Eléments de métrologie en génie civil: mesure des déplacements et des déformations Réalisé par: AHARCHAM Fatima KHMOU Nadia Groupe : 2.G.C.4 Encadré par :M.LHlOU

Introduction : Importance de la métrologie dans le génie civil Plan Introduction : Importance de la métrologie dans le génie civil Métrologie : Définitions générales Méthodes de métrologie appliquées: I-Méthodes mécaniques II-Méthodes optiques Conclusion

INTRODUCTION Importance de la métrologie dans le génie civil Les structures du génie civil sont soumises à de nombreux risques naturels ou liés à l'activité humaine. Des mesures de température et de déformation sont donc régulièrement nécessaires afin de contrôler la santé de ces structures.

Métrologie : définitions générales

Métrologie Métrologie: Science des mesures qui vise à déterminer les dimensions et les quantités, et à les exprimer en unités conventionnelles, en tenant compte des conditions dans lesquelles l’évaluation a été effectuée. MESURAGE : C’est l’ensemble des opérations permettant d’attribuer une valeur à la grandeur mesurée. GRANDEUR MESURABLE : C’est une caractéristique d’un corps ou d’une substance, qui est susceptible d’être distinguée qualitativement par un nom et déterminée qualitativement par une valeur

Métrologie Déformation: La déformation ou allongement relatif , d'un élément unidimensionnel dont la longueur lo est: Déplacement: A un point du solide au repos ; après déformation, il devient le point A' :On appelle déplacement du point A le vecteur ε = Δl/lo =

Métrologie Méthodes de mesure: C’est une succession logique d’opérations permettant la mise en œuvre de mesurage. Méthode directe Méthode indirecte le relevé d’une dimension à partir d’une référence le relevé à l’aide d’un capteur de l’écart

Méthode mécanique

Méthode mécanique Transformateur différentiel LVDT (Linear Variable Differential Transformer). composées d'un transformateur et d'un noyau. Le transfert du courant entre la bobine primaire A et les bobines secondaires B est contrôlé par la position d'un noyau magnétique Lors d'un déplacement du noyau, la différence de ces deux tensions est proportionnelle au déplacement.

Méthode mécanique Avantages de LVDT: Il n'y a pas de contact électrique avec l'élément sensible noyau. Une longue durée de vie. La capacité de discrimination de ces capteurs est intrinsèquement infinie.

Méthode mécanique Les comparateur à corde vibrante(CCV) : Il mesure la variation de distance entre deux points. La fréquence fondamentale d'une corde augmente lorsqu'on tend celle-ci, La variation de fréquence d'une corde détermine la variation de sa longueur. Selon l'équation des cordes

Méthode mécanique Avantages de CCV: Désavantages de CCV La résolution standard de ce type de capteur est 0.1 Hz sur la mesure de fréquence, mais peut atteindre 0.01Hz La précision est en général garantie à moins de 0.5 % de l'étendue de mesure Désavantages de CCV sa sensibilité dépend intrinsèquement de la température Il est assez fortement intrusif ce qui peut être gênant dans le cas de structures de faibles dimensions.

Méthode mécanique Les jauges de déformation: Le principe est de mesurer la variation de résistance d’un fil lorsqu’on fait varier sa longueur L. Sa section S varie aussi. La mesure de la jauge est proportionnelle à la déformation dans le sens des fils.

Méthode mécanique Les jauges de déformation:

Méthode mécanique Avantages des jauges de déformation: La précision des jauges peut atteindre 10−5. Leur coût est moins cher. Leur montage facile. Il n’y a pas de dégradation de la surface. Les jauges sont intensivement utilisées en métrologie, essais sur éprouvettes, sur structure...

Méthode mécanique Extensomètre: Il mesure la distance entre deux touches, en appui sur le corps de l’éprouvette par leurs extrémités pointues . Les touches peuvent être en matériau réfractaire et permettent de mesurer des éprouvettes à haute température. La mesure donnée par l’extensomètre est une tension proportionnelle à la déformation moyenne entre les points de contacts

Méthode optique

Méthode optique Si les positions dans l‘espace des centres optiques C1 et C2 sont connues, la connaissance des points M‘1 et M‘2 permet de déterminer la position spatiale du point M.

Projection de franges: l‘information part de M‘1 qui est un pixel du vidéoprojecteur vers M puis M‘2

Méthode optique Distorsion des franges par le relief : mesure de forme par projection de lumière structurée Déformation d’une structure périodique par les courbures locales

Méthode optique Corrélation d’image: La technique de la corrélation d‘images est basée sur la comparaison de deux images à niveaux de gris aléatoires enregistrées avant et après déformation. Une méthode classique de mesure des champs de déplacements et de déformations, utilisant des caméras CCD comme capteurs, consiste à déposer une grille régulière sur l'échantillon, puis à étudier les déplacements des points de références que constitue cette grille. une précision de 1/60ième de pixels.

Les différentes étapes Le calibrage qui consiste à déterminer la position du capteur optique et ses paramètres intrinsèques. ASAME utilise comme mire de calibrage un cube. Mire de calibrage utilisée par le logiciel ASAME

Les différentes étapes 2-L’appariement entre un couple d’images est effectué par corrélation en niveaux de gris. 3-Les capteurs étant calibrés, les images appariées, il est alors possible de reconstruire dans l’espace la structure photographiée. 4-A partir des reconstructions 3D de l’échantillon dans l’état initial et l’état final, le champ des déformations peut être calculé.

