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Projet de fin d’études :

Gestion préventive des

ouvrages d’art par

instrumentation

Présenté par : Matthieu BRAUN

INSA de Strasbourg – Spécialité GENIE CIVIL

Tuteur à l’INSA : Hossein NOWAMOOZ

Tuteur au laboratoire : Davy PRZYBYLA

Juin 2010

Remerciements

Ce mémoire a été réalisé au sein du Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de

Strasbourg sous la direction de Monsieur Davy Przybyla, adjoint au chef de groupe Ouvrages

d’art. Je tiens à lui adresser toute ma reconnaissance pour m’avoir proposé ces travaux, mais

surtout pour m’avoir encadré tout au long de mon projet de fin d’études. Ses connaissances

et ses attentes sur mes travaux ont permis d’encadrer mon travail.

Je tiens également à remercier Monsieur Hervé Eichwald, responsable d’activité Ouvrages d’art, pour

sa participation à mes projets, sa position d’interlocuteur privilégié entre le conseil Général 67 et GE

Energy pour le financement du monitoring embarqué ainsi que son implication dans le suivi des murs

de soutènement.

Je tiens à adresser ma gratitude à Monsieur Fabien Renaudin, adjoint au chef de division, pour ses

commentaires et son expérience sur la problématique des murs de soutènement ; ainsi que

Monsieur Matthieu Kirstetter, inspecteur Ouvrages d’art, sans qui l’instrumentation à Urbès n’aurait

pu avoir lieu.

Ma reconnaissance va également à Monsieur Hossein Nowamooz, mon tuteur à l’INSA de Strasbourg,

de m’avoir suivi durant les cinq mois et d’avoir été à mon écoute quand je le souhaitais.

Je tiens pour finir à saluer l’ensemble du personnel du CETE de l’Est et plus précisément aux

membres du groupe Ouvrages d’art du Laboratoire de Strasbourg pour leur accueille et leur partage

du métier lors de visites, essais et contrôle sur chantier.

SOMMAIRE

Remerciements .......................................................................................................................... 2

Lexique ....................................................................................................................................... 7

Introduction ................................................................................................................................ 8

Chapitre 1. Le vieillissement des ouvrages : phénomène inévitable ................................... 10

1. Origines des désordres : ................................................................................................ 10

2. Types de désordres recensés : ...................................................................................... 12

3. Désordres à surveiller sur les ouvrages : ....................................................................... 16

Chapitre 2. L’évaluation des ouvrages d’art ......................................................................... 17

1. L’auscultation au service de la pérennité des ouvrages ............................................... 17

2. L’évaluation des ouvrages ; recensement des désordres ............................................. 18

3. Réalisation des mesures : appareillage et procédé ...................................................... 23

4. Etudes approfondies pour évaluer les ouvrages ........................................................... 25

Chapitre 3. Mise en place d’un monitoring sur les ponts : PEGASE ..................................... 27

1. Convoi exceptionnel et ouvrage d’art ........................................................................... 27

2. Problématique et hypothèse de départ ........................................................................ 29

3. Ouvrage d’art instrumenté : Pont sur la Scheer, RD 1083, Hipsheim ........................... 29

4. Description de PEGASE : ................................................................................................ 30

5. Cahier des charges de la plateforme ............................................................................. 31

6. Montage financier et Coûts du monitoring .................................................................. 40

7. Analyse des premiers résultats ..................................................................................... 41

8. Conclusion – Ouverture : ............................................................................................... 46

Chapitre 4. Mise en place d’un monitoring sur les murs de soutènement .......................... 47

1. Problématique ............................................................................................................... 47

2. Principe de suivi ............................................................................................................ 47

3. Description du matériel utilisé ...................................................................................... 49

4. Limites du suivi avec le tachéomètre et chiffres significatifs ........................................ 50

5. Réalisation de mesure et traitement des données : cas général .................................. 55

6. Analyse des résultats ..................................................................................................... 60

Chapitre 5. Surveillance des murs en Pneusol à Urbès ........................................................ 62

1. Description des ouvrages .............................................................................................. 62

2. Principe de fonctionnement du Pneusol : ..................................................................... 62

3. Méthode de suivi spécifique ......................................................................................... 63

4. Analyse numérique et interprétation ........................................................................... 68

5. Conclusion : ................................................................................................................... 72

Conclusion générale et perspectives ....................................................................................... 73

Bibliographie : .......................................................................................................................... 75

Table des figures

Fig. 1.01 Tableau récapitulatif des fissures les plus courantes dans le béton ......................... 13

Fig. 2.01 Illustration du graphe croisé (ISE, IE) de la méthode départementale ..................... 20

Fig. 2.02 Effondrement du pont autoroutier en acier à Minneapolis en 2007 ....................... 23

Fig. 3.01 Convoi exceptionnel, de catégorie 3, susceptible de circuler sur l’itinéraire Belfort-

Strasbourg (composition : 1 tracteur, 1 remorque, 2 pousseurs) ........................................... 28

Fig. 3.02 Situation géographique de l’ouvrage surveillé .......................................................... 29

Fig. 3.03 Photos du pont de la RD 1083 sur la Scheer à Hipsheim .......................................... 30

Fig. 3.04 Photos du capteur à tube plongeur et la cornière, de butée, en aluminium ........... 31

Fig. 3.05 Pont sur la Scheer, RD1083 à proximité de Hipsheim ............................................... 35

Fig. 3.06 Schéma de fixation des capteurs de fissure et butée ............................................... 37

Fig. 3.07 Positionnement des capteurs sur l’intrados, au niveau du dernier élargissement .. 39

Fig. 3.08 Élévation amont de l’ouvrage ................................................................................... 40

Fig. 3.09 Courbe caractéristique charge flèche d’une structure en béton ............................. 43

Fig. 3. 10 Résultats du passage d’un convoi antérieur (similaires à ceux qui seront obtenus

par la plateforme PEGASE) ....................................................................................................... 44

Fig. 4.01 phénomènes de Basculement et Déversement ........................................................ 47

Fig. 4.02 Représentation de la zone d’influence selon IQOA................................................... 48

Fig. 4.03 Prisme de visée pour points ou références ............................................................... 49

Fig. 4.04 tachéomètre Leica TDA 5005 du LRS ......................................................................... 49

Fig. 4.06 Changement de repère pour l’analyse ...................................................................... 57

Fig. 5.01 un des cinq murs de soutènement en Pneusol ......................................................... 62

Fig. 5.02 mode de construction d’un mur en Pneusol ............................................................. 63

Fig. 5.03 Mesure sur un extensomètre et état en2005 : tige métallique en décomposition

avancée et brisée ..................................................................................................................... 64

Fig. 5.04 Implantation des ouvrages dans le site naturel : absence d'éléments fixes et

indépendants ............................................................................................................................ 64

Fig. 5.05 Paroi rocheuse à l’amont de la route : zone d’installation des références .............. 66

Fig. 5.06 regard en béton à l’aval du mur : zone d’installation des références ...................... 66

Fig. 5.07 Installation du tachéomètre : mode 1 ....................................................................... 67

Fig. 5.08 Installation du tachéomètre : mode 2 ....................................................................... 67

Fig. 5.09 Schématisation de la transformation ........................................................................ 70

Table des tableaux

Tab. 2.01 Classification des ouvrages selon la méthode IQOA ................................................ 19

Tab. 2.02 Classification allemande des ponts selon la norme DIN 1076 ................................. 21

Tab. 2.03 Résumé des principaux instruments de mesures utilisés sur les ouvrages d’art .... 25

Tab. 3.01 Charges maximales règlementaires du Code de la Route ....................................... 27

Tab. 3.02 Catégories des convois exceptionnels ..................................................................... 28

Tab. 3.03 Données significatives pour un capteur ................................................................... 32

Tab. 3.04 Données significatives pour cinq capteurs .............................................................. 33

Tab. 3.05 Données significatives pour le thermocouple ......................................................... 33

Tab. 3.06 Synthèse comparative des différents systèmes d’attaches ..................................... 37

Tab. 3.07 Récapitulatif du montage financier pour la plate-forme de monitoring ................. 40

Tab. 3.08 Valeurs recommandées de Wmax et règles de combinaison pertinentes .............. 41

Tab. 4.01 Déplacement du tachéomètre ................................................................................. 51

Tab. 4.02 Déplacements fictifs des références : exemple référence 1.................................... 51


Tab. 4.04 Déplacements fictifs des références dans le champ: exemple référence 1 ............ 52


Tab. 4.06 Déplacements fictifs des références hors du champ: exemple référence 1 ........... 52

Tab. 4.07 Déplacements fictifs des références : exemple référence 3.................................... 53

Tab. 4.08 Mesure et correction d’un point en extérieur ......................................................... 54

Tab. 5.01 Déplacement des références lors de la réinstallation ............................................. 68

Tab. 5.02 Déplacement des références / Correction à appliquer ........................................... 68

Tab. 5.03 Déplacement des profils, après la correction et avant la transformation, entre

l’initialisation et la première mesure ....................................................................................... 69

Tab. 5.04 Déplacement des profils, après la correction et après la transformation, entre

l’initialisation et la première mesure ....................................................................................... 71

Lexique

LRPC : Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées

LCPC : Laboratoire Centrale des Ponts et Chaussées

CETE de L’Est : Centre d’Etudes Techniques et de L’Equipement (Metz, Nancy, Strasbourg)

Sétra : Service d’étude sur les transports, les routes et leurs aménagements

IQOA : Image Qualité des Ouvrages d’Art

ITSEOA : Instruction technique pour la Surveillance et l’Entretien des Ouvrages d’Art

BRIME : Bridge Management in Europe

ADSTD : Association des Directeurs de Services Techniques Départementaux

DOT : Department of Transportation

FHWA : Federal Highway Administration

NBIS : National Bridge inventory standards

LF: Load factor

LRFR: Load Resistance Factor Rating

PEGASE : Plateforme Experte Générique pour L’Application Sans-fil Embarquée

DDE 68 : Direction Départementale de l’Equipement du Haut-Rhin

DIREST : Direction Interrégionale de l’Est

Introduction

Le laboratoire régional des ponts et chaussées de Strasbourg, entité du Centre d’Etude

Technique de l’Equipement de l’Est, s’organise autour de plusieurs groupes de travail :

chaussées, géotechnique, ouvrages d’art, bâtiment, étude physique et acoustique. Le

département qui m’a accueilli lors de mon projet de fin d’études est le groupe ouvrages

d’art. Ce dernier s’organise autour de trois grandes missions bien distinctes : l’exécution

regroupant les contrôles externes, les essais et la surveillance des ouvrages ; la recherche

ainsi que la méthodologie.

En France, et comme dans beaucoup de pays, le niveau d’équipement en infrastructures est

élevé et cela depuis de nombreuses années. Si ces ouvrages ne présentent pas tous un

intérêt architectural, ils occupent néanmoins une place de choix sur le territoire, car ils sont

des vecteurs économiques, de transports, de sécurité. Leur construction a nécessité du

temps et de forts investissements. Leurs disparitions troubleraient, aujourd’hui, la vie des

utilisateurs. Ainsi, depuis plusieurs années, la gestion du patrimoine suggère que l’on

surveille, ausculte et évalue, de manière régulière, l’ensemble du parc d’ouvrage d’art

(ponts, murs de soutènement…). La première étape consiste à assurer la sécurité des

utilisateurs. Dans un second temps, la gestion du patrimoine doit permettre de respecter

voire d’allonger la durée de vie des ouvrages. De grandes avancées sur la fatigue des

matériaux ont permis de développer des matériaux plus résistants aux attaques extérieures.

Il n’en reste pas moins que chaque ouvrage possède son environnement propre, plus ou

moins agressif. De plus, les phénomènes de fatigue des structures sont encore mal maitrisés.

A cela, s’ajoutent les ouvrages anciens qui n’ont pas pu bénéficier des avancées de la science

et de la technique et qu’il faut tout de même préserver au mieux.

Dans cette optique, le présent mémoire sera articulé autour de cinq chapitres. Les deux

premiers, théoriques, présentent l’état de l’art concernant la gestion des ouvrages. Tout

d’abord, le vieillissement et la dégradation des ouvrages seront abordés en essayant de

recouper causes et conséquences. Par la suite, nous nous intéresserons plus en détail aux

outils, à disposition, pour évaluer et gérer le parc d’ouvrages. Les trois derniers chapitres

traiteront de la surveillance de la fissuration d’un pont et de la déformation des murs de

soutènement. L’instrumentation du pont, par un monitoring à distance est motivée par la

problématique des convois exceptionnels et celle de la fatigue des structures. La demande

grandissante de la part des conseils généraux et de la DIREST de surveiller des murs de

soutènement poussent également à revoir l’utilisation du tachéomètre pour ces suivis.

L’instauration du Grenelle Environnement, depuis 2009, au sein de la politique française

prescrit au laboratoire et notamment au groupe ouvrage d’art de favoriser la recherche et la

méthodologie au profit des missions d’exécution. Cette nouvelle répartition est prise en

compte depuis début 2010, sans pouvoir pour autant supprimer définitivement certains

contrôles et surveillances d’ouvrage, comme pour nos deux ouvrages suivis. Cependant,

certains choix, notamment dans la conception de la plateforme d’instrumentation du pont,

devront permettre d’inscrire cette action dans la démarche du Grenelle Environnement.

Chapitre 1 Le vieillissement des ouvrages : phénomène inévitable

Chapitre 1. Le vieillissement des

ouvrages : phénomène inévitable

1. Origines des désordres :

Les ouvrages de tous types (ponts, murs de soutènement, barrage, bâtiments…) vieillissent

et laissent apparaître des désordres au niveau des matériaux et de la structure. Ces

désordres provoquent la fragilité et accélèrent donc la fin de vie de l’ouvrage. La

connaissance de l’origine de ces désordres doit permettre de mieux concevoir, prévenir, et

réparer les ouvrages concernés.

1.1. Actions appliquées aux ouvrages :

Actions permanentes :

La conception, bien que respectant les normes et coefficients de sécurité, peut être à

l’origine d’erreurs ou d’imprécisions parfois inacceptables. Une première erreur concerne la

masse volumique du béton fixée conventionnellement à 2.5 t/m3. Cependant, cette valeur

peut être significativement plus élevée si l’on emploie des matériaux « lourds ». D’autres

imprécisions, entachant également le poids propre de la structure, sont des erreurs de

métrés et la sous-estimation du poids des équipements.

Au cours de la vie d’un ouvrage, son poids propre peut varier. Les équipements peuvent être

remplacés ou complétés. Dans le cas d’un pont routier, la couche de roulement de la

chaussée peut être rechargée. Ce problème de modification du poids propre, dû à l’entretien

et à l’usure, est surtout observable sur les anciens ouvrages. En effet, les normes et codes de

calculs actuels prennent en compte ces modifications par l’intermédiaire d’une fourchette

de valeurs.

Actions liées au comportement rhéologique du matériau :

Le comportement à long terme des matériaux, sous chargement, n’est connu que depuis

peu. Les règles de calcul ne prenaient pas en compte le fluage du béton, la relaxation des

aciers… Suite à des campagnes d’études, ces comportements sont maintenant connus et pris

en compte à travers les coefficients de sécurité. Cependant, la maîtrise et l’estimation de ces

comportements ne sont pas simples.


Effet du trafic (routier et ferroviaire) :

Utilisés comme liaisons, les ponts servent, depuis toujours, de support au trafic routier et/ou

ferroviaire. Cependant, le mode de transport ainsi que ses caractéristiques n’ont cessé de se

modifier. Les nouveaux règlements ont permis d’adapter les codes de calculs. Des guides,

comme le guide méthodologique « Eurocode 2 – Application aux ponts-routes en béton »du

Sétra, ont été rédigés pour faciliter le recalcul des ponts. Cependant, il ne reste pas moins le

problème des anciens ouvrages, dont les notes de calculs n’existent plus. Il est donc parfois

difficile de savoir si l’ouvrage est dimensionné pour supporter le trafic auquel il est soumis.

De plus, la vitesse des véhicules augmente. La vitesse et les poids des véhicules engendrent

des vibrations dans l’ensemble de la structure pour lesquelles les ouvrages n’ont pas été

dimensionnés. Les forces de freinage peuvent également provoquer le cheminement des

appareils d’appuis.

Tous les ouvrages n’ont donc pas la même capacité portante et ne peuvent donc pas

accepter, sans risque, le même trafic.

Effet des actions naturelles :

Les ouvrages font partie intégrante de l’aménagement du territoire. Ils sont donc soumis aux

aléas climatiques et environnementaux qui les entourent.

Le premier phénomène agissant sur les ouvrages est la température. Elle agit dans un

premier temps sur les matériaux. Par exemple, lors du gel, le béton aura tendance à se

fissurer sous l’action de variation de volume anisotrope ou de contraintes interstitielles trop

élevées.

La température a un double effet sur la structure. Le premier est la dilatation / rétractation

en période chaude et en période froide. Pour éviter de développer des efforts dans la

structure, des appareils d’appuis mobiles sont utilisés. Le second phénomène est le gradient

thermique. Il est induit pas la différence de température entre les faces exposées au soleil et

les faces à l’ombre. La sensibilité de l’ouvrage à la température sera influencée par son

épaisseur, sa couleur de revêtement… Pris en compte que depuis 1970 dans les codes de

calculs, l’effet de la température peut être important, notamment pour les structures

hyperstatiques. Les travées étant liaisonnées, les zones d’appuis sont soumises à la

concentration des contraintes et des déformations des travées situées de par et d’autres. Il

en découle une augmentation des efforts et notamment des efforts tranchants.

L’eau est également une source de désordres pour les ouvrages. Les structures métalliques

sont sensibles à la corrosion. Pour les structures en béton, c’est l’infiltration de l’eau dans le

matériau qui est néfaste (phénomène de gel/dégel, corrosion des armatures, transport des

chlorures provenant des sels de déverglaçage).


D’autres phénomènes climatiques peuvent avoir une influence sur la durée de vie d’un

ouvrage comme le vent, qui sera responsable de la fatigue d’éléments (câble de haubanage)

ou de déplacements non désirés.

Actions à caractère accidentel :

L’ouvrage, au service de l’homme, placé dans un milieu naturel, peut être soumis à des

actions ponctuelles et relativement rares. Les crues, les séismes, les chocs dus à un navire où

un véhicule sont pris en compte par les codes de calculs. Cependant, de nos jours, les

coefficients de sécurité sont déterminés de manière probabiliste, ce qui signifie que le risque

absolu et la répétition fréquente ne sont pas considérés. L’ouvrage, quel qu’il soit, subira

donc des agressions extérieures et sa durée de vie en sera influencée.

