Métrologie en génie civil: mesure des déplacements,contraintes,déformations,forces et contraintes. Travail réalisé par GR2 -AMI Zineb -MOKHTARI Afafe Travail encadré par : Mr.K.LAHLOU 2014/2015

SOMMAIRE introduction Notions de base en métrologie Introduction sur les chaînes d’acquisition et de mesure outils de mesure des déplacements ,des déformations et contraintes . Calculs d’incertitude. comparaison des performances métrologiques. Conclusion. Bibliographie.

Introduction le matériel de mesure des grandeurs caractéristiques telles que :les contraintes, les déformations…en génie civil a connu une grande évolution vu - la succession d'ères technologiques, - L’innovation dans les techniques adoptés.

Notions de base en métrologie La métrologie se définit comme étant la science de mesure.la grandeur mesurée est dite la mesurande. Les principales caractéristiques d’un système de mesure sont: ses mesurandes. Son étendue de mesure. Sa linéarité. Sa précision.

Introduction sur les chaines d’acquisition et de mesure La chaîne d'acquisition de données est l'ensemble des éléments nécessaires à la "capture" des données (analogiques ou numériques) à leur transmission jusqu'au récepteur et à l'utilisateur (homme ou machine) des données capturées.

Constituants Capteur: il sert à capturer les données et à les transformer pour qu'elles soient utilisables par le "maillon" suivant de la chaîne. Conditionneur: L'objectif du conditionnement de signal est l'amplification et le préfiltrage de signaux électriques issus d'un capteur. Traitement du signal: Les signaux issus du conditionneur peuvent être convertis (analogique-numérique), transmis ou traités.

Outils de mesure des déplacements Mesure par Géodésie. Mesure par LVDT. Mesure par traitement d’image : par corrélation.

Mesure par Géodésie.

Principe Détermination des points de référence. Mesure de directions (angles horizontaux, hauteurs et distances). Détermination des déplacements.

Mesure par LVDT. Un LVDT (Linear Variable Differential Transformer) est un transformateur qui fournit une tension proportionnelle au déplacement d’un noyau ferromagnétique (équipage mobile).  Ce type de capteur est composé d’un bobinage primaire alimenté par un signal alternatif et de deux bobinages secondaires.

Pourquoi choisir un LVDT? Mesure sans contact La plage de fonctionnement peut varier de ± 5mm à ± 50 mm Durée de vie illimitée Résolution infinie Excellente répétabilité et insensibilité aux mouvements transverses Adapté aux environnements difficiles

Mesure par traitement d’image : par corrélation. La corrélation d'images numériques est une méthode optique qui permet de mesurer les déplacements entre deux images. La corrélation d'images est une technique pour mesurer le champ de déplacement d'une surface d'une image déformée par rapport à une image de référence. On suppose donc que toute différence entre l'image de référence et l'image déformée provient du seul effet du champ de déplacement de la structure observée.

Outils de mesure des déformations Mesure par Jauge de déformation. Mesure par jauge à corde vibrante. Mesure par extensomètre optique Mesure par traitement d’image : par marqueur.

Mesure par Jauge de déformation. Le but des jauges de déformation est de traduire la déformation d'une pièce en variation de résistance électrique (plus les extensomètres s'étirent, plus leurs résistances augmentent).

. Mesure par jauge à corde vibrante. Un capteur à corde vibrante mesure la variation de distance entre deux points. Les CCV sont composés de trois parties : une corde vibrante, une mécanique pour transmettre la force exercée au capteur sur la corde et une partie électronique capable d’exciter la corde et déterminer la fréquence du mode fondamental de vibration

Mesure par extensomètre optique L'extensomètre optique est un capteur d'allongement à fibres optiques particulièrement précis. Il capte les déformations d'une structure, qu'il s'agisse de valeurs statiques ou dynamiques, à l'aide d'un palpeur. Connecté a une station de monitoring, il peut être utilisé pour mesurer des déformations ou des déplacements jusqu'à 5 mm.

Mesure par traitement d’image : par marqueur. Principe Positionner n marqueurs en surface de la pièce étudiée. Acquisition d’images par caméra vidéo CCD. Calcul réalisé par PC durant l’essai. Obtenir le champ de déformations dans les différentes directions des taches.

Pourquoi la Mesure par traitement d’image : par marqueur. Sans contact et donc sans interactions perturbantes dues au contact, Peu perturbée par l’environnement, adaptable à différents types de matériaux et d’éprouvettes, Un coût de revient raisonnable. Mesure de petite et grande déformations (0.05% à 500%)

Capteurs de forces Un capteur de force est un dispositif utilisé pour convertir une force appliquée sur un objet en signal électrique. Deux technologies de capteurs prédominent : les capteurs piézoélectriques et les capteurs à jauges de contrainte.

les capteurs à jauges de contrainte. Les capteurs sont constitués d’un corps d’épreuve agissant comme un ressort sur lequel la force est appliquée. Les jauges de contrainte sont installées dans les zones propices à la déformation. Sous l’action de la charge, elles subissent un allongement et enregistrent alors une variation de résistance. Au minimum, quatre jauges de contrainte suffisent pour constituer le montage appelé pont de Wheatstone. Le pont de mesure est alimenté sous une tension et la tension de sortie résultante est proportionnelle à la force appliquée.

Les capteurs piézoélectriques Les capteurs piézoélectriques se composent d’une électrode disposée entre deux disques de cristal. Une fois la charge appliquée sur le capteur, une charge électrique se produit et peut être alors mesurée à l'aide d'un amplificateur de charge. La charge électrique est proportionnelle à la force appliquée.

Calculs d’incertitude La marge de sécurité adoptée lors du dimensionnement des ouvrages permet de couvrir les incertitudes : sur les actions : intensité maximale , statique, dynamique, support … Modifications des propriétés mécaniques des matériaux avec le temps.

Calcul d’incertitude Imprécisions sur les dimensions : tolérances de fabrication, position des armatures du béton armé, usure, verticalité des cadres. Incertitudes de modélisation : hypothèses simplificatrices, éléments négligés, calcul approximatif. Malfaçons diverses : contrôles déficients.

Calcul d’incertitude Condition fondamentale de sécurité: Les dimensions d’un ouvrage doivent être telles que toute partie de l’ouvrage, sous l’effet des actions de calcul, ne dépasse pas l’état limite envisagé correspondant aux résistances de calcul des matériaux mis en œuvre.

Incertitude sur les outils de mesure

Comparaison des performances métrologiques.

Comparaison des performances métrologiques. Capteurs à fibre optique: Il est nécessaire de réitérer des mesures de références pour étalonner le dispositif .

Comparaison des performances métrologiques. Capteurs piézo-électriques:  permettent de prédire l’endommagement des structures (fissures, etc.),le contrôle de vibration de structures, afin d’améliorer leur performance acoustique. Mais ces capteurs présentent un cout plus important que les autres instruments de mesure .

Conclusion Les structures du génie civil , dont les dimensions sont de plus en plus importante, nécessite l’utilisation d’outils de mesure de plus en plus sophistiqués, miniaturisés et plus performants. D’où le recours de plus en plus aux capteurs (compromis précision-cout).

Bibliographie: Thèses: Vincent LANTICQ: mesure répartie de température er de déformations par diffusion de capteur au fibre optique en génie civil. Jean-Marie HENAULT: Approche méthodologique pour l’évaluation des performances et de la durabilité des systèmes de mesure répartie de déformation. Cours: Sécurité des constructions: INSA LYON. Métrologie,capteurs,étalonnage et calculs d’incertitude: Jean Luc Bertrand KRAJEWSKI.

Merci pour votre attention