages

• La réception est l’acte par lequel le maître d’ouvrage déclare

accepter l’ouvrage avec ou sans réserve

• La date d’effet de la réception marque le début:

– de la garantie contractuelle dite de « parfait achèvement des

travaux »

– les responsabilités visées par l’article 45 du CCAG et qui visent

la « responsabilité décennale »

– des garanties contractuelles particulières (par ex. la protection

anticorrosion)

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Les épreuves et la réception des

ouvrages

• Les vices et non-conformités apparents à cette date et qui n’auraient

pas fait l’objet de réserves mentionnées au procès-verbal de

réception ne peuvent plus ensuite être incriminés par le maître

d’ouvrage

• Il est vivement conseillé d’ajouter l’inspection détaillée initiale au

sens de l’ITSEOA

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Guides techniques

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Répartition des rôles

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La note de calcul

• L’entrepreneur fournit au maître d’œuvre la note

d’hypothèses

• Le maître d’œuvre doit retourner cette note d’hypothèses

visée avec ses observations éventuelles

• Le maître d’œuvre doit viser la note de calcul, condition

au lever du point d’arrêt préalable à la réalisation des

chargements

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Le programme des épreuves

• L’entrepreneur propose un programme de chargement

qui précise:

– L’organisation générale des épreuves

– L’ordre des chargements des différentes parties d’ouvrage

– La nature des moyens à utiliser

– Le plan de rotation des véhicules pour optimiser les

déplacements et les mises en position des matériels de mesure

– L’adéquation géométrique entre les moyens de mesures

optiques et les chargements (qui peuvent former un obstacle à

certaines visées)

– Le mode de repérage de la position des chargements

– Si nécessaire, les moyens à mettre en œuvre pour stabiliser les

effets thermiques

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Charges d’épreuves et grandeurs

mesurées

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Charges de chaussée

• Charges générales statiques

• Charges générales dynamiques

• Charges locales routières

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Charges générales statiques

• Vérification de l’aptitude au service de l’ouvrage :

– en soumettant le tablier à des charges routières

représentant des actions de trafic ayant une période

de retour comprise entre une semaine et un an

• Effets des charges routières d’épreuves :

– compris entre les effets des charges routières

fréquentes et les ¾ des effets des charges routières

caractéristiques définies dans l’Eurocode EN1991-2

• sans être toutefois inférieurs aux effets d’une

charge uniformément répartie sur la chaussée de

2,5 kN/m2.

• Essais sous charges centrées et sous charges

excentrées

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Définitions des différentes valeurs

représentatives d'une action variable

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Remarques

• Pour les ouvrages permettant le passage de convois

exceptionnels

– Pas d’épreuve particulière à prévoir vis-à-vis de ces

convois (sauf pour ceux avec convois exceptionnels

très lourd)

• Pour les ouvrages sensibles à la température ou

gradient thermique

– S’assurer que le cumul des effets de ces actions avec

les valeurs maximales prévisibles au jour des essais

+ les effets des charges d’essais < 0,9 fois les effets

de la combinaison de dimensionnement

– Pose de sondes thermiques

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Charges générales dynamiques (1/2)

• Pour la plupart des ouvrages, contrôle

qualitatif

– Nombre de véhicules égal à celui

des voies de circulation

– Avec ceux comportant les essieux

les plus lourds

• Un essai de freinage sur l’ouvrage peut

être organisé avec un véhicule lourd de

plus de 19 t

– Détection de mouvements

anormaux (mise en butée des joints,

déformations irréversibles des

appareils d’appui…)

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Charges générales dynamiques (2/2)

• Pour les ouvrages sensibles aux phénomènes

dynamiques

– ponts de grande portée (>200m)

– ponts à câbles

– passerelles piétonnes

• Mesure des premières fréquences propres du tablier,

amortissement des modes correspondants, des

déformées propres…

• … pour validation des analyses modales théoriques

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Cas des passerelles piétonnes

Essais vibratoires

Niveaux d’accélération à différents

points de mesure

• Aptitude au service des

passerelles vis-à-vis de

problèmes de confort

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Charges locales routières

• Effets des charges routières d’épreuves :

– compris entre les effets des charges routières

fréquentes et les ¾ des effets des charges routières

caractéristiques définies dans l’Eurocode EN1991-2

• Vise les éléments pour lesquels les valeurs significatives

de l’effet à mesurer impliquent de concentrer les charges

d’essais sur une faible étendue

– les pièces de pont et les consoles métalliques

– les suspentes de pont à tablier suspendu

– les zones situées aux angles de tabliers-dalles biais

– les encorbellements sous chaussée

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Pièces de ponts

Poutre transversale destinée à

transmettre aux poutres principales

les efforts apportés par les éléments

secondaires comme les longerons, les

nervures, la dalle de couverture, les

suspentes, et à entretoiser les

poutres.