1.2. Dégradation des matériaux :

Les matériaux constitutifs des ouvrages peuvent également subir des désordres internes qui

auront des conséquences sur la stabilité et la longévité de la structure. Certains de ces

désordres sont des conséquences directes des phénomènes extérieurs auxquels la structure

est soumise. C’est notamment le cas de la corrosion des armatures et de l’acier, de

l’éclatement du béton lors du gel…

En revanche, d’autres phénomènes comme l’alcali-réaction ne sont imputables qu’au

matériau lui-même. En effet, l’interaction entre les granulats siliceux et les alcalins de la pâte

de ciment provoque un gonflement du béton en présence d’eau.

2. Types de désordres recensés :

La pérennité d’un ouvrage est fortement influencée par son environnement et les actions

auxquelles il est soumis. Les désordres engendrés et responsables de sa fragilité se

matérialisent sous différentes formes. Certains sont apparents alors que d’autres ont lieu à

l’intérieur même du matériau. L’expert, auscultant un ouvrage « malade », recensera tout

d’abord les désordres puis cherchera les causes de ces pathologies afin de mettre en place le

plan de réparation adéquat.

2.1. Fissure, Éclatement :

La fissuration est sûrement le désordre le plus facilement observable et le plus

caractéristique. L’amplitude, la fréquence et la propagation de la fissure permettent de

connaître si elle est due à un comportement normal ou non. Le plus souvent, la fissuration


traduira un état de contrainte anormal, de traction, de cisaillement (…), dépassant la limite

de rupture du matériau.

Pour le béton armé, la fissuration est un phénomène normal. Il faut néanmoins la contrôler

et veiller à ce qu’elle n’atteigne pas des proportions dangereuses pour la stabilité de la

structure.

Étant toutes issues d’un dépassement de la contrainte admissible du matériau, à un moment

donné de la vie de l’ouvrage, les experts s’efforcent de classer les fissures suivant leurs

origines : cela afin de prévenir au mieux leurs évolutions et les réparations possibles.

Un même ouvrage peut être soumis à plusieurs familles de fissures qui auront des origines et

des faciès différents :

Types de fissure Causes

Fissures dues à un chargement en compression, très rare

Fissures dues à un chargement en traction

Fissures dues à un chargement en flexion

Fissures dues à un chargement en cisaillement

Fissures d’origine thermique

Faïençage du parement : Dessiccation du béton Alcali-réaction …

Fissure et éclatement dus au phénomène de gel/dégel

Fissure et éclatement dus à la corrosion des aciers

Fig. 1.01 Tableau récapitulatif des fissures les plus courantes dans le béton


La notification de toute nouvelle fissure doit se faire assez tôt. En effet, le problème de

fissuration, notamment dans le béton, n’est pas leur existence, mais leur évolution. À terme,

une fissure, qui ne cesse de s’ouvrir, provoquera l’éclatement, la chute voir l’effondrement

d’un bloc ou de l’ensemble de la structure.

Connaitre la date d’apparition de la fissure est important, car cela permet de prévoir la

réparation ou la limitation de son expansion. Cependant, pour savoir la dangerosité de celle-

ci et de ce fait l’état de fragilité de l’ouvrage, il est nécessaire de connaître les

caractéristiques de la fissure :

L’âge :

Bien que difficile à cerner de manière précise, quand celle-ci n’est pas provoquée par une

cause accidentelle ou signalée, cette donnée ne manque pas d’intérêt. Le traitement des

fissures par injection est fortement influencé par ce caractère. En effet, on admet qu’une

fissure « jeune », inférieure à 2 ans, ne présente pas de problème d’injection alors qu’une

fissure plus ancienne présentera des cristaux de calcite, de la végétation ou de la poussière,

qui empêcheront l’injection de manière optimale.

Le tracé :

Il est défini par son orientation et sa longueur mesurable sur la structure. L’orientation est

souvent révélatrice de son origine. Cependant, la fissure est rarement rectiligne et donc

confondue avec son orientation. Lorsqu’elle est continue sur l’axe d’orientation, elle est dite

franche, dans le cas contraire discontinue. La longueur correspond au développé de la partie

visible.

L’ouverture :

Facilement évaluable à l’œil nu, on utilise dans la pratique un réglet, un fissuromètre, un

compte-fils, une jauge d’épaisseur. De manière générale, la précision au dixième de

millimètre est suffisante. On admet également que l’ouverture d’une fissure correspond à

l’ouverture maximale sur le tracé.

La profondeur :

Une fissure est dite traversante lorsqu’elle est visible sur au moins deux faces de la

structure. Elle est dite aveugle quand elle est supposée traversante, mais débouche sur une

face non accessible de la structure. C’est notamment le cas sur les murs de soutènement.

Une fissure aveugle est souvent d’ouverture importante et peut donc laisser passer les

agents agressifs (eau, air).

Une fissure est dite de surface quand son ouverture de surface est maximale en surface et

devient nulle à l’intérieur du matériau. En revanche dans un élément épais, une fissure de

surface peut avoir une profondeur importante.


L’activité :

Ce caractère quantifie l’évolution dimensionnelle de l’ouverture et de la profondeur de la

fissure dans le temps. Une fissure peut être qualifiée de morte, si son ouverture et sa

profondeur restent constantes quelles que soient la variation de température, charges.

En revanche, les fissures qui sont soumises aux facteurs extérieurs tels que température,

hygrométrie, charges, vibrations sont qualifiées d’actives.

2.2. Défauts dans le parement :

L’exposition à certains phénomènes climatiques comme le vent, un écoulement

(ruissellement, suintement) peut provoquer la détérioration des parements de l’ouvrage.

Pour un ouvrage en béton, cela se traduit par la disparition de la pâte de ciment. Des « nids

de cailloux » apparaissent, laissant les granulats vulnérables aux agressions extérieures. Un

phénomène similaire est observable sur les structures en maçonnerie. Les joints de ciments

ainsi que les roches peuvent s’éroder. La disparition totale du liant peut engendrer des

conséquences telles que l’effondrement.

De tels défauts dans les parements n’ont donc pas d’influence directe sur le comportement

structurel de l’ouvrage. Comme pour les fissures, c’est l’évolution de ces phénomènes qui

est dangereuse, pouvant aller jusqu’à l’effondrement entier du parement ou de la structure.

2.3. Déplacement, Déformation :

Toute construction est susceptible de bouger au cours de sa vie. Cela peut être dû à un

mauvais dimensionnement des fondations, au mouvement des terres, à un sur-chargement

ou encore le fluage du matériau. L’ensemble de ces phénomènes est à surveiller, car ils

entraînent une répartition des efforts et contraintes non souhaitée pouvant aller de la

simple fissuration au basculement ou à l'effondrement de la structure.

Remarque : le fluage, déformation à long terme, ne peut pas être empêche, il doit donc être

pris en compte lors du dimensionnent et la surveillance.

2.4. Acier et câble de précontrainte

En plus de son vieillissement à l’intérieur du béton, l’acier peut être une cause de désordres.

En effet, l’auscultation d’ouvrages en béton a révélé des maladresses d‘exécution sur

certains d’entre eux : enrobage insuffisant, conformité entre le ferraillage et la position des

appareils d’appuis… En ce qui concerne les ouvrages en béton précontraint, la présence de

fissuration inhabituelle au niveau des ancrages de précontrainte a obligé les bureaux

d’études à revoir leur méthode de dimensionnement. On observe également des problèmes

dus à la relaxation des câbles de précontrainte, voire à leur rupture, amplifiant la fissuration.


3. Désordres à surveiller sur les ouvrages :

3.1. Zone à surveiller sur un ouvrage d’art type pont :

Sur le tablier :

- Chaussée sur l’ouvrage et ses accès : présence de flaches, bourrelets, faïençage, profil en

long

- Caniveaux – bordures : propreté, état, continuité du fil d’eau aux extrémités du tablier

- Joint de chaussée : état du revêtement au droit du joint, propreté, bruits anormaux sous

passage, éléments manquants, fermeture/ouverture anormale

- Garde-corps et dispositifs de retenue : verticalité et alignement tant en plan qu’en profil en

long, manque d’élément, état de la protection anticorrosion, état des scellements des

montants

- Trottoirs : état du revêtement de trottoir, présence de végétation

Sous le tablier :

- L’état des perrés

- Évacuation des eaux de pluies, gargouilles, drains, barbacanes,

- sommiers des piles et des culées et les appareils d’appui : propreté, état du mur garde-grève,

désagrégation du sommier, déformations importantes des appareils d’appui en élastomère,

présence de végétations parasites

- Continuité de l’étanchéité au droit des joints de chaussée

- Appuis : traces de chocs, état des dispositifs de protection, état des berges et présence

éventuelle d’affouillement, désordres du parement, défaut d’aplomb.

- Intrados du tablier : traces de chocs, stalactites, taches d’efflorescence, fissures,

disjointoiement et enlèvement de pierres ou briques, désagrégations ou éclats du béton et

apparition d’armatures, corrodées ou non, défaut de la protection anticorrosion dans le cas

de tabliers métalliques.

3.2. Zone à surveiller sur un ouvrage d’art type mur de soutènement :

- Chaussée et trottoirs : fissures dans le revêtement, déversement ou déplacement des

bordures

- Dispositifs de retenues : mêmes constatations pour les ponts

- Parois : déformations d’ensemble (ventres, déversements), désordres du parement

(écaillage, fissures, dégradations de joints…)

Chapitre 2 L’évaluation des ouvrages d’art

Chapitre 2. L’évaluation des ouvrages

d’art

1. L’auscultation au service de la pérennité des

ouvrages

Lorsque l’on parle de gestion des ouvrages d’art ou plus généralement du patrimoine, les

termes évaluation et auscultation reviennent souvent. L’évaluation d’un ouvrage consiste à

caractériser son état général, ses différents éléments, les matériaux constitutifs de manière

qualitative et/ou quantitative. Cette évaluation sert de bilan de santé pour son gestionnaire.

L’auscultation définit l’ensemble des examens et mesures spécifiques faisant le plus souvent

appel à des techniques élaborées, destinées à approfondir la connaissance réelle d’un

ouvrage. L’auscultation d’un ouvrage va donc permettre de l’évaluer.

Le but premier de toutes les démarches d’auscultation, inspections, évaluations est de

prévoir et détecter les risques d’affaiblissement des matériaux et de la structure avant que la

stabilité de l’ouvrage ne soit mise en cause. La réparation des désordres peut avoir un coût

non négligeable sur la durée de vie de l’ouvrage. Leur détection en amont permet de réduire

ces coûts en nécessitant des réparations moins contraignantes, elle permet également de

mieux planifier la maintenance sur l’ensemble du patrimoine. L’expérience montre qu’il est

préférable d’un point de vue financier, pour le maître d’ouvrage, et structurel, pour

l’ouvrage, de favoriser une maintenance préventive plutôt que curative. En France, le

nombre de ponts (ouvertures supérieures à 2 m), propriété de l’Etat, est de 12 000. Ils

représentent une surface de 5.5 millions de m². Le budget de surveillance et de l’entretien

est de 46.2 M€ par an, soit environ 8.4 €/m². Ces inspections sont effectuées par les LRPC,

dont l’effectif consacré est de 50 inspecteurs environ, soit un inspecteur pour 145 000 m².

De ce fait, un grand nombre d’inspections est sous-traité à des bureaux d’études privés, afin

que la surveillance du parc d’ouvrages puisse être effectuée en totalité.

Afin de connaître l’évolution de l’ouvrage et l’apparition des désordres, il est nécessaire de

connaître son état à la réception de l’ouvrage. Pour cela, il est fortement conseillé

d’effectuer une évaluation « point zéro ». Comme toutes les évaluations que va subir

l’ouvrage au cours de sa vie, le « point zéro » répertoriera son état surfacique à travers un

procès verbal. Ce dernier servira de point de référence pour les auscultations et la

surveillance de l’ouvrage.


Il existe 4 types de surveillance d’un ouvrage :

L’inspection périodique qui s’effectue à des intervalles de temps régulier et planifié. Elle

a pour but de vérifier l’état général de l’ouvrage et de repérer les zones l’ensemble des

petits désordres que possède l’ouvrage.

La surveillance renforcée est mise en place lorsque le type de désordres ou leurs

étendues peuvent avoir des conséquences sur la stabilité de l’ouvrage. Un suivi attentif

est décidé afin de prévenir l’évolution anormale de ces désordres et d’expliciter les

causes de la détérioration accélérée de l’ouvrage.

La haute surveillance est instaurée uniquement pour des ouvrages défectueux qui

pourraient avoir des conséquences à court terme sur la sécurité physique des usagers

ou de tiers.

Lors du passage de convois exceptionnels, le comportement élastique des ouvrages,

notamment des ouvrages à risques, est surveillé. Pour cela, un contrôle à court terme

est effectué afin de s’assurer que les fissures et la flèche du tablier reviennent à leur

état initial. Par là, on s’assure que le convoi ne provoque pas de désordres irréversibles.

2. L’évaluation des ouvrages ; recensement des

désordres

Les méthodes présentées ci-dessous sont celles qui sont encore utilisées à l’heure actuelle.

Elles ont comme objectif de connaître, gérer et pérenniser le patrimoine. La liste de ces

méthodes n’est pas exhaustive, mais relate les plus utilisées.

2.1. Les méthodes françaises :

Méthode IQOA :

La méthode IQOA est une méthode visuelle de gestion du patrimoine. Cet outil s’inscrit dans

le processus d’évaluation périodique de l’état des ouvrages. Elle a été développée dans le

cadre de l’Instruction technique pour la Surveillance et l’Entretien des Ouvrages d’Art

(ITSEOA).

Le principe de cette méthode est relativement simple d’application. Tout commence par la

visite de l’ouvrage. L’individu, en charge de l’évaluation, va relever l’ensemble des désordres

apparents à l’aide d’un cadre de procès verbal de visite. Pour cela, il doit s’aider du

catalogue de défauts et désordres. Il existe un catalogue de désordres pour chaque type

d’ouvrages (pont béton armé, pont précontraint, pont à poutrelles enrobées, murs de

soutènement…). Ce dernier répertorie les désordres et défauts connus et les classe selon

leur effet sur la résistance structurelle de l’ouvrage. Il tente dans la mesure du possible de

renseigner l’observateur sur les causes de ces désordres.


Classes IQOA

Conditions Répartition des ponts en France

NE Ouvrage non évalué 6 %

1 Ouvrage en bon état apparent, seule une maintenance routinière est exigée.

15 %

2 Ouvrage ayant des défauts mineurs nécessitant un entretien sans caractère urgent

40 %

2E Ouvrage ayant des désordres se développant rapidement dans la structure nécessitant un entretien urgent

25 %

3 Structure altérée nécessitant des travaux de réparation sans caractère urgent.

11 %

3 U Structure gravement altérée nécessitant des travaux de réparation urgents

3 %

Tab. 2.01 Classification des ouvrages selon la méthode IQOA

Remarque : l’ajout de la mention « S » signale un risque pour les usagers de la route et les

tiers. L’ouvrage nécessite une intervention rapide pour rétablir la sécurité.

La mise en œuvre de cette méthode peut être décomposée en plusieurs étapes :

Structuration du patrimoine en type d’ouvrages à évaluer,

Évaluation des différentes parties constitutives de l’ouvrage,

Classement final de l’état de l’ouvrage par attribution d’une note d’évaluation globale de

l’état de l’ouvrage.

Suite à l’inspection, et le relevé des désordres, l’observateur doit dresser le procès-verbal de

l’inspection où sera recensé l’ensemble de ses observations, classifications et remarques. La

rédaction du procès-verbal est formalisée afin qu’il soit complet, clair et compréhensible par

tous. Le gestionnaire peut, part la suite, numériser le procès verbal et s’aider du logiciel

LAGORA pour construire une base de données exhaustive de son patrimoine et lui permettre

aussi de planifier au mieux les travaux, visites…

Cette méthode préconise d’effectuer une visite de l’ouvrage tous les 3 ans afin de vérifier

l’état de l’ouvrage et de mettre à jour les procès verbaux. La visite peut être effectuée par un

non-spécialiste, pour peu qu’il ait été formé à la méthode IQOA. Ces visites sont complétées

par les inspections détaillées périodiques réalisées tous les 6 ans par des spécialistes.

Méthode départementale :

Cette méthode a été mise au point pour intégrer les diverses contraintes et caractéristiques

des départements dans la gestion de son patrimoine. Pour cela, la méthode doit être

globale, fiable, simple d’utilisation, mais suffisamment souple pour s’adapter à ses


spécificités. La méthode départementale à la particularité d’être un outil macro-économique

permettant de suivre ou développer une politique budgétaire.

À la différence de la méthode IQOA, celle-ci, en plus de couvrir la surveillance et l’évaluation

de l’état des ouvrages, est prend en compte l’aspect socio-économique pour la

programmation des opérations de maintenance.

Comme pour la méthode IQOA, tout commence par la surveillance périodique du patrimoine

et le relevé des désordres. Cette étape peut être réalisée par du personnel peu qualifié

formé à la méthode, mais la classification de l’état de l’ouvrage doit être confiée à un

spécialiste des ouvrages d’art. Le recensement des désordres sur l’ensemble du parc

d’ouvrage doit conduire à la réalisation d’un programme d’entretien. Pour cela, la méthode

prend en compte deux indices bien distincts :

L’indice de priorité socio-économique (ISE) : du ressort du maître d’ouvrage, il reflète les

intérêts stratégique, politique, économique, social, culturel que présente chaque ouvrage

pour la collectivité. Il prend également en compte les orientations souhaitées par le maître

d’ouvrage.

L’indice de priorité technique (IT) : Il permet d’établir un ordre de priorité de réparations

pour les ouvrages nécessitant des interventions à court et moyen terme. Son attribution

revient à un ingénieur spécialisé dans la pathologie d’ouvrages.

La méthode départementale propose alors l’intégration de ces deux indices dans un graphe

croisé (IT, ISE), qui doit permettre au gestionnaire d’élaborer des propositions de

programmations annuelle ou pluriannuelle.

Fig. 2.01 Illustration du graphe croisé (ISE, IE) de la méthode départementale

ISE

IE

5

4

3

2

1

1 2 3 4

5

Priorité

moyenne

Priorité stratégique

Priorité maximale

Priorité technique


2.2. Les méthodes européennes :

Dans le cadre d’une démarche commune de connaissance des ponts et de leur cycle de vie,

une concertation plurinationale a été lancée en Europe sous le nom de BRIME. Les thèmes

abordés concernent l’évaluation et le classement des désordres, l’évaluation de la capacité

portante et structurelle d’un pont endommagé, de leur optimisation… Le projet BRIME avait

pour but de faire un bilan des systèmes de gestion des ponts en Europe.

