Auteurs : H.CANNARD1, T.PERRIN1,

D.PRYBYLA1, M.MAOUCHI2, F.BRACHELET3

Détection, par thermographie

IR, de délaminations ou

décollements affectant la

partie superficielle du béton

1 - CEREMA Dter Est Laboratoire de

Strasbourg

2- Université de Lorraine Metz

3- Université d’Artois LGCgE

Journées Techniques Ouvrages d’Art 2014

Journées Techniques Ouvrages d’Art 2014

Détection, par thermographie IR, de délaminations ou décollements affectant la partie superficielle du béton - HC

SOMMAIRE

2

1. La problématique

2. Le principe mis en oeuvre

3. L’expérimentation sur corps d’épreuve

4. Les investigations in-situ

5. Conclusion

Journées Techniques Ouvrages d’Art 2014

Détection, par thermographie IR, de délaminations ou décollements affectant la partie superficielle du béton - HC

3

1- La problématique

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- Apparition de la corrosion des aciers

- expansion du volume occupé par l’armature

- fissuration

- décohésion du béton

A A

’

Coupe A-A’

Béton

Armature

CO2 Cl-

H2O

1- La problématique

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Détection, par thermographie IR, de délaminations ou décollements affectant la partie superficielle du béton - HC

1- La problématique

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- Adhérence insuffisante des produits de réparation

A A’

Coupe A-A’

Béton

Armature

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Quelques exemples de désordres rencontrés

1- La problématique

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L’aspect « sécurité » des interventions lors des inspections

1- La problématique

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Sens du flux thermique

Sens du flux thermique en période diurne

Fissure

convexion

2-Le principe mis en oeuvre

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Fissure

Sens du flux thermique

Sens du flux thermique en période nocturne

convexion

2-Le principe mis en oeuvre

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1) Rapport d’activité LAMTI 11N065 sujet 5 Aide au diagnostic des chapes d’étanchéité par méthodes Thermiques

E.ANTZAC, F.BRACHELET, O.CARPENTIER, D.DEFER

Le défaut présent sous la surface doit avoir des propriétés thermophysiques

suffisamment différentes du milieu pour permettre un bon contraste en surface

Matériau Conductivité thermique

l en W.m-1.K-1

Béton 1,6 à 2.2

Air saturé 0,029

Polystyrène expansé

0,040

1

2-Le principe mis en oeuvre

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1) Rapport d’activité LAMTI 11N065 sujet 5 Aide au diagnostic des chapes d’étanchéité par méthodes Thermiques

E.ANTZAC, F.BRACHELET, O.CARPENTIER, D.DEFER

l'amplitude du signal doit être suffisante pour que l'effet produit en

surface par la discontinuité soit détectable 1

2-Le principe mis en oeuvre

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1) Rapport d’activité LAMTI 11N065 sujet 5 Aide au diagnostic des chapes d’étanchéité par méthodes Thermiques

E.ANTZAC, F.BRACHELET, O.CARPENTIER, D.DEFER

La relation entre la taille du défaut et sa proximité de la surface doit

être suffisamment importante pour créer un contraste thermique. 1

2-Le principe mis en oeuvre

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La propagation des ondes de chaleur issue d’une sollicitation sinusoidale est

atténuée selon une fonction exponentielle de la profondeur traversée 1

1) Rapport d’activité LAMTI 11N065 sujet 5 Aide au diagnostic des chapes d’étanchéité par méthodes Thermiques

E.ANTZAC, F.BRACHELET, O.CARPENTIER, D.DEFER

2-Le principe mis en oeuvre

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Matériau l r c

Air 0.0242 1.2 1006

Béton 1.6 2300 820

Paramètres thermophysiques du modèle

l : conductivité thermique [W/m.K] r : masse volumique [kg/m3] c : chaleur spécifique [J/kg.K]

Modélisation d’un défaut type «lame d’air »

50

0 m

m

Flux thermique sinusoïdal300W/m² sur 24H

Défaut type Lame d’air 2mm

Convection h = 15W/m².C

Tcentre

Text

80

mm

200 mm

Ep.20 ou 40 mm

Timposée =10°C

1

1) modélisation : F.BRACHELET Université d’Artois LGCgE

2-Le principe mis en oeuvre

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-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

0,00 3,00 6,00 9,00 12,00 15,00 18,00 21,00 24,00

Delta T …Delta T …

Evolution de la différence de température entre zone centrale et l’extrémité de la corniche

pour deux profondeurs de défauts type lame d’’air d’une épaisseur de 2mm

DT (oC)