Utilisation d’une seule caméra Avec un seul appareil photo numérique, l’utilisateur doit déplacer le capteur pour obtenir une paire d’images de l’échantillon étudié. Le cube permettant le calibrage doit être placé de sorte à ce qu’il soit vu dans chacune des images. Chaque image est alors calibrée indépendamment.

Utilisation d’une seule caméra Les images gauche et droite ont été obtenues par déplacement de la caméra

Après déplacement et/ou déformation:

Méthode optique La stéréocorrélation: L‘information part du point M et se propage vers M1 et M2

Utilisation d’un système stéréoscopique Dans le cas de l’utilisation de deux caméras numériques, les images gauche et droite de la mire de calibrage sont acquises indépendamment des images de l’objet à étudier. Les images du cube permettent de calibrer chacune des caméras une fois pour toute.

Utilisation d’un système stéréoscopique Les mêmes paramètres de calibrage sont utilisés, d’une part pour les images gauches, et d’autre part pour les images droites. Les caméras ne doivent pas être déplacées et leur distance focale ne doit pas être modifiée au cours de l'expérience.

Utilisation d’un système stéréoscopique Les images de l'objet à étudier peuvent alors être acquises sans placer le cube dans un coin des images comme dans le cas l'utilisation d'une seule caméra. Couple d’images initiales dans le cas de l'utilisation d'un système stéréoscopique

Comparaison Utilisation d‘une seule caméra: Utilisation d’un système stéréoscopique: La zone d’intérêt et la mire de calibrage devant apparaître sur la même photo, le cube est en général placé dans un coin de l’image. Sur le bord des images, les distorsions optiques peuvent être importantes et entraîner des erreurs lors de la détermination des paramètres de calibrage. la mire de calibrage peut être placée de sorte à ce que le cube soit centré dans l’image. Les mêmes paramètres de calibrage sont ainsi utilisés pour effectuer les reconstructions initiales et finales, ce qui permet d’atteindre une meilleure précision.

Comparaison Au plus l’objet à étudier subit un déplacement important perpendiculairement au plan des caméras, au plus les déformations engendrées sont importantes. Lors de l’acquisition des images, il convient de placer au mieux la zone d’étude au même endroit dans l’espace pour obtenir une meilleure précision lors des calculs.

Comparaison Pour une mesure du champ des déformations 3D, il est préférable, dans la mesure du possible, d’utiliser un système stéréoscopique constitué de deux capteurs rigidement liés. L’utilisateur doit prendre soin de placer l’objet à étudier dans l’état initial et l’état déformé à la même distance des caméras.

Animation:

Exemple de logiciel mis en vente: TRITOP permet la mesure d’objets allant jusqu’à plus de 20m. Suivant les tâches à réaliser, plusieurs appareils photo sont disponibles. Tous les moyens TRITOP se calibrent par eux même et vérifient automatiquement les mesures réalisées.

Application du GPS: Mais à présent, des systèmes de positionnement par satellites permettent de mesurer le déplacement en temps réel au centimètre près. Grâce à sa précision, à son relativement faible coût, à sa facilité de mise en œuvre, à la possibilité qu'il offre de mesurer des points sans visibilité, il est possible de faire rapidement et à moindre coût un grand nombre de mesures sur une zone donnée.

Application du GPS: Le principe est très simple. Un point est matérialisé par un repère géodésique. La mesure GPS de la position de l'antenne fournit la position du repère. Il suffit de mesurer à nouveau la position de ce repère quelques temps après pour détecter un déplacement et en déduire une vitesse. La déformation dans une zone considérée est donnée par la mesure des déplacements d'un certain nombre de points répartis sur la zone considérée.

Animation:

CONCLUSION: Avantages: 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. Une mesure de déformation sur des bases variant de quelques cm à plusieurs mètres tout en conservant des sensibilités de l’ordre de la micro-déformation,

CONCLUSION: Le rôle principal de la surveillance est d’assurer la pérennite et la sécurité des ouvrages. La surveillance permet aussi l’évaluation de nouveaux matériaux et nouvelles technologies utilisées lors de la construction des ouvrages.

CONCLUSION: Elaborer un plan d’instrumentation : identification de la grandeur physique la mieux adaptée (déformations, courbures, etc.), optimisation de la position des capteurs sur l’ouvrage pour que la détection et le contrôle soient efficaces, choix de la base de mesure et des performances des capteurs (sensibilité, résolution et étendu de mesure) en fonction de la structure étudiée.

Propriétés du système de mesure: Dynamique : rapport entre la plus grande et la plus petite valeurs mesurées est grand. Rapide : le temps nécessaire pour que le régime transitoire devienne négligeable est réduit. Fin: il faudrait que la présence du capteur sur la valeur de la mesurande ait une faible influence.

MERCI DE VOTRE ATTENTION

Références : http://ori-oai.insa-lyon.fr http://www.onisep.fr/Ressources/ http://heberges.enstimac.fr/sf2m-cfe/ http://membres.multimania.fr/ http://www.mssmat.ecp.fr/IMG/DSSC/these/LCPC_controle_actif.pdf http://fr.wikipedia.org/wiki/Corde_vibrante http://www.gom.com/fr/systemes-de-mesure/apercu-systeme/tritop-deformation.html http://www.limess.com/index.php?option=com_content&view=article&id=11&Itemid=35&lang=fr