Les laboratoires qui y ont participé sont au nombre de six :

- Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), Allemagne

- Centro de Estudios y Experimentación de Obras Publicas (CEDEX), Espagne

- Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC), France

- Norwegian Public Roads Administration (NPRA), Norvège

- Slovenian National Building and Civil Engineering Institute (ZAG), Slovénie

- Transport Research Laboratory (TRL), Royaume-Uni

Le projet BRIME n’avait pas la prétention d’élaborer une méthode commune d’évaluation

des ponts, mais seulement de recenser les méthodes et les connaissances des différents

pays. Cette partie sera donc consacrée à la présentation de méthode d’évaluation des pays

participants au projet BRIME de manière synthétique.

La méthode d’évaluation des ponts, en Allemagne, est très similaire à la méthode française

IQOA, dans le sens où elle classe les désordres et l’état général de l’ouvrage en classe. Cette

méthode est cependant uniquement utilisée pour les ponts autoroutiers fédéraux les ponts

routiers situés sur les axes majeurs. La classification des ouvrages fait suite à des inspections

générales qui ont lieu tous les 6 ans. L’état d’un pont est alors estimé d’une manière

formalisée en référence à la norme allemande DIN 1016 (DIN, 1983), qui traite de la

vérification et l’évaluation des ponts.

Classes Conditions Répartition des ponts en Allemagne

1.0 – 1.4 Pont en très bon état, seule une maintenance routinière est exigée

24 %

1.5 – 1.9 Pont en bon état, seule une maintenance routinière est exigée 19.8 %

2.0 – 2.4 Condition satisfaisante du pont, présence de quelques désordres, réparations nécessaires à moyen terme

19.2 %

2.5 – 2.9 Condition satisfaisante du pont à court terme, présence de désordres qui réduisent la durabilité de l’ouvrage, réparations nécessaires à court terme

17.0 %

3.0 – 3.4 État structurel du pont critique, stabilité de l’ouvrage réduite, réparations immédiates sont nécessaires

19.0 %

3.5 – 4.0 État structurel du pont inacceptable, stabilité de l’ouvrage réduite, réparations d’urgence sont nécessaires

1.0 %

Tab. 2.02 Classification allemande des ponts selon la norme DIN 1076


Au Royaume-Uni, la gestion du patrimoine est faite de manière un peu différente. Le

patrimoine est tout d’abord classé. Il s’en suit une étude complète pour avoir le prix des

travaux, et réalise une analyse coût/bénéfice pour mettre en avant les actions de travaux et

de maintenance les plus avantageuses d’un point de vue technique et économique.

2.3. Les méthodes américaines :

En 2009, le LCPC, le Sétra ainsi que l’ADSTD ont effectué un voyage d’études aux États-Unis

d’Amérique afin de comparer leurs méthodes de gestion et la maintenance des Ponts avec

celles utilisées en France. Les services responsables de la gestion des ponts sont doubles : les

DOT de chaque État ainsi que la FHWA. L’évaluation des ponts est basée sur les règles

fédérales NBIS. Le NBIS définit quatre types d’inspections : l’inspection de routine (type

IQOA), l’inspection approfondie, l’inspection pour les ponts comportant des éléments

critiques vis-à-vis de la rupture et l’inspection subaquatique. Les intervalles entre deux

inspections varient de 2 ans pour l’inspection de routine à 5 ans maximum pour l’inspection

subaquatique. Un rapport fait suite à chaque inspection et doit être communiqué au DOT. En

effet, que le pont soit privé ou public, chaque DOT doit s’assurer du bon état de tous les

ouvrages présents sur son territoire. Dans certains cas, comme en France, des calculs

structurels spécifiques sont menés pour évaluer les ouvrages. La méthode de calcul aux

contraintes admissibles, méthode de dimensionnement, n’est plus utilisée dans ce cas. Les

deux méthodes actuelles pour évaluer les ouvrages aux USA sont : LF et LRFR (. Ces

méthodes s’inscrivent dans la même logique que celles utilisées en France, et prennent en

compte un recalibrage des coefficients de sécurité des charges et des résistances à partir de

statistiques. Le’’ système de gestion américain repose sur le logiciel PONTIS. Disposant d’une

base de données du NBI et complété par les différentes inspections, il permet la gestion de

l’ensemble du patrimoine. En plus d’évaluer et classer les ouvrages selon leurs défaillances, il

permet également la planification leur entretien, voir leur amélioration, en proposant de

simulations prenant en compte de l’aspect coût/bénéfice.

Le voyage d’étude aux Etats-Unis, concernant la gestion et la maintenance des Ponts, a donc

révélé que l’approche américaine est comparable à l’approche française ; que ce soit dans

l’auscultation ou l’évaluation. Les États-Unis sont cependant en avance sur la gestion et la

planification avec leur système de gestion type PONTIS. La France s’oriente néanmoins vers

une gestion informatisée avec son logiciel LAGORA, allant dans le sens de la gestion

américaine. Toutefois, on peut légitimement se demander si la gestion américaine doit être

servir de modèle : les exemples d’effondrements des ponts et le montant des travaux de

réparation que vont engager les États-Unis (environ 4 milliards de dollars) indiquent que le

système n’est pas parfait.


Fig. 2.02 Effondrement du pont autoroutier en acier à Minneapolis en 2007

3. Réalisation des mesures : appareillage et procédé

D’une manière générale, l’ensemble des désordres, qui sont susceptibles de survenir, est

mesurable par des appareils. Cette partie sera consacrée à la présentation des appareils, les

plus couramment utilisés, et qui seront susceptibles d’être utilisé dans le cadre d’un

monitoring d’ouvrage d’art.

3.1. La fissuration :

Le Fissuromètre :

Pour connaître l’ouverture d’une fissure à un moment donné, l’inspecteur peut utiliser un

fissuromètre. Sous la forme d’une règle transparente, il mesure le plus souvent l’ouverture

au dixième de millimètre. C’est appareil est notamment utilisé pour les évaluations

d’ouvrages telles que l’IQOA.

L’extensomètre LVDT :

Il est souvent intéressant de suivre l’évolution d’une fissure sur un intervalle de temps plus

ou moins long. Dans ce cas, l’utilisation d’un fissuromètre n’est plus valide, car le suivi

nécessite une mesure au même endroit et avec la même précision. L’utilisation de capteurs,

fixés à l’ouvrage le temps des mesures, est donc requise. L’extensomètre LVDT (Linear

Variable Differential Transformer) est un capteur électrique (voir maintenant électroniques)

que l’on encastre de part et d’autre de la fissure et qui indique de manière quantitative


l’ouverture ou la fermeture de la fissure. L’intervalle de temps entre chaque mesure peut,

pour la plus part de ces capteurs, être choisi par l’utilisateur. Ce type de capteur peut

également servir en zone non-fissurée et servir, dans cette configuration, à mesurer la

déformation du matériau.

3.2. Déplacements, déformations :

Fil INVAR :

Le fil INVAR détient son nom de son insensibilité à la température. Il est utilisé notamment

pour mesurer la flèche d’un ouvrage, à court terme, comme pour le franchissement d’un

pont par un convoi exceptionnel. Le principe est simple. Une extrémité du fil INVAR est fixée

au tablier de l’ouvrage. L’autre extrémité sera fixée au sol (ou corps jugé non déplaçable,

non déformable) par l’intermédiaire d’un ressort. Sur le fil INVAR tendu, un bras mécanique

est fixé et permet de dessiner sur un sismographe. Tout faible mouvement du tablier

transmet un effort au ressort qui se comprime ou s’étire. Par un système d’amplification du

mouvement, le bras mécanique tracera l’évolution du mouvement du tablier.

Tachéomètre :

L’utilisation du tachéomètre peut servir au suivi de plusieurs grandeurs, comme le profil du

tablier, d’un mur… Jusqu’à présent, le logiciel qui est associé au tachéomètre oblige le

recalcul à la main des positions des points levés. Les techniciens ne l’utilisent donc que sur

des levés journaliers, comme pour le suivi de la déformation du tablier lors du

franchissement d’un convoi exceptionnel. A l’avenir, et l’achat d’un nouveau logiciel devrait

rendre possible l’utilisation du tachéomètre sur le suivi à long terme des murs de

soutènement.

Accéléromètre :

Fixé à la structure du tablier, ce capteur permet de mesurer son accélération dynamique.

Concrètement, il permet de mesurer l’oscillation du tablier sous chargement. Pour un

ouvrage donné, ce mouvement est influencé par la charge en mouvement ainsi que par la

vitesse de franchissement. Des mesures complémentaires de ces deux paramètres peuvent

être intéressantes si l’on cherche à expliciter les relations oscillation – vitesse de circulation

et oscillation – charge, pour un ouvrage.

Inclinomètre :

Il permet la mesure d’angle. Dans la gestion des ouvrages d’art, il est notamment utilisé pour

mesurer l’inclinaison des piles ou culées, signe d’un basculement. Il est utilisé en mesure

complémentaire de la déformation (flèche, oscillation). L’utilisation de l’inclinomètre reste

cependant rare comparer aux mesures de flèche et d’oscillation.


Jauges d’extensométrie :

Ce sont des résistances électriques que l’on vient coller sur les surfaces d’étude. Leur

principe d’utilisation est simple et consiste à la détermination de déformation du matériau

par variation de la résistance du capteur. La connaissance des lois de comportement des

matériaux permet de remonter aux contraintes dans le matériau. Ce type de capteur est très

largement utilisé en laboratoire comme sur le terrain.

Désordres Instruments Caractéristiques

Fissures

Fissuromètre - Mesure manuelle - Mesure court terme - Permet de repérer toutes les fissures

Extensomètre - Mesure automatisée et locale - Moyen ou long terme - Possibilité de l’intégrer à une plateforme embarquée

Déplacement - déformation

Tachéomètre - nécessité de 3 références fixes et indépendantes de l’ouvrage - mesure sur le long terme

Fil INVAR - utilisé uniquement au court terme - mesure de flèche - résultats très précis

Accéléromètre

- intéressant si associé à une autre instrumentation (fissuration, extensométrie…) - permet de mesurer l’oscillation du tablier - Possibilité de l’intégrer à une plateforme embarquée

Inclinomètre - très souvent en instrumentation complémentaire - mesure des angles - court ou long terme

Jauges d’extensométrique

- Permet de remonter aux contraintes dans le matériau - Possibilité de l’intégrer à une plateforme embarquée

Tab. 2.03 Résumé des principaux instruments de mesures utilisés sur les ouvrages d’art

4. Etudes approfondies pour évaluer les ouvrages

Dans certains cas, il est nécessaire d’effectuer des démarches approfondies, afin de

connaître la source exacte du désordre ou la capacité portante réelle de l’ouvrage

notamment lors du passage d’un convoi exceptionnel. Dans un premier temps, les notes de

calcul sont ressorties afin de savoir qu’elles ont été les charges retenues pour le

dimensionnement ainsi que les règles de calculs et les coefficients de sécurité appliqués. Par

la suite, si l’on a observé des désordres susceptibles d’altérer la résistance de la structure, un

recalcul des charges admissibles est effectué. Lorsqu’un manque d’information est constaté,

des essais destructifs ou non peuvent être envisagés afin d’obtenir les caractéristiques

principales des matériaux utilisés comme la compression du béton, l’état des armatures…


4.1. Chargement maximum admissible

Lorsqu’on envisage le passage d’un convoi exceptionnel sur l’ouvrage, on doit s’assurer qu’il

ne provoquera ni désordre ni la ruine complète de l’ouvrage. Pour cela, on procède à un

essai de chargement. Ce dernier s’effectue progressivement en suivant quelques

caractéristiques types afin de vérifier que le pont restera dans le domaine élastique. Les

caractéristiques suivies sont en général l’ouverture et la fermeture des fissures ainsi que la

flèche et l’absence de flèche résiduelle postchargèrent. Ces mesures sont alors effectuées en

amont du passage du convoi, mais également lors de ce dernier. L’intérêt premier étant la

vérification du comportement élastique de l’ouvrage sous un chargement à court terme, ces

mesures s’effectuent relativement facilement.

4.2. Mouvement des murs de soutènement

La problématique lors d’un suivi de mur de soutènement est autre. On cherche à mesurer

son déplacement et sa déformation à long terme afin d’éviter son basculement ou toute

autre ruine. À l’heure actuelle, la méthode utilisée consiste en des relevés topographiques

réguliers. La difficulté de cette méthode réside en la mesure des mêmes points à partir d’une

station fixe. Pour cela, les points de levé doivent être correctement repérés (précision, aucun

mouvement possible). D’autre part, la station où est installé le tachéomètre doit elle aussi

être immobile en plan et en dénivellation, mais surtout l’instrument doit pouvoir être

replacé dans les mêmes conditions à chaque mesure.

Chapitre 3 Mise en place d’un monitoring sur les ponts : PEGASE

Chapitre 3. Mise en place d’un

monitoring sur les ponts : PEGASE

Les études approfondies du chapitre précédent parlent des convois exceptionnels. Pour le

LRPC, cette problématique concerne essentiellement l’itinéraire Belfort – Strasbourg qui est

soumis à un trafic de convois exceptionnels relativement fréquent. Il est en charge de la

vérification de contrôler le non-endommagement de certains ouvrages lors de ces passages.

Les missions du laboratoire changeant, il est envisagé de traiter cette problématique d’un

nouveau point de vue en développant un monitoring permanent et autonome sur l’un des

ouvrages présents sur l’itinéraire.

1. Convoi exceptionnel et ouvrage d’art

Un transport ou convoi est exceptionnel lorsqu’il est effectué de manière non conforme aux

prescriptions de Code de la Route. Il concerne le transport d’objets ou de masses indivisibles

dont les dimensions ou la masse excèdent les limites règlementaires fixées par le Code de la

Route.

Les charges maximales admissent actuellement par le Code de la Route sont :

Tab. 3.01 Charges maximales règlementaires du Code de la Route

Les convois exceptionnels sont classés en trois catégories selon que l’une de leurs

caractéristiques (masse, longueur, largeur) excède les limites suivantes :

Article du code Prescriptions Valeurs limites

R 56 Charge maximale « q » sur un essieu isolé q ≤ 13 t

R 57 abrogé Charge « p » par mètre linéaire de distance entre deux essieux extrêmes

p ≤ 5 t

R 58

Charge maximale « q » sur l’essieu le plus chargé appartenant à un groupe d’essieux en fonction de la distance « d » entre deux essieux consécutifs

d < 0.90 m q ≤ 7,350 t

0.90 m ≤ d < 1.35 m Q ≤ 7,350 t + 0,350 t si d croît de 5 cm

1.35 m ≤ d < 1.80 m Q ≤ 10,500 t

La charge maximale de l’essieu moteur appartenant à un groupe de 2 essieux peut être portée à 11.5 t si la charge totale du groupe 𝑞 ne dépasse pas un maximum, fonction de « d ».

1.35 m ≤ d ≤ 1.80 m : 𝑞 = 19 𝑡


Catégories Longueur Largeur Masse totale

1 L ≤ 20 m l ≤ 3 m M ≤ 48 t

2 20 m < L ≤ 25 m 3 m < l < 4 m 48 t < M < 72 t

3 L > 25 m l > 4 m M > 72 t

Tab. 3.02 Catégories des convois exceptionnels

On remarque que la hauteur du convoi n’est pas une caractéristique limite. La compatibilité

de l’itinéraire avec la hauteur du convoi est de la responsabilité du transporteur.

Les convois de catégories 3 sont encore subdivisés en plusieurs classes C, D, E et super E par

la circulaire de la Direction des Routes R/EG3 du 20 juillet 1983. Ces convois sont ceux pris

en compte dans le calcul des ouvrages. Pour chacune de ces quatre classes, correspondent

différents modèles de convois-types. Chaque modèle possède ses propres caractéristiques :

longueur, largeur, nombre d’essieux (…) et est plus ou moins contraignant vis-à-vis du tracé

routier ou de la résistance des ponts. Il faut également préciser que seuls les convois de

catégories 1 et 2 peuvent être autorisés à circuler au milieu des autres véhicules sans

restriction de circulation. En effet, les convois de 3ème catégorie circulent seuls et doivent

très souvent franchir les ponts au pas et selon un axe prédéfini qui peut être différents de

l’axe de circulation normale.

Fig. 3.01 Convoi exceptionnel, de catégorie 3, susceptible de circuler sur l’itinéraire Belfort-

Strasbourg (composition : 1 tracteur, 1 remorque, 2 pousseurs)

Ces précisions sur les convois exceptionnels explicitent les raisons de l’instrumentation des

ouvrages lors de leurs passages, notamment pour les ouvrages anciens ou endommagés.

Cependant, la problématique ci-dessous montre que le monitoring souhaité ne devra pas se

limiter aux convois exceptionnels. De plus, les contrôles visuels, types IQOA, ne seront en

rien supprimés.


2. Problématique et hypothèse de départ

PEGASE Signifie Plateforme Experte Générique pour Application Sans-fil Embarquée et a été

développée par le LCPC et la société A3IP. Combinée à des capteurs et un modem GPRS/3G,

la plateforme permet au gestionnaire de suivre l’évolution des caractéristiques étudiées

depuis un ordinateur, à distance. Pour le laboratoire de recherche de Strasbourg, cette

plateforme permettra surtout de suivre des caractéristiques précises sur un ouvrage,

habituellement surveillées à court terme : le battement des fissures. Elle doit permettre de

comprendre l’effet du trafic routier normal sur l’ouvrage, détecter si des véhicules ne sont

pas plus destructeurs que les convois exceptionnels et observer l’existence ou non d’un

phénomène de fatigue générale de la structure.

Cette étude expérimentale a pour but de valider et développer l’instrumentation, à long

terme, des ouvrages d’art afin d’améliorer leur préservation. Pour cela, l’étude initiale va

porter sur le pont de la RD 1083 sur la Scheer à Hipsheim.

3. Ouvrage d’art instrumenté : Pont sur la Scheer,

RD 1083, Hipsheim

Cet ouvrage est situé à une dizaine de kilomètres au sud de Strasbourg, sur la RD1083. Long

de 12 m, son unique travée est constituée de poutrelles enrobées.

Construit dans les années 1950, il a été élargi deux

fois. Le premier élargissement, en 1968, est

indépendant de l’ouvrage d’origine alors que

l’élargissement de 1976 est relié mécaniquement à

celui de 1968. Il mesure aujourd’hui 21.55 m de

large. Ces deux élargissements ont été réalisés sur

la partie amont de l’ouvrage, dans le sens

Strasbourg-Colmar. L’ouvrage initial est très mal

connu, il manque l’ensemble des notes de calcul et

des plans. Ainsi, les convois exceptionnels passent

donc tous sur les deux élargissements, quelque soit

le sens de du convoi. L’étude systématique de cet

ouvrage, lors des passages de convois, provient de

son mauvais état général ainsi que du manque

d’information.