Heures

DT=Tcentre-Textrémité

Sollicitations : • Convection h = 15W/m².C • Flux thermique sinusoïdal ±300 W/m2

Modèle Corniche avec défaut type lame d’air

E=4cm

E=2cm

Tcentre

Textrémité

2-Le principe mis en oeuvre

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Schéma de principe d’une caméra infrarouge

Radiomètre Transcription

en température

Entrée des valeurs d’influence :

Distance, émissivité du matériau,

hygrométrie…

Etalonnage

Rayonnement Température

2-Le principe mis en oeuvre

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Deux techniques

• Thermographie passive:

- Pas d’apport artificiel d’énergie,

- Examen de situations ou d’objets à une température différente de

la température ambiante,

- Applications : inspection de bâtiments et d’installations électriques.

• Thermographie active

- Sollicitation par un apport d’énergie (flashes, laser, induction, micro-

ondes, tissu chauffant, tubes rayonnants…)

- Utilisation dans le cadre du contrôle non destructif

2-Le principe mis en oeuvre

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0.2

4 m

0.10 m

0.04 m 0.02 m

0.08 m

0.02 m

0.76 m

0.01 m

0.10 m

0.05 m

0.10 m

0.80 m 0.10 m

0.08 m

0.10 m

1.00 m

3- L’expérimentation sur corps d’épreuve

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Positionnements des éléments en polystyrène

extrudé dans le béton frais

3- L’expérimentation sur corps d’épreuve

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- Matrice de 640x480 éléments

- Gamme de travail 7-15 µm

- Sensibilité 30 mK à 30°C

- Objectifs infrarouge: 24°x 18° (standard)

12°x 9° (téléobjectif)

Résolution spaciale :

0,65 mrad /élément du détecteur pour l'objectif de 24°.

0,33 mrad /élément du détecteur pour l'objectif de 12°

- Objectif visible 3.2 Mpixels

- Enregistrement d’images panoramiques

La caméra utilisée

3- L’expérimentation sur corps d’épreuve

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Dispositif expérimental

Caméra

infrarouge

Corps

d’épreuve

exposition

sud

3- L’expérimentation sur corps d’épreuve

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Implantation des zones de mesure

3- L’expérimentation sur corps d’épreuve

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07h25 8h55 11h15

16h00

Suivi des D T entre zones saines et zones défectueuses (F 80mm)

Profondeur 1cm Profondeur 2cm

Profondeur 4cm

18h00

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7h30 9h04

10h44

Suivi des D T entre zones saines et zones défectueuses (5 X 5 cm))

15h35

Profondeur - 1cm

Profondeur - 2cm

18h20

Profondeur - 4cm

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N

4 – Les investigations in-situ

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Intervention sur l’OA 55

4 – Les investigations in-situ

T(°C)Ambiante = f(temps)

10

20

10 h 15 h 20 h

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Réalisation d’une image panoramique à partir

d’une série de clichés

OA 55 Implantation de repères

4 – Les investigations in-situ

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Réglage du gain (optimisation de la détection des anomalies et des repères)

4 – Les investigations in-situ

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4 – Les investigations in-situ Représentation en mode « fusion » ou incrustation d’image

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N

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Intervention sur l’OA 53 le 15/03/2013

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4 – Les investigations in-situ

OA 53 - Réalisation d’une image panoramique à partir d’une série de clichés

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Problèmes rencontrés sur le hourdis

4 – Les investigations in-situ

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Cette technique a permis de réaliser une reconnaissance des zones à sonder et

éventuellement à purger.

Mise en œuvre de moyens limités pour les interventions.

Amélioration de la sécurité des intervenants et peu de gêne du trafic

Déploiement rapide et rendement élevé (un ouvrage par demi-journée)

Mais

Nécessité d’intervenir dans des conditions météorologiques optimales

Obligation de réaliser un repérage et une pré-visite (optimisation de

l’implantation des emplacements des prises de vues).

Utilisation d’un matériel très performant équipé d’optiques spécifiques

Détection de défauts de 0.5 dm² à une profondeur de 3 cm dans des conditions

favorables

5 – Conclusion

Merci de votre participation

CEREMA Dter Est Laboratoire de Strasbourg

herve.cannard@cerema.fr

thibaut.perrin@cerema.fr

Davy.prybyla@cerema.fr

Remerciements à

Hervé CONTRI DIR EST