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Consoles métalliques

Bipoutre sans console

Bipoutre avec consoles

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Consoles métalliques

Caisson à pièces de ponts

avec consoles

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Suspentes

Élément vertical incliné qui accroche le tablier à la

structure porteuseNotes:

1. Elle est constituée généralement d’une barre, d’un ou plusieurs

câbles ;

2. Dans le cas des ponts suspendus, des ponts en arcs et des ponts bowstring,

les suspentes permettent de reporter les charges du tablier à

l’élément porteur.

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Tabliers-dalles biais

Le biais (comme la courbure) créée des moments de torsion

dans la structure.

Pour des biais importants, il existe un risque de soulèvement

dans les angles.

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Remarques

• Pour les éléments répétitifs, procéder à la mise en charge d’un

nombre significatif d’entre eux (10%)

• Pour les pièces souples, essais pouvant être complétés par le

relevé et contrôle du profil en long en rive du tablier sous les

charges d’épreuves générales

– Mise en évidence d’une éventuelle malfaçon en cas d’irrégularité

du profil en long

• Si éléments soumis à des sollicitations importantes provenant des

charges locales et générales de chaussées, laisser en place les

charges locales pendant le déplacement des charges générales

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Notes de calcul (hypothèses)

• Eprouver le bon fonctionnement de la structure

• Pas le contrôle de la résistance ultime de l’ouvrage !

• Hypothèses de calcul les plus réalistes possibles

– inertie

– module

– fonctionnement sur appuis

– prise en compte du biais, de la courbure

– prise en compte des superstructures

– masse des surcharges (découle du choix de camions)

– prise en compte du moment, de l’effort tranchant, de

la torsion

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Remarque sur la rigidité apportée par

les superstructures

• Peut devenir très importante lorsque les portées sont

faibles

• Difficile à modéliser du fait des joints, de la fissuration…

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Notes de calcul (suite)

• Positions des surcharges

• Position des sections remarquables à contrôler

• Flèches ou autres effets

• Vérification par le maître d’œuvre

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Programme de chargement

• Visites

• Vérification du pesage des camions

• Mesures à vide

• Liste des cas de chargement (positions successives),

indication des mouvements des camions

• Indication des mesures correspondant à chaque

chargement avec les spécifications concernant la

maîtrise des mesures

• Mesures intermédiaires

• Mesures après déchargement

• Vérification par le maître d’œuvre

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Avant les

chargements

• Visite détaillée

• Installation du

matériel

• Traçage

Le jour du

chargement

• Pesage

• Mesures à vide

• Positionnement des

camions

• Mesures en charge

• Résultats bruts

Photo Cerema

Après le

chargement

• inspection

• nivellement

• résultats des

mesures

dépouillés

• résultats

d’inspection

• résultats du

nivellement

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Grandeurs physiques mesurées

• Les flèches

– Révélatrices du comportement mécanique d’ensemble du tablier

et facilement mesurables

• Les tassements (des appuis et appareils d’appui)

• Les déplacements horizontaux des appuis

• Les rotations de flexion

• Les déformations

– rarement utilisées car les mesures de déplacement sont plus

globales et plus facilement exploitables

– Irremplaçables pour connaître le comportement local des

sections les plus sollicitées

• Les courbures

• Les tensions

Les quantités à mesurer doivent être significatives et caractériser au

mieux le comportement de l’ouvrage

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Analyse des résultats

• Epreuves satisfaisantes :

– les valeurs mesurées, en tenant compte de l’incertitude de la

mesure, respectent la fourchette autorisée sur les valeurs

calculées :

• 0,8 à 1,1 fois les valeurs probables

• En cas de non-respect :

– analyse critique :

• non-linéarités du comportement, évolution anormale des

flèches mesurées dans une section remarquable...