Fig. 3.02 Situation géographique de l’ouvrage surveillé


Fig. 3.03 Photos du pont de la RD 1083 sur la Scheer à Hipsheim

4. Description de PEGASE :

La plateforme PEGASE, telle qu’elle est conçue par A3IP, permet de développer des systèmes

de mesures complexes grâce à un système d’exploitation uClinux. Son architecture, carte

mère – carte fille, permet d’envisager un grand nombre d’utilisations et d’y ajouter divers

éléments : modem, GPS, capteurs…

Une maîtrise du langage C permet également de l’utiliser de diverses manières et avec des

scénarios de mesures très différents. L’ajout d’un modem GPRS/3G lui permet d’être

commandé à distance. Le Laboratoire Centrale des Ponts et Chaussées (LCPC) a développé

un serveur FTP (File Transfer Protocol) qui permet l’accès à l’ensemble du système de fichier

contenu dans PEGASE. Sous le nom de « distribution LCPC 2009.1 », ce dernier intègre un

site WEB par défaut, qui permet de configurer la plateforme à distance et la récupération de

donnée, à partir d’une simple connexion internet.

N’ayant ni la formation, ni le bagage technique nécessaire, le développement matériel et

virtuel de la plateforme sera confié à A3IP. Néanmoins, en tant qu’utilisateur, le laboratoire

doit définir ses attentes et les caractéristiques que devra contenir la plateforme. Ce chapitre


s’intéressera donc à tous les éléments constitutifs de la plateforme. Pour certains d’entre

eux, une réflexion et une discussion avec la société A3IP ont été nécessaires pour s’assurer

que les fonctionnalités soient les plus proches de celles attendues et que la faisabilité

technique soit validée.

Cf. Annexe 7 – Interphase de commande de la plateforme PEGASE

5. Cahier des charges de la plateforme

5.1. Description des capteurs utilisés

Les capteurs qui ont été choisis pour l’étude sont des capteurs à noyau plongeur de la

société HBM. L’étendue de la mesure de ces capteurs peut aller de 0 à 100mm. Le système

de fixation des capteurs est livré par la société HBM. Cependant, ces capteurs nécessitent

des butées qui ne sont pas fournies par la société. La fabrication de ces butées est donc faite

en interne à l’aide de cornières métalliques.

Les cornières utilisées sont des cornières en aluminium brut vendues dans le commerce.

Elles ont comme dimensions 35*35*2 mm. Acheté au mètre, nous les avons percées et

sciées afin d’obtenir de petites cornières de 35 mm de large, un trou de perçage a également

été réalisé pour pouvoir y fixer le tube plongeur du capteur. (Cf. annexe fixation capteurs.)

Fig. 3.04 Photos du capteur à tube plongeur et la cornière, de butée, en aluminium

Ces cornières étant soumises aux conditions extérieures, il faut s’assurer que leur dilatation

thermique n’aura pas d’influence sur les mesures. En alsace, nous pouvons considérer

comme amplitude extrême pour la température : Δ(T) = 60°C = 60 K.

La dilatation thermique d’un matériau isotrope tel que la cornière en aluminium est donnée

par :

∆ 𝐿 = 𝛼𝑎𝑙𝑢 ∙ 𝐿0 ∙ ∆ 𝑇 (1)

𝛼𝑎𝑙𝑢 = 23.8 ∙ 10−6 K

𝐿0 = 0.002 𝑚

Soit : ∆ 𝐿 = 23.8 ∙ 10−6 ∙ 0.002 ∙ 60 = 2.86 ∙ 10−6 𝑚 = 2.86 𝜇𝑚


La dilatation thermique de la cornière en aluminium n’influencera donc pas les mesures

d’ouverture des fissures.

5.2. Fréquence d’échantillonnage

Le système de monitoring qui est développé doit permettre de connaître l’influence du trafic

normal ainsi que des convois exceptionnels. Ce dernier s’effectue à vitesse très lente,

comparé à la vitesse normale des autres véhicules qui est de 110 km/h. Le convoi

exceptionnel ne représente donc pas notre condition de référence.

L’ouvrage mesure 12 m de long et les véhicules circulent à 110 km/h. Un véhicule mettra

donc 0.39 s pour traverser le pont.

AN : 𝑡 =𝑑

𝑣=

12 𝑚 ∙3600 𝑠

110 ∙ 103𝑚= 0.39 𝑠 (2)

Cependant, connaître l’influence du trafic normal consiste à connaître l’influence de chaque

véhicule à différents moments de sa traversée de l’ouvrage. Il serait donc intéressant de

pouvoir obtenir 4 ou 5 mesures au cours de la traversée de chaque véhicule. D’autre part, le

schéma initial d’expérimentation consiste à effectuer des séries de mesure sur un mois

complet. Ce mois servira de référence et de telles mesures pourront être répétées tous les 6

mois ou tous les ans. L’ensemble de ces conditions a pour conséquence de générer un

nombre impressionnant de données à stocker, transmettre et traiter. La société A3IP nous a

alors signalé que PEGASE était capable d’effectuer des mesures en continu sur un mois avec

une fréquence d’acquisition allant jusqu’à 20 Hz. La fréquence d’acquisition souhaitée, soit

jusqu’à 4 ou 5 mesures par traversée, est donc retenue.

Nb mesures en 0.39 s 5 4

Delta(t) 0.078 0.0975

Fréquence (Hz) 12.8 10.3

Nb mesures / sec. 13 10

Nb mesures / min. 769 615

Nb mesures / 10min 7 692 6 154

Nb mesures / heure 46 154 36 923

Nb mesures / jour 1 107 692 886 154

Nb mesures /mois 33 230 769 26 584 615

Tab. 3.03 Données significatives pour un capteur


Nb mesures en 0.39 s 5 4

Delta(t) 0.078 0.0975

Fréquence (Hz) 12.8 10.3

Nb mesures / sec. 64 51

Nb mesures / min. 3 846 3 077

Nb mesures / 10min 38 462 30 769

Nb mesures / heure 230 769 184 615

Nb mesures / jour 5 538 462 4 430 769

Nb mesures /mois 166 153 846 132 923 077

Tab. 3.04 Données significatives pour cinq capteurs

D’après A3IP, la taille d’une donnée est de 2 octets. La carte mère possède une mémoire

tampon capable de stocker les données d’une journée. Il a donc été décidé d’enregistrer 5

mesures par traversée.

Fréquence d’échantillonnage pour le thermocouple :

Pour le relevé des températures, une acquisition, aussi précise que pour la fissuration, n’est

pas obligatoire. Le but étant d’effectuer des campagnes de mesure sur 1 ou 2 mois. La

mesure de la température doit pouvoir nous donner un renseignement à plusieurs niveaux :

années, mois et jour. Cependant, il y a une influence de la température au cours de la

journée. Pour cette condition, la fréquence des mesures doit pouvoir analyser l’influence de

l’amplitude thermique quotidienne.

Nb mesure / j 24 12 6 4

Fréquence (Hz) 0.00028 0.00014 0.00007 0.00005

Nb de mesure / mois 720 360 180 120

Tab. 3.05 Données significatives pour le thermocouple

La quantité de mesures que représente la prise de température, comparée à celle issue des

capteurs de déplacements, est négligeable quelque soit la fréquence choisie. Nous optons

donc pour une mesure horaire de la température.

Remarque : A3IP nous a proposé de remplacer le thermocouple par une sonde TP100 pour la

mesure de la température. La rapide compatibilité entre la sonde et la carte PEGASE facilite

la conception et permet ainsi un gain de temps.

5.3. Communication 3G et récupérations des données:


Pour le fonctionnement à distance, il est nécessaire de disposer d’une licence pour

emprunter le réseau 3G. La première année et notamment les premiers mois servent de test

à ce nouveau système de monitoring. Nous avons opté pour une connexion illimitée en

quantité d’information transmise afin de pouvoir effectuer des tests et modification sans

restriction. Après avoir étudié les offres du commerce, le conseil général 67 a pris la

responsabilité de s’occuper directement de la commande la carte SIM 3G et du forfait, tout

en respectant nos attentes.

La récupération des données se fait ensuite via un serveur informatique, sur internet

directement depuis le laboratoire. La connexion est sécurisée et stockera les données brutes

des mesures en vue d’une analyse ultérieure.

5.4. Choix du type d’alimentation pour le monitoring :

Les différents éléments constitutifs de la plateforme nécessitent une alimentation différente

(24 Volts pour PEGASE, 2.5 Volts pour les capteurs, 220 Volts pour le modem 3G). Pour des

raisons de simplicité d’alimentation, celle-ci sera générale et des transformateurs

modifieront le courant. Il n’en reste pas moins que l’alimentation peut provenir de 3 sources

distinctes :

a) L’utilisation de batterie conviendrait le mieux à la plateforme PEGASE. Cependant dans

le but d’une instrumentation autonome sur le long terme, l’alimentation avec un

courant continu semblerait être plus adaptée à la problématique.

b) La proximité d’un courant continu, 220 V alternatif, permet, par l’intermédiaire d’un

transformateur, d’obtenir des courants continus DC pour le modem ainsi que pour

PEGASE. La plateforme serait alors totalement autonome. Un coût de fonctionnement

est cependant à prévoir du fait de la consommation d’électricité sur le réseau à

proximité. De plus, le franchissement d’une voie d’insertion de la RD1083 nécessite

l’intervention du gestionnaire du réseau et donc des coûts et délais supplémentaires.


Fig. 3.05 Pont sur la Scheer, RD1083 à proximité de Hipsheim

c) L’alimentation avec une source photovoltaïque est plus qu’à considérer pour un

monitoring sur ouvrage autonome à long terme, car il confère, à celui-ci, un coût de

fonctionnement quasi nul. Cependant, une telle installation nécessite une batterie

tampon afin d’assurer une alimentation continue à la plateforme.

Au final, l’alimentation photovoltaïque pour l’ensemble du système de monitoring semble la

mieux adaptée tant du point de vue de l’autonomie, de la facilité de mise en œuvre, du

faible coût d’utilisation ainsi que de l’environnement. On envisage donc d’utiliser une

alimentation photovoltaïque pour l’ensemble du système, PEGASE/modem. De plus, si ce

système de monitoring est amené à être changé d’ouvrage, l’alimentation photovoltaïque

servira à nouveau, et cela, sans se soucier de la proximité ou non d’un réseau électrique.

La faisabilité technique a été validée par la société A3IP, l’ensemble de la plateforme sera

donc alimenté par un panneau photovoltaïque de dimension 100 * 50 cm. Il permettra

également le rechargement de batteries, qui feront offices d’alimentation tampon la nuit.

5.5. Mode de fixation des capteurs

Description des différentes techniques à notre disposition

La fixation des capteurs sur l’ouvrage peut être réalisée de différentes manières. Le système

retenu doit prendre en compte de nombreux paramètres comme :

- La nature de l’ouvrage (béton, métallique, mixte, caisson, poutres sous chaussée,

poutres latérales…)

- la partie de l’ouvrage à instrumenter (tablier, pile)

Ouvrage à

instrumenter

Coffret

électrique


- le type de capteurs, de leur sensibilité à l’environnement extérieur (chaleur,

humidité)

- le caractère déplaçable du système

Fixation par vissage :

Le capteur peut être vissé directement sur l’ouvrage ou par l’intermédiaire d’un support. Ce

dernier à l’avantage de permettre un meilleur réglage du positionnement. Un tel système de

fixation permet :

- d’avoir un système avec une fréquence de résonance élevée (jusqu’à 50 kHz)

- de ne pas craindre un desserrage lors de la mesure de hautes fréquences

- de réduire la plage de température de fonctionnement du système

- d’obtenir des résultats précis

- de réutiliser et reproduire les mesures à condition de disposer d’autres supports

Fixation par collage :

Il existe différents types de colle comme le salicylate de phényle, les colles époxy, les

ciments dentaires, les adhésifs doubles-faces. L’avantage du collage est qu’il peut être utilisé

pour des hauts niveaux de vibration à condition que les surfaces collées aient été

soigneusement préparées. Il n’y a, à priori, pas de limite de température d’emploi. Le collage

d’un support avec embout fileté présente l’avantage de pouvoir effectuer d’autres mesures

avec le même capteur sans pour autant perdre la traçabilité de la position initiale.

- Salicylate de phényle : facilement transportable (poudre), liquéfaction à 40 °C,

résistance à la traction importante mais aucune résistance aux chocs (démontage

possible), surface plane mais à l’état de surface rugueuse (béton) de préférence et

non verticale

- Colle époxy : très facile à mettre en œuvre, mais le démontage entraine

l’arrachement de la peau de béton.

- Adhésif double-face : pour les petits capteurs

Fixation magnétique :

Cette fixation est limitée aux capteurs piézo-électriques (modification du champ

magnétique). Il a l’avantage d’être très facile à mettre en place et son déplacement n’est pas

limité mais n’est pas conseillé pour les tests de choc, car il y a risque de détachement.

Fixation mécanique :

Elle permet de s’affranchir de la géométrie de l’ouvrage. Les capteurs sont montés sur des

supports mécaniques transportables. Cependant, il faut s’assurer que la rigidité du support

ne perturbera pas les mesures et/ou ne génèrera pas de vibrations parasites.


Fixation Avantages Inconvénients

Vissage - Pas de restrictions d’utilisation

- Répétabilité du positionnement

- Légère détérioration de la structure

(perçage par exemple)

Collage - Rapidité de mise en œuvre

- Selon les colles, pas de détérioration

de la structure…aspect réversible

- Pas de réglage fin

- Paroi verticale ou horizontale obligatoire

Magnétique - Rapidité de mise en œuvre - Uniquement sur ouvrage métallique

- Pas forcément compatible avec tous les

capteurs (uniquement accéléromètres et

piézo-électriques)

Mécanique - Possibilité de réglage fin (verticalité,

horizontalité …)

- Détérioration irréversible du support

Tab. 3.06 Synthèse comparative des différents systèmes d’attaches

Conclusion du type de fixation retenue :

Le mode de fixation des capteurs en intrados de l’ouvrage doit être motivé par :

- la réutilisation du matériel

- la répétabilité de la mesure

- la mise en œuvre facile sur le béton et l’acier

Le mode de fixation répondant à tous ces critères est la fixation par vissage. Nous

retiendrons donc cette solution.

Fig. 3.06 Schéma de fixation des capteurs de fissure et butée

1 – Cornière en aluminium servant de butée au capteur. Usinée au laboratoire, elle est fixée à l’intrados du tablier par vissage.

2 – Tube plongeur du capteur. Fixé à la butée, sa position variable à l’intérieur du capteur modifie la consommation électrique du capteur

3 – Capteur à proprement dit

4 – Système de fixation du capteur, commandé directement à HBM. Le système de fixation

du capteur est également liaisonné à l’intrados du tablier par vissage.

1 2 3 4


5.6. Site pour l’installation du caisson contenant la plateforme et site

d’implantation des capteurs

Site d’implantation des capteurs :

Comme cela a déjà été dit plus haut, l’instrumentation de l’ouvrage sur la Scheer a pour but

de valider l’instrumentation à long terme et améliorer la connaissance de l’ouvrage. Les

mesures effectuées sur l’ouvrage reprendront celles menées durant les passages de convois

exceptionnels mais permettront également d’approfondir le phénomène de fatigue de la

structure. Les fissures alors suivies seront donc identiques à celles suivies antérieurement.

Nous utilisons 5 capteurs pour la mesure des fissures. Ils seront placés de la manière

suivante :

- Capteur 1 : situé sur une fissure transversale à mi-travée, il va quantifier la déformation

à l’endroit ou la flèche sera maximale.

- Capteur 3 : situé dans une zone saine et orienté dans le sens du capteur 1, il servira de

référence pour le capteur 1.

- Capteurs 2 et 5 : Ces deux capteurs mesurent la déformation dans le sens longitudinal.

Le premier se situe sur une fissure au milieu de l’extension alors que le second suivra la

fissuration au niveau de la liaison mécanique des deux extensions.

- Capteur 4 : situé dans une zone saine, il sert de référence aux capteurs 2 et 5.

La sonde TP100 sera également sur l’intrados de l’ouvrage. De cette manière, il ne subira pas

l’influence de l’exposition au soleil mais prendra en compte uniquement la température

moyenne sous l’ouvrage. Ceci permettra donc de dégager un comportement ou une fatigue

saisonnière.

Légende : Fissure apparente sur l’intrados de l’ouvrage

Extensomètre numéro 5

Boitier de monitoring plus câble capteur


Fig. 3.07 Positionnement des capteurs sur l’intrados, au niveau du dernier élargissement

Site d’implantation du caisson :

Une zone non immergée longe la totalité de la culée Nord. Large d’environ 1.3 m, elle

permet une circulation sous l’ouvrage et rend donc le matériel vulnérable vandalisme. Il a

donc été décidé de fixer l’ensemble du boitier contenant la plateforme PEGASE ainsi que le

modem 3G à l’intérieur d’un caisson qui sera vissé sur l’intrados de l’ouvrage. Placé au-

dessus du cours d’eau, il ne sera donc pas accessible depuis la zone non immergée. Son

installation au plus proche des capteurs réduit également la longueur des câbles

d’alimentation de ces derniers.


Fig. 3.08 Élévation amont de l’ouvrage

6. Montage financier et Coûts du monitoring

Le pont sur la Scheer est sous la responsabilité du Conseil Général 67. Il se doit donc de

l’entretenir et d’effectuer les surveillances. Pour les surveillances, le Conseil Général a mis en

place un marché à bon de commande avec le Laboratoire de Strasbourg pour ce type

d’actions ponctuelles.

Pour les convois exceptionnels, la traversée des ouvrages d’art ne doit pas les endommager.

Cette vérification est à la charge du transporteur. Jusqu’à présent, une instrumentation était

mise en place lors de chaque passage et était facturée par le Laboratoire au transporteur. Le

monitoring, ainsi choisi, supprimera cette instrumentation ponctuelle. Il a donc été demandé

une participation financière à l’une des sociétés effectuant le plus de convois exceptionnels.

Des négociations entre le Conseil Général 67 et GE Energy, Belfort, ont abouti fin mars 2010

sur la répartition suivante :

Financeur Description du Financement Prix HT

Conseil Général du Bas-Rhin

Participation à la plateforme PEGASE 2 300 €

Capteurs « tubes plongeurs » : mesure fissuration 3 627.90 €

Clé internet 3G+ (abonnement 1 an) 418.80 €

Total participation CG 67 : 6 346.70 €

GE Energy Participation à la plateforme PEGASE 9 960.00 €

Total HT 16 306.70 €

Tab. 3.07 Récapitulatif du montage financier pour la plate-forme de monitoring

Boitier monitoring


7. Analyse des premiers résultats

Comme vu précédemment, la fissuration du béton est phénomène inévitable et connu. Il est

cependant difficile et maladroit d’étudier l’état de fatigue d’une structure par le simple

regard de la fissuration. Mais l’état de fissuration d’un ouvrage et son évolution, pris en

compte dans les méthodes d’auscultation, peut renseigner sur des problèmes structurels.

Nous allons donc dans un premier temps nous intéresser à ce que dit la norme et comment

elle prend en compte la fissuration.

7.1. Références aux Eurocodes : (EC2 – EC4)

Les ponts à poutrelles enrobées sont régis par l’Eurocode 4. Le contrôle de la fissuration est

cependant similaire à celui des bétons armés de l’Eurocode 2. Les considérations générales

présentent la fissuration comme un phénomène normal dans les structures en béton. Elle

doit simplement être limitée de telle sorte qu’elle ne porte pas préjudice au bon

fonctionnement ou à la durabilité de la structure. Il a été convenu de définir, pour le calcul,

une valeur limite de l’ouverture Wmax en tenant compte de la nature, du fonctionnement

envisagé ainsi que du coût de la limitation de la fissuration. Il est cependant noté que le

caractère aléatoire du phénomène de fissuration ne permet pas de prévoir les valeurs réelles

de l’ouverture des fissures.

L’annexe nationale NF EN 1992-2/NA indique les valeurs retenues pour les ouvertures de

fissures limites, celles-ci dépendent de classes d’exposition des bétons :

Classe d’exposition Éléments en béton armé et élément en béton précontraint sans

armatures adhérentes

Combinaison fréquente de charges

X0, XC1 0.30 mm

XC2, XC3, XC4 0.30 mm

XD1, XD2, XD3, XS1, XS2,XS3 0.20 mm

Tab. 3.08 Valeurs recommandées de Wmax et règles de combinaison pertinentes

La suite du règlement donne des méthodes pour la maîtrise de la fissuration. Celle-ci peut

être faite par une méthode sans calcul direct de la fissuration ; les ouvertures peuvent être

atténuées en limitant l’espacement entre les armatures ainsi que leur diamètre. Un calcul de

l’ouverture des fissures est également proposé en 7.3.4 de l’EN 1992-1-1.

Cette prise en compte de la fissuration est nécessaire pour la vérification de la stabilité des

structures que ce soit lors de la conception ou du recalcul des structures (passage de convois

exceptionnels). Pour cela, il faut tenir compte de la rigidité du béton tendu fissuré, du

moment d’inertie réduit pour le béton ainsi que de tous les paramètres modifiant la

résistance de la structure. Ces vérifications doivent être faites aux États Limites de Service


comme aux États Limites Ultimes. À chaque fois, le béton est considéré comme présent

entre la fibre extrême comprimée et l’axe neutre.

Conclusion :

La lecture des Eurocodes montre donc que le phénomène de fissuration est quantifié et

maîtrisé par des méthodes plus ou moins simplifiées et qui ont été validées par l’expérience.

Les valeurs numériques, pour les ouvertures de fissures, n’ont rien de préjudiciable pour la

stabilité des structures, il est donc bien difficile de connaître l’état de celle-ci par simple

étude de la fissuration. De plus, le Sétra, dans son guide méthodologique sur l’Eurocode 2,

stipule que : « L’EC2 se place en sécurité en définissant une « ouverture de fissure de calcul »

à partir de l’espacement maximal des fissures. Il convient de noter que cette ouverture

calculée à un caractère conventionnel et qu’il serait vain et sans signification de vouloir la

comparer à des ouvertures relevées (à un niveau qu’il faudrait d’ailleurs définir) sur un

ouvrage. »

Nous pouvons donc nous demander comment et à quoi nous serviront les résultats du

monitoring, sachant que l’un des buts est de comprendre la fatigue des structures et l’autre

de pouvoir signaler le jour venu, la perte brutale de stabilité et de proposer une mise en

sécurité.

7.2. Premiers éléments : Orientation de l’analyse :

Le pont, à poutrelles enrobées, sur la Scheer est déjà fissuré et est soumis au trafic

important de la RD1083 ainsi qu’à des convois exceptionnels. Nous allons donc suivre des

fissures déjà ouvertes, mais qui peuvent encore évoluer. Il faut donc se fixer un cadre

d’étude et d’interprétation afin que le monitoring soit efficace.

L’ouvrage étant déjà fissuré, nous allons commencer par des précisions sur le comportement

des structures fissurées : considérons une charge q, qui peut soit être une charge variable,

augmentant progressivement de zéro jusqu’à obtenir la rupture, soit une charge qui

représentera différents niveaux de chargement à long terme. Ceci nous permet donc

d’inclure les effets différés pour la suite. L’expérience a montré que la courbe de

chargement passe par quatre phases caractéristiques, notamment pour la fissuration.


Fig. 3.09 Courbe caractéristique charge flèche d’une structure en béton

(«Aptitude aux services et éléments de structure», vol. 8, EPFL, R. Favre, J-P Jaccoud, O.

Burdet, H. Charif)

La phase élastique correspond à la phase non fissurée du béton. Elle est due à l’application

d’une charge q faible. Cette phase correspond au stade I du béton non fissuré. L’ensemble

des fibres extrêmes est soumis à des contraintes inférieures à la résistance en traction du

béton. Le comportement du béton est alors similaire à un comportement plastique. Ce stade

est considéré comme la borne inférieure des déformations.

La phase de fissuration a lieu lorsque la résistance en traction du béton est atteinte, voire

dépassée dans les fibres extrêmes. Il s’en suit l’apparition de fissures dans les zones

concernées. Il en découle également une nouvelle répartition des moments dans les

armatures ou les poutrelles enrobées. Cette phase peut être divisée en deux : l’apparition

puis la stabilisation des fissures. Le stade II correspond donc à la phase stabilisée où l’on

considère le béton uniquement dans la zone comprimée (zone où le béton n’est pas fissuré)

et est considéré comme la borne supérieure des déformations.

Les deux dernières phases concernent la plastification des armatures ou poutrelles enrobées

et la rupture de la structure. Ces phases résultent d’un chargement très élevé, appartenant

plus particulièrement aux ELU. La phase de plastification se matérialise par une progression

de la fissuration, qui était préalablement stabilisée. L’entrée dans cette phase peut donc être

repérée. En revanche, une fois la phase de plastification amorcée, la ruine peut survenir à

tout moment.

Théoriquement, pour l’ouvrage sur la Scheer, le monitoring devrait nous permettre de

visualiser deux phénomènes :

- L’ouverture et la refermeture des fissures lors du passage des convois exceptionnels,

mais également du trafic normal. Ces observations corroboreraient le maintien de la

structure dans la phase de fissuration stabilisée.


- L’augmentation seule de l’ouverture des fissures pourrait matérialiser l’entrée de la

structure dans la phase de plastification. Cela signifierait que la ruine est proche et

donc que l’ouvrage n’est plus en sécurité. (Remarque : avant de décréter la

plastification de la structure, il faudra s’assurer que l’accroissement de la fissuration

est bien dû à un excès de chargement.)

Le principal problème qui découlerait de l’accroissement de la fissuration pour l’ouvrage

serait le passage d’un comportement en dalle en un comportement par poutre. Ce

phénomène serait très néfaste, car jusqu’à 40 % des charges totales pourraient alors être

transmises à une seule poutrelle. N’ayant en aucun cas été dimensionnée pour cela, elle se

plastifierait immédiatement.

7.3. Analyse numérique et interprétation :

L’observation et le suivi de la fissuration sont donc des paramètres importants relevés lors

de chaque inspection. Bien que les Eurocodes ne leur accordent que peu d’intérêt, ils sont,

au dans tous les cas, représentatifs de l’état structurel de l’ouvrage. L’observation des

résultats des précédentes instrumentations laisse tout de même entrevoir la possibilité

d’une interprétation pertinente, en vue des limites référencées dans les codes de calculs.

Fig. 3. 10 Résultats du passage d’un convoi antérieur (similaires à ceux qui seront obtenus

par la plateforme PEGASE)

Le passage d’un convoi exceptionnel est facilement observable. Les pics de chacune des

courbes correspondent, respectivement de gauche à droite, aux différents éléments du

convoi exceptionnel :

00:00:00 00:00:00 00:00:00 00:00:00 00:00:00 00:00:00 00:00:00

-0.050

-0.040

-0.030

-0.020

-0.010

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

Ouvrage de la RD 1083 / la Scheer

Capteur n°1

Capteur n°2

Capteur Ref n°3

Capteur Ref n°4

Capteur n°5

Pic 1

Pic 2

Pic 3 Pic 4


- Le pic 1, correspond au passage du tracteur

- Le pic 2, le plus grand et le plus étendu, correspond à la remorque sur laquelle est

transporté l’élément responsable du caractère exceptionnel de ce convoi.

- Les pics 3 et 4 correspondent, quant à eux, au passage des deux pousseurs.

L’instrumentation permet bien de mesurer le battement maximal des différentes fissures

lors du passage des convois. Sur le graphique ci-dessus, l’ouverture des fissures est exprimée

en millimètre et en relatif. L’ordonnée à l’origine de chaque courbe correspond au zéro

relatif de la fissure ; soit son ouverture avant le passage. Pour la courbe n° 2, on observe un

léger résidu qui signifie que la fissure ne se referme pas entièrement après le passage du

convoi. Cette courbe suit l’évolution d’une fissure longitudinale, l’augmentation de son

ouverture prouve un endommagement de la structure par le passage du convoi et donc

l’évolution du fonctionnement dalle du tablier vers un fonctionnement type poutre.

L’ouverture résiduelle n’est que de quelques centièmes de millimètre. Cela n’est donc pas

préoccupant dans l’immédiat. Cependant, sur le long terme, une ouverture résiduelle après

chaque convoi prouvait être source de problèmes, il faut donc surveiller ces résidus.

L’amplitude des pics est également surveillée entre les passages successifs, afin de s’assurer

que les fissures s’ouvrent toujours dans un même ordre de grandeur. Une amplification du

phénomène pourrait également être inquiétante.

L’instrumentation à long terme permettra donc de savoir si cette ouverture résiduelle est

due uniquement au passage du convoi. L’évolution de cette fissure permettra aussi de savoir

si cela correspond à la phase de formation de fissure ou plutôt à la phase de plastification

des aciers. Dans ce cas, un renforcement, voire une reconstruction, de l’ouvrage serait à

prévoir. C’est considération est bien subjective car aucune valeur limite de fissure n’est à la

disposition des décideurs. Le suivi à long terme permettra également de mieux visualiser

l’impact des convois sur la structure de l’ouvrage. À l’avenir, il sera peut-être envisageable

d’inclure les transporteurs dans le financement des travaux de réparations ou l’élaboration

d’une taxe en fonction de la répétabilité de leur passage et des charges transportées.

À une toute autre échelle, suite au Grenelle de l’environnement, les missions du Laboratoire

et notamment du groupe Ouvrages d’Art ont été revues. Les directives ministérielles

demandent au LRPC de réduire les missions opérationnelles (suivis, essais, contrôle…) et de

privilégier la recherche et la méthodologie. La plateforme embarquée permettra de libérer

du temps aux agents pour ces missions. En effet, la liaison 3G permet d’enregistrer le

passage du convoi sans qu’il y ait besoin de s’y rendre. De la même manière, l’agent en

charge du passage pourra interpréter les résultats quand bon lui semble.


8. Conclusion – Ouverture :

L’instrumentation embarquée avec communication 3G est actuellement au stade

expérimental. C’est notamment pour cela qu’elle ne possède que des capteurs d’ouverture

de fissure et un thermocouple. Si son utilisation, son autonomie ainsi que le post-traitement

des résultats sont satisfaisants, il est envisageable d’installer d’autres plateformes similaires

sur d’autres ouvrages. En effet, lors de la présentation du projet aux principaux

collaborateurs du laboratoire, le conseil général ainsi que la SNCF ont manifesté leur intérêt

pour des systèmes embarqués de ce type. L’autonomie et la communication à distance de ce

type de plateforme d’instrumentation seraient en effet intéressantes à installer sur des

ouvrages difficiles d’accès : ouvrages surplombants des voies SNCF ou ouvrages avec des

tabliers très hauts.

À l’avenir, il est également envisageable de compléter la plateforme d’instrumentation avec

d’autres types de capteurs comme des jauges d’extensométrie. Cette configuration

permettrait alors d’obtenir des informations sur les contraintes dans la structure lors du

passage et de les comparer aux déformations et à l’ouverture des fissures. La satisfaction

avenir de cette plateforme peut laisser entrevoir une amélioration des connaissances sur la

fatigue des structures et ainsi une meilleure gestion des ouvrages.

Chapitre 4 Mise en place d’un monitoring sur les murs de soutènements

Chapitre 4. Mise en place d’un

monitoring sur les murs de soutènement

1. Problématique

Dans sa mission de surveillance du parc d’ouvrages, le LRPC de Strasbourg suit également les

murs de soutènement. Les principaux risques sont ceux qui peuvent entrainer la ruine de

l’ouvrage tels que le déversement, le basculement ou encore la déformation de la paroi qui

peut aller jusqu’à son éclatement. À l’heure actuelle, les déplacements et déformations des

murs de soutènement sont suivis à l’aide d’un tachéomètre. Les techniciens effectuent

ensuite le traitement des données sous format informatique au laboratoire. L’analyse est

alors longue et peut être entachée d’erreurs.

Fig. 4.01 phénomènes de Basculement et Déversement

Le principe de cette étude s’effectue sur trois niveaux. Le premier consiste à prendre en

main le nouveau logiciel de suivi, soit GeoMoS de Leica. Il m’est dans un second temps

confié de clarifier la méthode de suivi. Pour cette mission je dois proposer un protocole de

suivi standardisé. En soutien à ce protocole, une feuille de calcul, facilitant l’analyse, sera

développée avec la possibilité de modifier certains paramètres. Pour finir, le calcul des

incertitudes permettra de quantifier et critiquer la méthode. Sous réserve d’incertitudes

acceptables, le but de cette mission est de relancer des suivis de murs de soutènement par

tachéométrie qui ont été délaissés ces dernières années.

2. Principe de suivi

Il existe de nombreux types de murs de soutènement. Leurs auscultations et évaluations se

font selon la méthode IQOA. Des fascicules spécifiques à chaque type d’ouvrages ont été

rédigés et recensent les désordres de chacun. Comme les ponts, les murs de soutènement

sont donc soumis à des évaluations visuelles régulières, des prélèvements ainsi que des


recalculs au cours de leur vie. Un suivi du mouvement des murs est également réalisé afin de

surveiller leur stabilité au basculement, déversement et poinçonnement du sol sous le mur.

Zone d’influence :

Les murs de soutènement, quels qu’ils soient, sont réalisés sur des versants. La stabilité de

l’ouvrage ainsi que celle du versant sont étroitement liées et il existe une influence

réciproque entre les deux. L’auscultation des murs de soutènement nécessite la

détermination de leur zone d’influence. Jusqu’à présent, aucun document de

dimensionnement ne définit de zone d’influence pour ces ouvrages. Il est cependant d’usage

lors de l’étude de la stabilité, de considérer une zone englobant l’ouvrage limitée à l’amont

et à l’aval de celui-ci, à une distance horizontale égale à trois fois la hauteur de celui-ci,

comptée respectivement de sa crête et de son pied.

Fig. 4.02 Représentation de la zone d’influence selon IQOA

Les zones d’influences telles qu’elles sont définies plus haut sont à prendre en compte lors

des inspections. Pour le suivi des mouvements, leur considération n’est pas obligatoire pour

peu que l’on dispose d’assez de référence indépendante et fixe.

Actuellement :

À l’heure actuelle, le mouvement des murs de soutènement est suivi par tachéométrie, de

manière à quantifier les phénomènes de basculement, déversement. Cependant, le

protocole opératoire et analytique n’a jamais été rigoureusement défini. Par exemple, la

prise en compte de 3 références n’est pas systématique. De plus, les limites d’utilisation du

tachéomètre sont mal connues, ou par a priori pour certains techniciens. Le suivi des murs

s’effectue par des mesures au dixième de millimètre sans pour autant connaître l’incertitude

sur les mesures réalisées. Tout ceci a entrainé un ralentissement des suivis menés par le

Laboratoire de Strasbourg.

La définition précise des limites du tachéomètre est donc la première étape pour pouvoir

maîtriser le suivi des murs. Il faut ensuite fixer un cadre standardisé pour l’analyse des


résultats. Pour finir, l’association des résultats avec leurs incertitudes est nécessaire pour

pouvoir justifier d’une analyse pertinente.

3. Description du matériel utilisé

3.1. Matérialisation des points de mesure

Les points mesurés ainsi que les références sont matérialisés par

des prismes Leica de diamètre 24 mm, type « réflecteur coin

cube ». Ils sont fixés sur l’ouvrage par vissage dans des chevilles

préalablement scellées. Selon l’accès du site au public, et grâce

aux chevilles scellées, les prismes peuvent être facilement

enlevés et remis en place afin d’éviter les vols.

3.2. Le tachéomètre

Un tachéomètre est un théodolite motorisé. Il permet de mesurer

des angles horizontaux, verticaux ainsi que la distance entre

l’instrument et le prisme. Ces mesures sont réalisées par lecture

optique, basée sur le principe de réflexion infrarouge. Le modèle

utilisé au laboratoire régional de Strasbourg est un Leica TDA 5005.

Cet appareil est doté d’un système de mesure de localisation

automatique de prisme appelé ATR (Automatic Target Recognition), qui lui permet de

retrouver par lui-même le centre des prismes. Ce système a pour intérêt de rendre la

mesure plus précise et surtout plus facile pour l’opérateur, qui n’a plus besoin d’effectuer

des pointés précis. Le pilotage de l’instrument s’effectue par communication radio depuis le

logiciel GeoMoS, installé sur un PC portable.

3.3. Description du logiciel GeoMoS : Télécommande & traitement

Ce logiciel a été acheté par le laboratoire régional de Strasbourg en 2007, mais n’a jamais

été utilisé sur le terrain. Commercialisé par Leica Geosystem, il a été développé pour

l’auscultation et la surveillance d’ouvrage. Le logiciel possède deux interfaces : Monitor et

Analyser.