• Un nouveau calcul doit établir une fourchette des valeurs théoriques

à contrôler sur l’ouvrage :

– à partir d’hypothèses hautes et basses réalistes faites sur les

grandeurs physiques significatives,

– le cas échéant : une partie des épreuves est à refaire

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Mesure des déformations

Guide auscultation des ouvrages

http://www.ifsttar.fr/collections/Cahi

ersInteractifs/CII1/apropos.html

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Flexigraphe mécanique

Guide auscultation des ouvrages

36

Capteur de déplacement

Guide auscultation des ouvrages

37

Flexigraphe laser

Guide auscultation des ouvrages

38

Nivellement

Guide auscultation des ouvrages

39

• repérages de cibles

Mesure de nivellement

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Théodolite motorisé

Guide auscultation des ouvrages

41

GPS

Guide auscultation des ouvrages

42

Mesures de déformation

43

Autres dispositifs

Mesure de la courbureMesure de la rotation

Pont bascule

Pesée de camions

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• Permet– d’évaluer la variation de courbure d'une zone de

l’ouvrage sous une variation de moment

• Principe– mesure de la courbure à l’aide d'une règle posée

sur le tablier sur deux points, un troisième point comportant un capteur de déplacement qui mesure la variation de distance entre la règle et le tablier

Voir Méthode d’essai IFSTTAR ME 82 (2014)

Courburemétrie

45

• Courburemètres en place sur une poutre de VIPP

Courburemétrie

46

Cas des petits ouvrages

• Pont cadre de portée < 10m ou ouvrage sous remblai de

grande hauteur

– possibilité de ne pas faire de mesure

– maintien des visites et inspections

– validation de l’ouvrage : non observation d’anomalie

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Cas de plusieurs ponts

• Si le marché comporte l’exécution de plusieurs ponts de

même type :

– structures et travées semblables

– construites avec les mêmes matériaux par la même

entreprise

• Le maître d’œuvre fixe le programme des épreuves dans

les conditions suivantes:

– 10% des ouvrages (et au moins un) doivent faire

l’objet de l’ensemble des épreuves

– pour les autres, possibilité d’alléger les épreuves, en

limitant le nombre des mesures de grandeurs

physiques caractéristiques du fonctionnement de

l’ouvrage

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Illustration pour les ouvrages courants

Ponts-cadres et portiques

Ponts-dalles

Ponts à poutres

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Ouvrages courants

• Ponts-cadres, portiques

NB: Pour les PICF de moins de

10mètres, on peut se contenter

d’observer l’effet du passage des

camions, sans mesurer les flèches

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Ponts-cadres et portiques

• Examen préalable

– Défauts et désordres communs à la plupart des

ouvrages en BA (relevant de la conception, ou de

l’exécution, parfois imputables aux matériaux mis en

œuvre)

– Relevé des défauts de bétonnage, des fissurations

anormales, des irrégularités géométriques

– Problèmes essentiellement liés aux phases de

remblaiement si poussées non prévues

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Ponts-cadres et portiques

• Note d’hypothèse

– Caractéristiques mécaniques des sections (inertie)

– Module d’elasticité du béton, évalué à partir des

résultats des éprouvettes, et non d’après la

résistance théorique du projet

– Les caractéristiques des camions utilisés pour les

épreuves

• Note de calcul

– Résultats des efforts et de la flèche au milieu de la

traverse supérieure, sous l’effet des camions

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Ponts-cadres et portiques

• Programme de chargement

– Position des camions produisant l’effet le plus

défavorable

– Déplacement des camions un par un

– En général suffisant de disposer le convoi de manière

centrée transversalement

53

Ouvrages courants

• Ponts-dalles

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Ponts-dalles

• Examen préalable de la structure

– Défauts et désordres susceptibles d’être observés peu

nombreux par rapport à leur population (structures massives

relativement faciles à concevoir et réaliser)

– Défauts pouvant avoir les origines suivantes:

• insuffisance d’aciers passifs,

• fissures en zones d’about (diffusion de la précontrainte)

• fissures longitudinales et transversales

• mauvaise position des câbles de précontrainte

• défauts de bétonnage

• distorsion des appareils d’appui…

55

Ponts-dalles

• Exemple de programme de

chargement

• Les épreuves nécessitent dans ce cas

la présence de 2×3 = 6 camions de

26t (essieu avant =5t; essieux arrières

=2×10,5t)

56

Ponts-dalles

• Exemple de

programme de

chargement

57

Ouvrages courants

• Ponts à poutres sous chaussées

VIPP (post-tension)

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Ponts à poutres sous chaussées

• Examen préalable de la structure

– Défauts et désordres d’exécution le plus souvent dus

à de mauvaises conditions de mise en œuvre du

béton, dans des zones à forte densité d’armatures

– Mise en tension des câbles de précontrainte sur un

béton trop jeune peut également causer des

sollicitations excessives du béton, entraînant sa

fissuration

– Épaufrures/éclatement du béton dus à des opérations

de manutention mal conduites

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Ponts à poutres sous chaussées

• Note d’hypothèse

– Caractéristiques mécaniques des sections (inertie)