Fig. 4.04 tachéomètre

Leica TDA 5005 du LRS

Fig. 4.03 Prisme de visée

pour points ou références


L’interface Monitor :

La partie Monitor du logiciel est l’organe de commande du tachéomètre et donc des cycles

de mesure. Tout d’abord, lors de la définition d’un nouveau site d’auscultation, le logiciel

Monitor permet de définir l’ensemble des références et des points à suivre. Le tachéomètre

effectue uniquement les mesures des angles et des distances, le logiciel traite ensuite ces

données pour exprimer les coordonnées des points. L’opérateur peut également

programmer des cycles de mesures indépendants pour les points et les références. Dans un

site déjà défini, l’opérateur pourra se servir du logiciel Monitor pour repositionner le

tachéomètre dans le repère initial.

L’interface Analyser :

La partie Analyser du Logiciel permet le traitement des résultats bruts obtenus. Il permet de

visualiser graphiquement les mesures. Le principal intérêt de la partie Analyser est qu’il

permet le post-traitement de ces résultats, contrairement à la partie Monitor. En effet,

l’Analyser permet de ressortir toutes les mesures faites sur un même point. Il permet

également d’exporter la base de données et donc de permettre l’exploitation des résultats

sur un autre PC que le PC de chantier.

4. Limites du suivi avec le tachéomètre et chiffres

significatifs

La prise en main du tachéomètre et du logiciel a révélé l’existence d’erreurs et

d’imprécisions, influencées, entre autres, par la définition du site et la position des

références par rapport aux points mesurés. De même, les conditions climatiques, et

notamment le changement de luminosité, sont connues comme influençant la mesure.

Cependant, toutes ces observations n’ont jamais été ni répertoriées, ni étudiées pour

connaître l’ampleur des imprécisions qui en découlent. Avant d’approfondir la méthode de

suivi par tachéométrie, il est nécessaire de connaître les limites d’utilisation de l’instrument

et ainsi de proposer un cadre et des conditions d’étude. Des essais au Laboratoire Régional

de Strasbourg ont donc été réalisés afin de clarifier tout ceci.

4.1. Définition de la précision :

Fig. 4.05 Définition de la précision


Les mesures sur le terrain ont montré que les mesures successives d’un même point ne

varient pas de plus de 0.1 mm. En revanche, lorsque certaines conditions changent ou que

l’on déplace le tachéomètre, la mesure des points donne des résultats plus ou moins

dispersés : ceci traduit un problème de justesse dans la mesure pouvant aller jusqu’au

centimètre. L’utilisation actuelle du tachéomètre s’effectue donc avec une imprécision,

encore inconnue.

4.2. Influence du déplacement du tachéomètre :

Lors de la définition du site de mesure, le tachéomètre définit sa position initiale comme

l’origine de son repère. On enregistre ensuite les coordonnées des trois références. Celles-ci

resteront inchangées pour toutes les mesures antérieures. Lors de notre campagne d’essais

au laboratoire, nous avons cependant observé que le tachéomètre modifie légèrement les

coordonnées des références lorsqu’on lui demande de se resituer dans un site déjà défini.

Ces modifications, aussi faibles soient-elles, vont modifier les mesures de nos points et donc

fausser l’analyse. En revanche, on remarque que le replacement dans une position proche

de sa position initiale permet de réduire le déplacement fictif des références mais en aucun

cas de l’annuler.

Point X (m) Y (m) Z (m) Delta X (mm)

Delta Y (mm)

Delta Z (mm)

Cycle 1 tachéo 0 0 0 0 0 0

Cycle 3 tachéo -0.2893 -1.0494 -0.0044 -289.3 -1049.4 -4.4

Cycle 4 tachéo 0.0402 0.036 0.0099 40.2 36 9.9

Tab. 4.01 Déplacement du tachéomètre


Delta Y (mm)

Delta Z (mm)

ref 1 3.1348 2.5418 0.2737 0 0 0

ref 1 3.1376 2.545 0.2739 2.8 3.2 0.2

ref 1 3.1347 2.5416 0.2737 -0.1 -0.2 0

Tab. 4.02 Déplacements fictifs des références : exemple référence 1

Ces premières erreurs, dues au replacement du tachéomètre dans le site, perturbent

l’analyse des résultats. Il faut dès lors envisager une correction permettant de passer outre

les mises au point du tachéomètre, lors de sa réimplantation.

4.3. Influence de la position des références :

Le second élément qui semble influencer la précision des mesures est la position des

références par rapport aux points à mesurer. Nous avons, dans un premier temps, défini un


site où les références étaient placées autour des points à suivre. Le tachéomètre n’avait

donc pas besoin d’effectuer de grande rotation entre la mesure des références et la mesure

de points. Par la suite, nous avons réitéré l’essai en plaçant deux références hors du champ

de mesure des points.

Essai 1 : références dans le champ des points mesurés

Point X (m) Y (m) Z (m) Delta X (mm) Delta Y (mm) Delta Z (mm) Cycle 1 tachéo -0.5364 0.6106 -0.0524 0.00 0.00 0.00 Cycle 2 tachéo -0.5364 0.6106 -0.0524 536.40 -610.00 52.40


Remarque : les deltas correspondant aux points « tachéo » indiquent le déplacement du

tachéomètre par rapport à sa position initiale. En revanche, pour l’ensemble des autres

points, les deltas indiquent les erreurs de mesures.

Tab. 4.04 Déplacements fictifs des références dans le champ: exemple référence 1

Essai 2 : références hors champ des points mesurés

Point X (m) Y (m) Z (m) Delta X (mm) Delta Y (mm) Delta Z (mm)

Cycle 1 tachéo 0 0 0 0 0 0

Cycle 3 tachéo -0.2893 -1.0494 -0.0044 -289.3 -1049.4 -4.4


Point X (m) Y (m) Z (m) Delta X (mm) Delta Y (mm) Delta Z (mm)

ref 1 3.1348 2.5418 0.2737 0 0 0

ref 1 3.1376 2.545 0.2739 2.8 3.2 0.2

Tab. 4.06 Déplacements fictifs des références hors du champ: exemple référence 1

Ces deux essais montrent que le recalcul de la position du tachéomètre a une influence

différente selon le positionnement des références. Les erreurs imputées aux références sont

d’autant plus grandes que ces dernières n’appartiennent pas au champ de mesure des

points. Nous pouvons donc conclure qu’il est préférable de se fixer des références dans le

champ de mesure. Ainsi, le tachéomètre effectuera de faibles rotations sur son axe et de ce

faite les erreurs seront réduites. Malgré cette prescription pour la définition du site, il ne

reste pas moins des erreurs qu’il va falloir corriger pour l’interprétation.

Point X (m) Y (m) Z (m) Delta X (mm) Delta Y (mm) Delta Z (mm) Ref 1 -4.0579 -6.2959 -1.5286 0 0 0 Ref 1 -4.0574 -6.2950 -1.5292 -0.5 -0.9 0.6


4.4. Influence des conditions d’ensoleillement :

Un paramètre très influençant que nous voulions pouvoir quantifier et corriger est la

variation des conditions lumineuses. Nous avons donc procédé à un dernier essai en

extérieur. Nous avons effectué la mesure d’un site (3 références et 2 points de mesure) sur

deux jours dans des conditions d’éclairement différents. Le tachéomètre est resté en

position durant toute la durée de l’essai.

Temps X (m) Y (m) Z (m) Delta X (mm)

Delta Y (mm)

Delta Z (mm)

ref 3 22/03/10 14:47 2.3734 21.0919 -0.4296 0 0 0 ref 3 23/03/10 08:57 2.384 21.0907 -0.4304 10.6 -1.2 -0.8

ref 3 23/03/10 14:33 2.3723 21.0919 -0.4297 -1.1 0 -0.1

Tab. 4.07 Déplacements fictifs des références : exemple référence 3

Les conditions de luminosité lors de la mesure sont donc très influentes. Il en va de même

pour la température. Cette dernière peut cependant être compensée par le logiciel GeoMoS.

Une atténuation de l’influence des conditions lumineuses doit donc être à entreprendre si

l’on souhaite utiliser le tachéomètre dans le suivi de murs de soutènement.

4.5. Possibilité d’un système correctif :

L’ensemble des paramètres influençant la précision des mesures est dû aux conditions

d’utilisation du tachéomètre. Ils proviennent de la réinstallation du tachéomètre sur un site

en extérieur. L’interprétation des résultats bruts n’est donc pas envisageable car ils sont

entachés d’erreurs relativement importantes, qui faussent l’analyse du comportement réel

de l’ouvrage. Il faut donc corriger ces résultats avant de pouvoir les analyser.

Les essais réalisés au laboratoire laissent apparaître que le tachéomètre déplace, de manière

fictive, l’ensemble des références dans le même sens. Par là, il faut comprendre que si le

tachéomètre à tendance à éloigner la référence 1, il en fera de même pour les autres

références, et cela, pour les axes X, Y ou Z. Nous avons donc calculé les déplacements

moyens des trois références et considéré le résultat comme la correction à appliquer aux

points mesurés.

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑡 𝑋 = 𝑚𝑜𝑦𝑒𝑛𝑛𝑒 𝛥 Xref 1 + 𝛥 Xref 2 + 𝛥 Xref 3 (3)

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑡 𝑌 = 𝑚𝑜𝑦𝑒𝑛𝑛𝑒 𝛥 Yref 1 + 𝛥 Yref 2 + 𝛥 Yref 3 (4)

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑡 𝑍 = 𝑚𝑜𝑦𝑒𝑛𝑛𝑒 𝛥 Zref 1 + 𝛥 Zref 2 + 𝛥 Zref 3 (5)

Avec : 𝛥 𝐴 = 𝐴𝑡𝑖 − 𝐴𝑡0 𝐴𝑡𝑖 ∶ mesure du jour 𝐴𝑡0 ∶ mesure initiale (6)

Cette correction est ensuite simplement soustraite aux coordonnées des points mesurés. La

correction des résultats bruts obtenus pendant les essais semble vérifier la pertinence de


notre correction. Elle nous permet même de donner une incertitude sur les mesures

réalisées. Pour exemple, le tableau ci-après regroupe les mesures réalisées en extérieur sur

l’un des points.


Delta Y (mm)

Delta Z (mm)

Delta X corrigé

Delta Y corrigé

Delta Z corrigé

4.3 1.1256 20.2518 -0.4271 0 0 0 0 0 0 4.3 1.1257 20.2518 -0.4272 0.1 0 -0.1 0.1 0 -0.1 4.3 1.1256 20.2517 -0.4272 0 -0.1 -0.1 0 -0.1 -0.1 4.3 1.1334 20.2516 -0.4273 7.8 -0.2 -0.2 -0.1 -0.1 0.2 4.3 1.1335 20.2516 -0.4273 7.9 -0.2 -0.2 0.0 -0.1 0.2 4.3 1.1334 20.2517 -0.4273 7.8 -0.1 -0.2 -0.1 0.0 0.2 4.3 1.1358 20.2517 -0.4278 10.2 -0.1 -0.7 -0.1 0.2 0.3 4.3 1.1357 20.2517 -0.4277 10.1 -0.1 -0.6 -0.2 0.2 0.4 4.3 1.1357 20.2516 -0.4277 10.1 -0.2 -0.6 -0.2 0.1 0.4 4.3 1.1338 20.2510 -0.4277 8.2 -0.8 -0.6 -0.2 -0.1 -0.2 4.3 1.1337 20.2510 -0.4276 8.1 -0.8 -0.5 -0.3 -0.1 -0.1 4.3 1.1337 20.2511 -0.4276 8.1 -0.7 -0.5 -0.3 0.0 -0.1 4.3 1.1331 20.2511 -0.4277 7.5 -0.7 -0.6 0.1 -0.1 -0.4 4.3 1.133 20.2511 -0.4276 7.4 -0.7 -0.5 0.0 -0.1 -0.3 4.3 1.1329 20.2511 -0.4276 7.3 -0.7 -0.5 -0.1 -0.1 -0.3 4.3 1.1247 20.2517 -0.4271 -0.9 -0.1 0 0.3 0.0 0.5 4.3 1.1245 20.2517 -0.4270 -1.1 -0.1 0.1 0.1 0.0 0.6 4.3 1.1247 20.2518 -0.4269 -0.9 0 0.2 0.3 0.1 0.7

Tab. 4.08 Mesure et correction d’un point en extérieur

Le tableau ci-dessous présente les plus grands écarts sans correction, pour un point stable

durant la mesure. Après correction, l’erreur et donc l’incertitude sont inférieures à celle

retenue ci-dessous, qui provient du cas extrême observé pendant les essais. Nous

considérons les incertitudes suivantes pour les mesures :

𝛥𝑥 = 𝛥 𝑦 = 0.5 𝑚𝑚

𝛥 𝑧 = 0.7 𝑚𝑚

Ces incertitudes ont été validées en intérieur, en extérieur, et quelques soit la position des

références. L’ensemble des essais et des mesures ne prennent pas en compte la distance de

visée. Un projet de fin d’étude réalisé en 1999 par Philippe SLISSE, alors étudiant à l’ENSAIS

en spécialité topographie, a effectué des essais sur un tachéomètre similaire au Laboratoire

Régional de Nancy. Ses essais ont montré que la précision de l’appareil reste stable jusqu’à

100 m. Les résultats présentés plus haut restent donc validés par cet intervalle de distance.

4.6. Conditions d’utilisation à respecter pour une bonne manipulation :

L’ensemble des essais réalisés au sein du Laboratoire Régional de Strasbourg a permis de

mettre en lumière les paramètres influençant la mesure du tachéomètre. Cette dernière


peut être corrigée mais il faut tout de même tenir compte de certaines conditions

d’utilisation afin de s’assurer des bons résultats.

- Tout d’abord, il est indispensable de disposer de trois références sur le site à

surveiller. Elles servent à replacer de manière précise le tachéomètre dans son

repère initial mais permettent également d’obtenir une correction pour les mesures.

- Bien que moins contraignant, avec le système de correction, il est préférable de

disposer les références dans le champ de mesure, afin de limiter de grandes rotations

du tachéomètre, qui auront tendance à accentuer les erreurs.

- La première installation du tachéomètre doit être réfléchie de façon à pouvoir le

réinstaller par la suite dans une position quasi similaire.

- Afin de pouvoir appliquer le système correctif, il est indispensable d’effectuer un

cycle d’enregistrement des références et ceci lors de chaque réinstallation du

tachéomètre. Il ne faut bien entendu pas oublier d’enregistrer les coordonnées

initiales des références qui servent de base à la correction.

- Il est indispensable que les conditions lumineuses ne varient pas lors d’un cycle

d’enregistrement. Dans le cas où ces conditions ont changé entre deux cycles, il est

nécessaire d’enregistrer les nouvelles coordonnées des références.

Remarque : Une grande partie de ces conditions est annulée par le système correctif. Il est

néanmoins préférable de limiter les erreurs de mesure et donc d’appliquer de faible

correction.

5. Réalisation de mesure et traitement des données :

cas général

5.1. Besoin d’une méthode standardisée:

La méthode présentée ci-dessous a été développée en prenant en compte les indications, les

limites et les attentes des laboratoires de Strasbourg et de Nancy. Les principaux besoins

sont :

- L’obtention de résultats précis et leur encadrement par des incertitudes

- Une méthode reproductible sur une grande partie des ouvrages

- Une analyse relativement aisée pour les techniciens en charge des comptes-rendus de

surveillance

5.2. Instrumentation du mur – Définition du site de mesure :


La première instrumentation est déterminante pour l’ensemble du suivi du mur. Lors de

celle-ci sont fixés les profils de mesure ainsi que les références. Il est nécessaire de disposer

de trois références au minimum, indépendantes de l’ouvrage à suivre. Elles doivent être

situées dans le champ de visée des profils. L’installation du tachéomètre doit également être

faite de manière judicieuse.

Nous entendons par profil un groupe de prismes placés sur un même axe vertical, du pied

jusqu’au sommet. Le nombre de profils, leur espacement ainsi que le nombre de points

composant les profils devront être choisis selon la taille de l’ouvrage et le type de désordres.

Ces profils vont permettre de visualiser les mouvements du mur dans l’espace. Pour l’étude

du basculement ou déversement, les profils pourront être plus espacés et comportés moins

de points que pour le suivi d’un bombement.

Une installation judicieuse pour le tachéomètre prend en compte plusieurs critères. Le

premier concerne la réinstallation du tachéomètre. Il doit être replacé dans une position

proche de celle d’origine afin de réduire les erreurs avant correction. Il est donc nécessaire

de marquer physiquement sa position sur le site (ex. : piquet). Le second critère prend en

compte le champ de vision du tachéomètre. Il faut, dans le meilleur des cas, que l’ensemble

des visées soit fait avec le moins de mouvement possible du tachéomètre. Pour cela, les

références ainsi que les points de mesures doivent être situés dans le même champ de

vision. On s’aperçoit qu’il est difficile de définir précisément ce qu’est une installation

rigoureuse, car les critères et possibilités dépendent de l’environnement de chaque ouvrage.

Le mur instrumenté et présenté plus loin permettra de justifier et d’illustrer une installation

judicieuse en fonction du site.

Il faut aussi préciser que la première installation sert de définition du site pour le logiciel. Le

tachéomètre possède, dans cette configuration, les coordonnées (0, 0, 0). Celles-ci seront

forcément modifiées lors de chaque réinstallation. Les trois références servent à replacer le

tachéomètre dans le site initial et de lui donner ses nouvelles coordonnées. Pour raccorder

le tachéomètre, on pointe successivement les trois références et le logiciel GeoMoS calcule

automatiquement les nouvelles coordonnées du tachéomètre. Suite à cela, l’instrument

retrouve par lui-même les points des profils, préalablement définis lors de l’installation.

5.3. Correction des mesures du tachéomètre :

Lors de la venue sur le site, la réinstallation du tachéomètre dans une position proche de sa

position initiale améliore la justesse des mesures. Cependant lorsque l’on replace le

tachéomètre dans le site, l’expérience a montré que le tachéomètre modifie les

coordonnées des références, normalement fixes. Dans un premier temps, il est donc

nécessaire d’effectuer un cycle de mesure sur les références. Ceci permettra de quantifier

l’erreur faite par le tachéomètre lors de sa réimplantation. L’erreur, faite sur les références,

se répercutera ensuite sur l’ensemble des points à mesurer. La quantification de l’erreur sur


les références (dans les trois dimensions) nous permettra ainsi de corriger la mesure des

profils (comme vue précédemment).

La correction retenue et validée par l’expérience nous donne :

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑡 𝑋 = 𝑚𝑜𝑦𝑒𝑛𝑛𝑒 𝛥 Xref 1 + 𝛥 Xref 2 + 𝛥 Xref 3

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑡 𝑌 = 𝑚𝑜𝑦𝑒𝑛𝑛𝑒 𝛥 Yref 1 + 𝛥 Yref 2 + 𝛥 Yref 3

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑡 𝑍 = 𝑚𝑜𝑦𝑒𝑛𝑛𝑒 𝛥 Zref 1 + 𝛥 Zref 2 + 𝛥 Zref 3

𝛥 𝐴 = 𝐴𝑡𝑖 − 𝐴𝑡0

Cette correction sera ensuite appliquée aux points mesurés par simple soustraction.

5.4. Analyse des résultats des mesures et préconisations :

Une fois les mesures et la correction réalisées, nous disposons des coordonnées des

différents profils dans le repère du tachéomètre. Cependant, l’étude du mouvement d’un

mur doit servir à quantifier le basculement, le déversement et le tassement de celui-ci. Ces

deux premiers phénomènes se produisent respectivement dans le plan orthogonal et dans

celui du mur. Afin de quantifier et d’analyser de manière pertinente ces mouvements, il est

nécessaire d’exprimer les coordonnées selon un repère correspondant à ces mouvements,

c’est-à-dire un repère orthonormé au mur. Un changement de repère s’impose donc. Pour

cela, deux transformations successives seront effectuées :

- rotation des axes du repère orthonormé : repère (X’,Y’,Z’)

- translation au niveau du pied du mur : repère (X’’,Y’’,Z’’)

Fig. 4.06 Changement de repère pour l’analyse

Repère (X,Y,Z) d’origine / Repère (X’’,Y’’,Z’’) final


Dans le cas où le mur ne serait pas plan (mur anguleux), l’étude complète de l’ouvrage

s’effectuera par l’étude successive de chaque tronçon rectiligne. Cette décomposition

n’interviendra pas pour les murs possédant uniquement des défauts de linéarité (ex. : mur

en maçonnerie, profil oscillant…).

Le changement de repère, en vue d’une analyse, s’opèrera en trois grandes étapes. Les deux

premières consistent au changement de repère effectué par rotation et translation. La

dernière concerne le calcul d’incertitude lié à ces transformations, afin de valider la

pertinence des résultats obtenus.

Angle de rotation et translation :

Sur le mur à suivre, plusieurs profils verticaux ont été installés sur l’ouvrage pour suivre ses

mouvements. Dans la majorité des cas, le pied du mur est susceptible d’être la partie la

moins sensible au mouvement. Le repère orthonormé secondaire aura donc pour origine un

des points de mesure au niveau du pied du mur. De préférence, on choisira une extrémité.

L’axe X’ sera choisi comme l’axe passant par les deux points extrêmes des profils, au niveau

du pied. Bien qu’un mur ne soit dans l’absolu jamais totalement rectiligne, ce choix arbitraire

est justifié par le calcul d’incertitude présent ci-après. En effet, pour effectuer le changement

de repère, il nous faut déterminer l’angle 𝜃 entre l’axe X’ du mur et l’axe X du repère initial.

Pour cela, nous choisissons de faire passer le futur axe x’ par seulement deux pieds de

profils.

Nous effectuons dans un premier temps une translation du repère du tachéomètre pour le

ramener au niveau de l’un des pieds des deux profils choisis. Ce repère sera appelé repère

secondaire (X’,Y’,Z’) ou repère intermédiaire. Les coordonnées dans le repère secondaire :

𝑥′ = 𝑥 − 𝑥0 (7.1)

𝑦′ = 𝑦 − 𝑦0 (7.2)

𝑧′ = 𝑧 − 𝑧0 (7.3)

Le point dont les coordonnées sont (𝑥0, 𝑦0, 𝑧0) est le pied du mur choisi comme origine du

repère final. Suite à la translation, il ne reste plus qu’à effectuer la rotation du repère :

𝑥′′ = 𝑥′ ∙ cos 𝜃 + 𝑦′ ∙ sin 𝜃 ( 8.1)

= 𝑥 − 𝑥0 ∙ cos 𝜃 + 𝑦 − 𝑦0 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜃

𝑦′′ = − 𝑥′ ∙ sin 𝜃 + 𝑦′ ∙ cos 𝜃 (8.2)

= − 𝑥 − 𝑥0 ∙ sin 𝜃 + 𝑦 − 𝑦0 ∙ cos 𝜃

𝑧′′ = 𝑧′ − 𝑧0 = 𝑧 − 𝑧0 (8.3)


Calcul d’incertitude :

Le mouvement des murs peut être le signe d’une pathologie de l’ouvrage, il est donc

nécessaire de repérer ce phénomène relativement tôt. Cependant, dans la plus part des cas,

les mouvements observés ne sont pas importants, de l’ordre du millimètre voir du

centimètre. Les mesures effectuées sont faites au dixième de millimètre (affichage du

tachéomètre). Chaque mesure induit une erreur, tout résultat doit donc être accompagné

d’un calcul d’incertitude. Les essais au laboratoire ont permis de nous donner les

incertitudes sur les mesures. Le changement de repère modifie donc ces incertitudes, qu’il

va falloir recalculer.

D’or et déjà, nous pouvons envisager que le changement de repère entrainera une

aggravation des incertitudes et donc une perte de précision. Cette transformation

permettant de mieux visualiser le mouvement réel du mur. Si la perte de précision est

gênante, une comparaison avec les résultats bruts est toujours possible.

La formule générale pour le calcul d’incertitude est la suivante :

∆f x, y =𝜗𝑓 𝑥, 𝑦

𝜗𝑥∙ ∆𝑥 +

𝜗𝑓 𝑥, 𝑦

𝜗𝑦∙ ∆𝑦 (9)

D’après (2.1), on obtient donc comme incertitude sur X’’ :

∆𝑥′′ = 𝜗𝑥′′ 𝑥′, 𝑦′

𝜗𝑥′∙ ∆𝑥′ +

𝜗𝑥′′ 𝑥′ , 𝑦′

𝜗𝑦′∙ ∆𝑦′ (10.1)

D’où :

∆𝑥′′ = cos 𝜃 ∙ 2 ∙ ∆𝑥 + sin𝜃 ∙ 2 ∙ ∆𝑦 (10.2)

D’après (2.2), on obtient donc comme incertitude sur Y’’ :

∆𝑦′′ = 𝜕𝑦′′ (𝑥′ , 𝑦′)

𝜕 𝑥′∙ ∆𝑥′ +

𝜕𝑦′′ (𝑥′ , 𝑦′)

𝜕 𝑦′∙ ∆𝑦′ (11.1)

D’où :

∆𝑦′′ = sin 𝜃 ∙ 2 ∙ ∆𝑥 + cos 𝜃 ∙ 2 ∙ ∆𝑦 (11.2)

L’axe vertical ne subissant aucune transformation hormis la translation, donc d’après (2.3) :

∆𝑧′′ = 2 ∙ 𝛥 𝑧 (12)

Ces calculs d’incertitude laissent tout d’abord apparaître que les incertitudes sur x’’ et y’’

sont identiques. L’étude du basculement et du déversement peut être faite avec la même

précision. De plus, on s’aperçoit que la précision sur un ouvrage restera identique tout au

long de son étude. Cette observation est intéressante car ceci facilitera la comparaison des


résultats entre deux relevés et par la même occasion facilitera l’interprétation. Lors de la

première installation sur le site, le calcul de l’incertitude devra être effectué et validé. Dans

le cas échéant, il est conseillé de redéfinir un site dans le logiciel GeoMoS et de déplacer le

tachéomètre.

5.5. Discussion sur la pertinence de la transformation :

L’angle choisi pour le changement de repère n’est pas un paramètre influençant les

incertitudes. Il dépend uniquement de l’orientation du repère initial du tachéomètre et celui

du mur. Fixés dès l’installation, tous les points de tous les profils subiront la même

transformation au cours des différentes mesures. L’angle apparaît donc bien comme une

constante. Une discussion peut cependant avoir lieu sur la pertinence de cette

transformation. En effet, l’axe x’’ est un axe arbitraire passant par deux pieds de profils et

choisis par l’opérateur. La position de ces deux pieds est entachée d’une erreur. De plus,

l’axe x’’ ne correspond pas exactement au plan du mur. C’est un axe, considéré comme axe

de référence, où les profils y sont répartis autour (la linéarité absolue d’un mur est

irréalisable). Cette méthode ne permet donc pas de connaître le basculement et

déversement absolu de l’ouvrage mais permet d’exprimer ces phénomènes par rapport à un

axe proche de l’axe du mur, et de donner une incertitude aux résultats annoncés. Les choix

des profils et de cet axe de référence seront donc déterminants pour la pertinence de la

méthode et des résultats obtenus.

5.6. Théorie / pratique :

La méthode présentée ci-dessus est faite pour répondre aux besoins qui ont été explicités

par les services concernés. Cependant, il est parfois difficile de rassembler l’ensemble des

paramètres. En effet, on verra dans le chapitre qui suit que certains ouvrages se situent en

pleine nature. Il est donc très difficile, voire impossible, d’obtenir des références fixes et

indépendantes de l’ouvrage. Le suivi par tachéométrie devra donc s’effectuer dans d’autres

conditions qui risquent d’influencer la méthode d’analyse et l’incertitude sur les résultats.

6. Analyse des résultats

En théorie, un ouvrage de soutènement est dimensionné pour qu’il soit stable dans le temps.

La seule observation d’un mouvement laisse déjà apparaître l’existence d’un défaut. Ce

dernier peut être dû à une erreur de conception ou de réalisation. Le progrès dans ces

domaines ne supprime pas définitivement les écarts entre la théorie et le terrain. En effet, le

mouvement d’un ouvrage de soutènement n’est pas rare. Cependant, tout mouvement n’est

pas forcement problématique pour la stabilité de l’ouvrage. Il nécessite néanmoins d’être


quantifié et suivi dans le temps. L’observation et le suivi d’un mur doivent permettre de

détecter le caractère évolutif du mouvement. La dimension temporelle de la surveillance est

donc importante. Les guides d’inspection IQOA concernant les murs de soutènement

donnent pour la majorité des ouvrages une limite chiffrée pour le déversement vers l’aval :

W < H/100 : 2E (désordres se développant rapidement et nécessitant un entretien urgent)

W > H/100 : 3U (structure gravement altérée nécessitant des travaux de réparations urgents)

En cas de déversement aval, la comparaison à ces valeurs servira de point de départ à

l’analyse. Cependant, il faut savoir que ces valeurs ont été fixées arbitrairement en se basant

sur l’expérience. Un ouvrage subissant un tel déversement n’encourt pas forcément une

ruine proche. Cependant, comme pour le suivi des ponts, le manque de connaissance sur la

ruine nous oblige à préférer les principes de précautions et peut-être l’excès de sécurité.

La détection de problème de stabilité entraîne très souvent une campagne de réparation ou

de consolidation. Suite à cela, un suivi est à nouveau mené afin de vérifier l’arrêt de la

propagation du désordre. Dans le cas contraire, cela signifierait que les réparations ne

concernaient pas le phénomène responsable du désordre et donc que l’instabilité de

l’ouvrage persiste.

Chapitre 5 Surveillance des murs en Pneulsol à Urbès

Chapitre 5. Surveillance des murs en

Pneusol à Urbès

1. Description des ouvrages

Sur la RN 66 entre Urbès et le col du Bussang, la route s’élève sur les flans vosgiens. Le tracé

ainsi que la dénivellation à imposer le soutènement de la route à plusieurs endroits. La route

a été construite en 1987. À cette époque, une technique de soutènement inédite est

proposée pour la réalisation de cinq murs en aval de la route : des murs Pneusols. Cette

technologie n’a été utilisée qu’à très peu d’endroits.

Fig. 5.01 un des cinq murs de soutènement en Pneusol

2. Principe de fonctionnement du Pneusol :

Les ouvrages de soutènement en remblai renforcés Pneusol sont constitués d’un massif de

remblai mis en place par couches successives compactées entre lesquelles sont disposés des

éléments de renforcement en pneumatique placés suivant des lits horizontaux. La stabilité

des ouvrages est assurée comme pour les ouvrages en remblai renforcé par armatures

métalliques par le frottement entre le sol et les éléments en pneumatiques, capable de

supporter des efforts. Comme beaucoup de sols renforcés, la caractéristique essentielle du

Pneusol est d’être un matériau déformable. Les ouvrages construits avec ce matériau sont

donc souples et capables de supporter sans dommage des tassements différentiels. Les


éléments de renforcement, les pneus, sont disposés horizontalement. Dans le cas des murs

Pneusol, le parement peut être constitué d’écailles en béton ou de pneumatiques vus, qui ne

jouent aucun rôle mécanique.

Fig. 5.02 mode de construction d’un mur en Pneusol

Confortement du mur :

Suite à d’importants désordres apparus au droit du parement en béton et au bord de la

chaussée en 1991, des travaux de renforcement par tirants injectés avec coulis de ciment

ont été réalisés en 1992 sur un certain nombre de ces ouvrages. Dès lors, et suite à la

dernière réfection en 2004, les inspections ont montré un bon état général des ouvrages :

aucun glissement, tassement ou déformation significative de l’ouvrage. La dernière

inspection IQOA date de 2005 et avait classé les ouvrages en « classe 1 », à savoir :

« Ouvrage en bon état apparent relevant de l’entretien courant (au sens de l’instruction

technique pour la surveillance et l’entretien des ouvrages d’art) ».

3. Méthode de suivi spécifique

3.1. Surveillance du mur :

Une instrumentation par extensomètres horizontaux a été mise en place à la construction de

l’ouvrage en 1987. Ces extensomètres permettent de mesurer le déplacement des

parements de l’ouvrage par rapport à un ancrage supposé fixe dans le terrain naturel. Le

principe est simple : des tiges métalliques sont ancrées dans le massif et traversent

horizontalement le remblai. La mesure de distance entre l’extrémité des tiges et la surface

du parement permet de suivre le mouvement du mur. Ces extensomètres ont fait l’objet de

mesures pendant 2 ans de 1987 à 1989. La plupart de ces extensomètres sont maintenant

hors d’usage (corrosion, voire décomposition complète des tiges métalliques).


Fig. 5.03 Mesure sur un extensomètre et état en2005 : tige métallique en décomposition

avancée et brisée

Certains extensomètres ont subi une remise en état. Dans son rapport d’inspection en 2005,

le laboratoire de Strasbourg a conseillé à la DDE 68, maintenant devenue DIREST, de

compléter la surveillance par un suivi tachéométrique. Refusé jusqu’alors, le Conseil Général

68 a confié en 2010 la surveillance de l’ouvrage au Laboratoire de Strasbourg. Le marché

comprend la surveillance par la méthode tachéométrique.

3.2. Problèmes liés au site et hypothèses:

Fig. 5.04 Implantation des ouvrages dans le site naturel : absence d'éléments fixes et

indépendants

L’élément le plus contraignant pour le suivi tachéométrique est l’implantation de l’ouvrage.

Placé en soutènement de la route RN 66, le mur se situe en pleine zone naturelle. Cette

caractéristique a des conséquences sur le suivi envisagé. Tout d’abord, l’absence d’éléments

fixes indépendants de l’ouvrage empêche l’utilisation de la méthode de suivi définie plus

haut car il est impossible d’obtenir trois références indépendantes proches de l’ouvrage.


Nous devons donc définir un nouveau cadre et une méthode d’analyse afin d’obtenir des

résultats analysables avec des incertitudes pertinentes.

Hypothèse 1 : L’existence d’une longrine sous l’ouvrage pourrait être un emplacement

pertinent pour l’installation des références. En supposant que l’avancée du mur n’est pas

possible, seul des phénomènes de basculement, déversement et bombement seraient

observables. Nous pourrions alors considérer la fondation fixe pendant le suivi. Il existe là

encore un problème : la longrine n’est pas visible, elle est remblayée sous un massif

important de terre. Il faudrait donc envisager de la dégager en trois endroits afin d’y fixer

nos références.

Hypothèse 2 : L’existence d’une paroi rocheuse en amont de la route, au niveau de quelques

ouvrages, permet d’envisager l’implantation des références sur ce massif rocheux. Là

encore, une première visite du terrain doit permettre de valider cette méthode de

surveillance. La mise en place des références sur le massif rocheux amont nécessite que le

tachéomètre soit installé au niveau de la route. La mesure avec le tachéomètre s’effectuera

en visée plongeante. Les références seront également toutes placées hors champ de visée

des profils.

3.3. Méthode de suivi retenue

Suite à la première visite des murs de soutènement, il est apparu que d’importants remblais

ont été réalisés à l’aval des murs et donc sur les longrines. Il difficile d’y accéder pour fixer

des références. L’hypothèse 2 a donc été retenue et complétée pour l’installation des

références.

Installation des références :

Afin de suivre la méthode développée plus haut, trois références ont dû être installées à

proximité de chaque mur. Dans la majeure partie des cas, une paroi rocheuse est présente

au niveau des murs. Cette dernière semble fixe et indépendante. Elle se situe de l’autre côté

de la route. Considéré comme un bloc rocheux fixe, les références ont été implantées

directement sur le massif rocheux. L’inconvénient sur certains murs est que la visée des

références est totalement indépendante du champ de visée des profils. Cependant, le

système correctif, développé dans le précédent chapitre, devrait limiter les erreurs d’une

telle implantation.


Fig. 5.05 Paroi rocheuse à l’amont de la route : zone d’installation des références

Sur trois des cinq murs, un regard en béton est présent à l’aval de l’ouvrage. Relativement

massif, indépendant des murs et ancien, il a été considéré que le regard restera fixe pendant

le suivi de l’ouvrage (soit 1 an environ). Quelques références ont donc été installées sur ces

regards lorsque le massif rocheux à l’amont de la route n’était pas suffisamment grand pour

accueillir trois références significatives.

Fig. 5.06 regard en béton à l’aval du mur : zone d’installation des références

Mode de mesure type 1 :

La quasi-totalité des ouvrages sera suivie selon ce mode. Le tachéomètre est, dans cette

configuration, installé dans le prolongement du mur. Il surplombe alors l’ouvrage et la route.

Il est ainsi possible de rattacher le tachéomètre sur les références fixées soit au massif

rocheux ou au regard en béton. Installé de la sorte, le tachéomètre peut ensuite mesurer les

coordonnées des points des différents profils.

Remarque : Le mur, le plus grand, possède un rayon de courbure de 400m et la présence

d’arbres, à proximité de l’ouvrage, empêche la mesure du dernier profil par le tachéomètre.


L’instrument doit alors être déplacé afin de pouvoir le mesure. Le tachéomètre est alors

installé de l’autre côté de l’ouvrage mais toujours dans la configuration ou il surplombe

l’ouvrage. Dans cette nouvelle configuration, le tachéomètre est replacé dans le repère

d’origine, en se rattachant aux trois points de l’avant-dernier profil.