– Module du béton, évalué à partir des résultats des éprouvettes,

et non d’après la résistance théorique du projet. Les bétons des

poutres et du hourdis peuvent être différents, ce qui ajoute une

source supplémentaire d’incertitude

– Les caractéristiques des camions utilisés pour les épreuves

• Note de calcul

– Résultats des efforts et de la flèche au quart, à la moitié, et au

trois quarts de la travée, pour chacune des poutres

instrumentées

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Ponts à poutres sous chaussées

• Programme de chargement

– On considère qu’il est généralement suffisant de

contrôler une poutre centrale et une poutre de rive

par travée

– Deux positions transversales pour le groupe de

camions:

• Une position centrée transversalement (flèche

maximale pour une poutre centrale)

• Une position excentrée, du côté de la poutre de

rive pour laquelle on veut observer la flèche

maximale

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Ouvrages courants - synthèse

• Mesures pertinentes :

– flèches en travée, tassement d’appuis

• Pesée des réactions :

– Exceptionnelle pour les ouvrages droits ou de biais

modéré

• Implantation des points de mesure dans l'axe de

l'ouvrage

– Suffisante dans la plupart des cas

• Ponts à poutres :

– file de poutres centrales

– file de poutres de rive

62

Spécificité des ouvrages non courants

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Ouvrages non courants

• Principalement des ouvrages dont l’une des travées

dépasse 40m de portée

• Tablier sur appuis rigides:

– Flèches en milieu de travée (ou au point de flèche

maximale dans les travées de rive)

– Tassements sur appui pour corriger les flèches

mesurées en travée

• Tablier soutenu par structure porteuse élastique:

– Adapter les chargements aux formes particulières des

lignes d'influence des moments sur appuis et en

travée

– Mesurer les effets thermiques

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Tablier sur appuis rigides

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Tabliers rigides en torsion et

indéformables transversalement

– Caissons en béton précontraint mis en place par

poussage

– Caissons en béton précontraint construits par

encorbellement successifs

– Caissons métalliques à dalle orthotrope

– Caissons à ossature mixte acier-béton

• Chargement excentré pour solliciter l’ouvrage en torsion

• Rotation de torsion obtenue à partir de la différence de

flèches sur les deux rives, ou via l’utilisation d’un

inclinomètre

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Tabliers souples en torsion et rigides

transversalement

– Ponts à poutres sous chaussée, reliées régulièrement

par des entretoises ou des pièces de pont très rigides

– Essentiellement les bipoutres à ossature mixte acier-

béton

• Chargement centré et excentré pour chaque section

remarquable

• Contrôle des flèches sur les deux poutres plutôt que sur les

rives

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Tabliers déformables transversalement

– Ponts à poutres sous chaussée, simplement reliées

par le hourdis ou faiblement entretoisées

– Ponts mixes acier/béton à plusieurs caissons, ou

plusieurs poutres (>3), certains VIPP

– Les sections ne sont plus indéformables et les

poutres fonctionnent un peu de manière

indépendante

• Il convient de contrôler les flèches de chaque poutre

• Validation de la répartition des charges routières entre

les différentes poutres

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Ponts courbes et biais

– Moments de torsion importants dans la structure

• Mesure des flèches prévue sur les deux rives

• Pesée des appuis pour des ouvrages présentant une

courbure particulièrement prononcée (5xportée) et/ou un

biais important (soulèvement appuis)

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• Principe de la mesure

Pesée de réaction d’appui sous charge

permanente

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Autres ouvrages non courants

Ponts à haubans

Ponts suspendus

Ponts en arc

Ponts à béquilles…

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Ponts à haubans

– Mesure des flèches du tablier

– mesure des déplacements

longitudinaux des pylônes et du tablier

– mesure des variations de tension dans

les haubans, lorsque cela est possible

(pesons, jauges de déformation,

fréquence de vibration)

– chargement réparti pour solliciter les

pylônes en flexion et plus concentré

pour solliciter les haubans et le tablier

en flexion

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Ponts en arc

– Mesure des flèches du tablier et de l’arc

– rotation du massif d’appui et déplacements

longitudinaux

– chargements pour solliciter le tablier et chargements

plus généraux pour solliciter l’arc (par exemple

chargement d’une demi-portée de l’ouvrage que l’on

déplace progressivement)

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De manière générale

• Pour les ouvrages complexes

– Il est en général pertinent d’enregistrer le mouvement

du tablier sous cycle thermique pendant les jours qui

précèdent ou suivent les épreuves

– Il est utile de réfléchir aux éventuels moyens de

mesure permanents à mettre en œuvre

(anémomètres, accéléromètres, sondes thermiques,

cordes vibrantes…)