Fig. 5.07 Installation du tachéomètre : mode 1

Mode de mesure type 2 :

Pour l’un des murs, le tachéomètre a dû être installé différemment pour plusieurs raisons.

Tout d’abord, l’absence d’une paroi rocheuse en amont de la route ne rend pas possible la

fixation des références. De plus, l’ouvrage situé dans un virage convexe possède un rayon de

courbure de 200 m. Le tachéomètre, placé dans le prolongement de l’ouvrage, ne peut pas

mesurer les deux profils préalablement installés. Il a donc été décidé d’installer le

tachéomètre sous l’ouvrage, comme indiqué ci-dessous. À l’aval de l’ouvrage, la présence

d’un regard en béton ainsi qu’un affleurement rocheux a servi de zone d’implantation pour

les trois références.

Fig. 5.08 Installation du tachéomètre : mode 2


4. Analyse numérique et interprétation

Ce paragraphe sera consacré à l’analyse des premiers résultats provenant de la surveillance

tachéométrique. Du fait d’une analyse similaire des cinq murs, seul un d’eux sera détaillé ci-

après. L’ensemble des sigles et symboles a été défini dans le chapitre 4.

4.1. Ampleur de la correction en site réel

Le chapitre 4 fait référence à la modification des coordonnées des références lors de la

réinstallation du tachéomètre. Le tableau ci-dessous indique la valeur de ces modifications

qui influenceront automatiquement la mesure des profils.

Références ΔX (m) ΔY (m) ΔZ (m)

Réf. 1 0.0023 0.0019 -0.0033

Réf. 2 0.0015 0.0005 -0.0026

Réf. 3 0.0003 0.0004 -0.0025

Réf. 4 0.0028 0.0020 -0.0018

Tab. 5.01 Déplacement des références lors de la réinstallation

Les formules (3) (4) (5) du chapitre 4 permettent alors de calculer les corrections à appliquer

à chaque point de profil selon la coordonnée.

Correct. X (m) correct. Y (m) correct. Z (m)

0.0017 0.0012 -0.0026

Tab. 5.02 Déplacement des références / Correction à appliquer

On s’aperçoit que les corrections à appliquer sont supérieures au millimètre. Rappelons que

les incertitudes brutes sur les mesures retenues lors des essais au laboratoire étaient de :

ΔX = ΔY = 0.0005 m et ΔZ = 0.0007 m

La difficulté d’obtenir une implantation tel que prescrit au chapitre 4 ainsi que la proximité

de la route (et donc des mouvements d’air autour du tachéomètre dû au passage de

camions) peut nous pousser à envisager une incertitude majorée allant jusqu’à :

ΔX = ΔY = ΔZ = 0.0010 m

Dans tous les cas, les incertitudes sont bien inférieures aux erreurs induites par la

réimplantation du tachéomètre. Le système correctif apparaît donc indispensable à une

interprétation pertinente.


4.2. Interprétation de la première mesure

Une fois la correction appliquée, on va calculer les écarts entre les coordonnées du jour de la

mesure et les coordonnées initiales. Ces derniers vont nous permettre d’analyser les

mouvements de la paroi du mur. Pour ce faire, nous allons étudier les résultats avec et sans

la transformation, afin de justifier ou non de son intérêt et d’effectuer une analyse

pertinente sans risque de perte d’information.

Le mur ayant une hauteur maximale de 6,00 m, la limite chiffrée H/100 fixée par la méthode

IQOA donnerait un basculement critique dès 6 cm. Cette limite correspond au passage de la

classe 2E à la classe 3U. Les réparations interviennent, bien souvent, avant l’atteinte de cette

limite, il faut donc être capable au minimum d’observer des déformations d’un ou plusieurs

centimètres : le suivi tachéométrique devrait aisément renseigner sur la déformation de

l’ouvrage.

Interprétation avant transformation :

L’analyse des résultats bruts simplement corrigés nous permettra par la suite de discuter de

l’intérêt de la transformation.

Profil 1 Δ X (m) Δ Y (m) Δ Z (m)

Profil 2 Δ X (m) Δ Y (m) Δ Z (m)

1.1 -0.0037 0.0007 0.0012

2.1 -0.0049 0.0007 0.0008

1.2 -0.0036 0.0006 -0.0002

2.2 -0.0038 0.0003 -0.0006

1.3 -0.0034 0.0005 0.0012

2.3 -0.0039 -0.0004 0.0000

Tab. 5.03 Déplacement des profils, après la correction et avant la transformation, entre

l’initialisation et la première mesure

Si l’on considère que les incertitudes sont aussi réduites que lors des expériences au

laboratoire, ces derniers sont de :

ΔX = ΔY = 0.0005 m et ΔZ = 0.0007 m

Le premier suivi indique qu’il y a eu une déformation du mur entre l’initialisation du

Site et aujourd’hui. En effet, les déplacements de certains points des profils selon X et

selon Z sont supérieurs aux Incertitudes. Les déplacements résiduels sont maximaux

Selon X et sont comprise entre 3 et 5 mm. Ces déplacements observés, peuvent très

bien être le fruit de réarrangement du matériau et des écailles et non pas du à une

Imprécision du tachéomètre qui n’a pas été pris en compte. Les ouvrages Pneusols

Étant un ouvrage souple, de tels déplacements ne sont pas alarmants.

Si l’on considère maintenant des incertitudes supérieures à celles retenues aux

laboratoires du fait du non-respect des prescriptions expérimentales. Une analyse

pertinente pour ce type d’ouvrage peut se limité au millimètre, on peut donc se

permet de considérer :

ΔX = ΔY = ΔZ = 0.0010 m


La prise en compte de ces nouvelles incertitudes n’a pas d’influence sur

l’interprétation des résultats, car il est ressort des mouvements de profils réduits

mais quasi similaires à ceux observés avec les premières incertitudes. On passe d’un

déplacement sur X compris entre 3 et 5 mm à un déplacement compris entre 2 et

4 mm. La différence apparait comme négligeable par rapport à la limite critique

d’IQOA qui est ici de 6 cm.

Transformation :

Fig. 5.09 Schématisation de la transformation

La figure ci-dessus représente la transformation opérée pour obtenir le repère centré sur le

point 1.1 du profil 1 avec son axe X’’ dans le plan du mur. La rotation induite est de 87 °.

Comme expliquée dans le chapitre ci-dessus, cette transformation a pour but d’expliciter

facilement dans quelle direction principale du mur les déplacements ont lieu.

Dans notre cas, l’interprétation avant transformation permet de valider l’existence du

déplacement des points mais en aucun cas de caractériser leurs mouvements par rapport au

plan du mur.

Le repère (1.1 ; X’’, Y’’, Z’’) est un repère orthonormé dont son axe Y’’ est orienté vers

l’amont (vers la route).

- Sur l’axe X’’, et conformément à la convention fixée au chapitre 4, les deltas positifs

représenteront des déplacements dans le sens Profil 1 – Profil 2.

- Sur l’axe Y’’, les deltas négatifs correspondront à un déplacement des points vers

l’aval. Ils seront signe d’un bombement ou d’un basculement.

- Sur Z’’, les deltas négatifs correspondront à un tassement des points.

Attention : ceci dépend de l’implantation initiale du tachéomètre par rapport au mur. La

convention de signe est donc propre à chaque ouvrage.


Interprétation après transformation :

Profil 1 Δ X’’ (m) Δ Y’’ (m) Δ Z’ (m)

Profil 2 Δ X’’ (m) Δ Y’’ (m) Δ Z’ (m)

1.1 0.0005 0.0038 0.0012

2.1 0.0004 0.0050 0.0008

1.2 0.0004 0.0037 -0.0002

2.2 0.0001 0.0038 -0.0006

1.3 0.0003 0.0034 0.0012

2.3 -0.0006 0.0039 0.0000

Tab. 5.04 Déplacement des profils, après la correction et après la transformation, entre

l’initialisation et la première mesure

Considérons comme précédemment les incertitudes retenues aux laboratoires,

soient ΔX = ΔY = 0.0005 m et ΔZ = 0.0007 m. Les incertitudes, une fois la

transformation effectuée, deviennent d’après les équations (10.2) (11.2) (12) :

ΔX’’ = ΔY’’ = 0.0011 m et ΔZ’ = 0.0014 m

On s’aperçoit, après transformation, que les mouvements des profils sont toujours

observables. Le changement de repère permet cependant que les déplacements

aient lieux principalement selon l’axe Y’’, soit le plan perpendiculaire au mur. De plus,

le signe positif de ces déplacements indique que les écailles semblent se rentrer vers

le mur et non pas basculer. À l’heure actuelle, il est difficile de savoir si le phénomène

observé est bien réel et lié à la souplesse de l’ouvrage ou s’il est dû à une incertitude

de l’instrument très mal maîtrisé et donc variable selon le site d’utilisation.

Les déplacements des points des profils selon l’axe Z’’ apparaissent, après

transformation, inférieurs à l’incertitude sur cet axe. Il semblerait, si l’on ne

considère pas l’analyse avant la transformation, que la paroi du mur ne subit aucun

déplacement selon cet axe. Lors des prochains suivis, il faudra donc être attentif aux

évolutions de l’altimétrie des points des profils, avant et après la transformation.

Pour ce qui est des incertitudes majorées pour le site, soient ΔX = ΔY = ΔZ =

0.0010 m, nous obtiendrions après transformation :

ΔX’’ = ΔY’’ = 0.0021 m et ΔZ’ = 0.0020 m

Dans ce cas, l’interprétation n’est en aucun cas modifiée par rapport à celle ci-dessus.

Comme pour l’interprétation avant la transformation, seule la valeur des

déplacements est modifiée

4.3. Commentaire

Le suivi des murs de soutènement a été réalisé en mai et juin 2010. Il s’est déroulé en quatre

étapes.

Une visite initiale a permis de visualiser les différents sites d’implantation des murs et donc

de réfléchir à l’installation du tachéomètre et des références. Accompagnés de Monsieur

Hervé Eichwald, en charge de la surveillance des cinq murs de soutènement de la RN66,

nous nous sommes fixé le nombre de profils par mur, le nombre de points par profils et leurs

emplacements pour chacun des cinq murs.


Lors de la seconde venue sur site, il a fallu sceller la totalité des références et des points des

profils. La colle de scellement nécessitant un temps de prise, l’initialisation n’a pu avoir lieu

qu’au cours d’une troisième journée afin d’éliminer les erreurs dues à un mouvement des

bases de mesure non encore scellées. La dernière étape a enfin permis d’effectuer une

première mesure.

L’espacement de ces quatre étapes aurait pu être raccourci si certains évènements

extérieurs avaient été différents :

- Tout d’abord, l’utilisation du tachéomètre en extérieur nécessite une journée non

pluvieuse.

- Les prismes de visée du tachéomètre devant être installés lors de chaque venue sur

site nécessitent la présence de deux ou trois opérateurs pour que les mesures

puissent être effectuées en une journée.

- Le personnel du laboratoire doit, pour leur part, également respecter le calendrier

prévu des inspections détaillées.

- De plus, Urbès se situant à plus de 150Km de Strasbourg, il fallait s’assurer que la

météo nous permettrait d’effectuer une mesure sur les cinq ouvrages au cours d’une

seule journée.

5. Conclusion :

La surveillance tachéométrique, menée jusqu’à présent, sur les cinq murs de soutènement

ne permet pas de statuer sur l’état de stabilité de ces murs. Des désordres tels que des

bombements ou des voilements sur certaines parois laissent entrevoir des instabilités

structurelles sur certains de ces ouvrages. Cependant, l’ordre de grandeur des déplacements

observés et leurs orientations correspondent plutôt un mouvement dû à la souplesse des

matériaux constitutifs. Ces deux observations contradictoires encouragent donc un suivi sur

le long terme, qui eux seuls permettront de déterminer si les déformations vont en évoluant.

La gestion préventive étant basée sur la minimisation des risques, si l’observation d’une

déformation de plus d’un centimètre a lieu sur quelques mois, le gestionnaire devra être

rapidement informé et réfléchir sérieusement à une rapide mise en sécurité.

Pour finir, les résultats obtenus et présentés plus haut ainsi que le cadre d’étude, lié à la

souplesse des ouvrages, laissent à penser que la méthode développée au chapitre 4 est

suffisamment précise pour pouvoir déceler des déformations inquiétantes au niveau des

profils suivis et par conséquent sur toute l’étendue de ces ouvrages.

Conclusion générale et perspectives

Au cours des cinq mois passés au sein du LRPC, j’ai pu découvrir de nouveaux enjeux

concernant les infrastructures et plus particulièrement les ouvrages d’art. Suite à sa

construction, les propriétaires et gestionnaires des ouvrages doivent s’assurer du bon

maintien structurel de l’ouvrage. En France, et dans bien d’autres pays, elle passe par une

gestion en amont des désordres. Elle est donc bien souvent caractérisée de gestion

préventive. Mon projet de fin d’études s’articulait autour de deux types d’instrumentation :

le renouvellement et l’optimisation de l’instrumentation d’un pont et l’initialisation de la

surveillance tachéométrique sur des murs en Pneusol à Urbès.

La réflexion concernant la nouvelle instrumentation du pont sur la Scheer a permis d’obtenir

un produit correspondant aux attentes du laboratoire. Tout d’abord, l’étude sur le long

terme semblait primordiale pour recenser l’ensemble des phénomènes responsables de

l’évolution des fissures. L’analyse prévisionnelle s’est faite en se basant sur les textes

normatifs ainsi que sur les résultats des instrumentations ponctuelles antérieures. Le simple

suivi du battement des fissures en continu permettra de connaître l’impact dû au trafic

normal, à l’intensité des convois non exceptionnels mais intense et donc de déceler les

charges d’exploitation responsables de la fatigue structurelle de l’ouvrage.

L’espoir d’améliorer la gestion du patrimoine grâce à une telle instrumentation est très fort,

car elle permettra des actions de maintenance préventive. Son autonomie, du point de vue

énergique et de la communication, est également une satisfaction car elle permet d’inclure

dans un seul et même projet : de la recherche, de la surveillance et également un test

d’alimentation de capteurs par énergie verte.

Les délais de conception des différents éléments de la plateforme ayant été sous-estimés,

l’installation sur l’ouvrage se fera à la fin du mois de juin. Ma satisfaction personnelle est

donc un peu réduite car il m’aurait tenu à cœur de participer à l’initialisation des mesures

sur mon projet.

Concernant les désordres et mouvements des murs de soutènement, leur existence est bien

problématique et nécessite une surveillance. La grande diversité des sites d’implantation et

des zones de désordres de ces ouvrages ne font que favoriser l’utilisation de la

tachéométrie, qui présente une souplesse dans sa mise en place. Les précédentes

utilisations faites de l’appareil ont montré qu’il est mal maîtrisé par les opérateurs du

laboratoire. La première étape a donc concerné la quantification des erreurs de l’appareil.

Les essais au laboratoire ont permis de dégager les principaux paramètres influençant la

mesure (emplacement des références, réimplantation du tachéomètre, luminosité

changeante). Ils ont également permis de dégager un système de correction permettant de

minimiser les erreurs et de proposer un encadrement des résultats par des incertitudes.

Malgré tout cela, des erreurs persistent toujours. L’appareil permet néanmoins de suivre des

déformations évolutives avec une précision assurée au demi-centimètre et voir même au

millimètre en cas de bon respect des conditions d’utilisation (position des références, des

profils, réimplantation, distance inférieure à 100 m). La surveillance tachéométrique est

donc plutôt adaptée pour des déformations supérieures à quelques millimètres. Pour le suivi

de déformations inférieures, il faut donc préférer des instrumentations alternatives comme

avec des inclinomètres (plus précis mais moins pratique à mettre en place). Cependant, il

faut rappeler que la simple observation d’un mouvement du mur est déjà le signe

d’instabilité, qu’il est préférable de réparer au plus tôt. Dans le cadre de la surveillance des

murs à Urbès, cet appareil semble donc suffisamment adapté car le matériau Pneusol est

susceptible d’être déformable.

La difficulté à obtenir des références indépendantes sur certains ouvrages à surveiller laisser

à penser qu’il serait peu être judicieux, à l’avenir, de s’assurer qu’une telle surveillance

puisse avoir lieu. La réalisation de plots indépendants, dès la construction, est peut-être

alors à prévoir et à intégrer au coût total de l’opération.

Au final, on s’aperçoit que l’ensemble du travail mené sur la démarche de gestion préventive

des ouvrages d’art est multidisciplinaire et multidirective. Elle fait aussi bien intervenir les

gestionnaires qui souhaitent pérenniser leurs biens, les chercheurs qui tentent d’améliorer la

connaissance des phénomènes et les inspecteurs et opérateurs qui repèrent et quantifient

les désordres. Toutes ces démarches vont donc dans le même sens : déceler au plus tôt les

désordres et leurs causes afin de favoriser la petite maintenance aux grosses réparations

mais également et surtout de minimiser les risques pour la structure et les utilisateurs.

Bibliographie :

- J-A Calgaro & R Lacroix, « Maintenance et réparation des ponts », Presses de l’école nationale des Ponts et chaussées, 1997

- Ministère du Transport, Fascicule 2, « instruction technique pour la surveillance et l’entretien des ouvrages d’art », 19 octobre 1979

- LCPC, guide technique, « Investigations et évaluations dynamiques des ponts », 2009

- LCPC, guide technique, « La télésurveillance des ouvrages d’art sous haute surveillance », 2005

- www.piles.setra.equipement.gouv.fr/IMG/pdf/plaquette_V2_05_09_08_cle6c3562-1.pdf

- Sétra, Présentation, « la méthode de gestion des ouvrages d’art départementaux, Gilles Lacoste, Juin 2006

- « les transports exceptionnels et les ouvrages d’art », Daniel POINEAU, directeur technique à la Division des Grands Ouvrages du Centre des Techniques d’Ouvrage d’Art di SETRA

- www.convoi-exceptionnel.de:?page=autorisation

- Guide technique, « Ouvrages de soutènement – Recommandations pour l’inspection détaillée, le suivi et le diagnostic des poutres et voiles ancrés par tirants précontraints », LCPC

- Rapport d’inspection du canal Bief N= 20, Sarralbe, Laboratoire Régional de Strasbourg

- Eurocode 2

- Eurocode 4

- Sétra, Guide méthodologique, « Eurocode 2, Application aux ponts-routes en béton », juillet 2008

- PFE ENSAIS, spécialité topographie, « Mesure de déplacement en ouvrage d’art – Utilisation de la tachéométrie », Philippe Slisse, Juin 1999

- « Rapport d’inspection détaillée et d’investigations », mur de soutènement MN 066 040 au PK 1.295 à Urbès, juin 2005, Hervé Eichwald

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