Journées Techniques Routes 2013 Nantes – 6 & 7 février 2013 Chaussée instrumentée : essai de fibres optiques sur le manège de fatigue Pierre Hornych, Juliette Blanc, Xavier Chapeleau, IFSTTAR Jean-Luc Gautier, Colas Journées Techniques Routes 2013 Nantes – 6 & 7 février 2013

Chaussée instrumentée : essai de fibres optiques sur la manège de fatigue Introduction Les fibres optiques sont de plus en plus utilisées comme capteurs, pour la mesure des déformations, des températures, des pressions, dans le domaine des structures et des matériaux. Intérêt de ces capteurs : possibilité de mesures sur toute la longueur de la fibre (pour certains types), faible encombrement, coût intéressant, durabilité, capteurs passifs. Présentation de 2 essais réalisés sur le manège de fatigue, pour tester différents systèmes de mesure à fibres optiques dans les chaussées : Essai en collaboration avec l’Université Laval (Thèse de D.Grellet). Test de capteurs à fibres optiques de type interférométrique. Essai en collaboration avec Colas – test de fibres optiques à réseaux de Bragg, et fibres continues 2 P Hornych, J.L. Gautier – JTR 2013

Les différentes technologies de capteurs à fibres optiques Capteurs de type interféromètre Fabry-Perrot : Principe : Mesures par interférométrie 1 seul capteur par fibre optique Très faible encombrement Grande précision

Les différentes technologies de capteurs à fibres optiques Les réseaux de Bragg Prinicipe : Réseaux d’indice de réfraction variable sur la fibre, conduisant à la réflexion de lumière dont la longueur d’onde dépend du pas du réseau Capteurs locaux de déformation Plusieurs réseaux de Bragg peuvent être répartis sur une même fibre Fréquence d’acquisition : jusqu’à plusieurs kHz  mesure dynamique Fibre optique continue Basée sur le principe de diffusion de Rayleigh : Mesure continue de déformation sur toute la fibre Sur une distance allant jusqu’à 70 m ou 2km (selon la résolution) Durée d’acquisition : 1 à 10 secondes pour une mesure  mesure statique

Capteurs à fibres optiques développés à l’université Laval (interféromètre Fabry-Perrot) Carotte instrumentée: La carotte est prélevée sur place, instrumentée puis scellée sur site à la résine 2 jauges en partie supérieure 2 jauges en partie inférieure Plaque instrumentée: Épaisseur 5 mm 6 à 8 jauges horizontales en partie supérieure et en partie inférieure 6 à 8 jauges verticales Mise en place dans un trait de scie, scellée à la résine

Capteurs à fibres optiques développés à l’université Laval (interféromètre Fabry-Perrot) Vue des carottes et plaques instrumentées Plaque extraite de la chaussée en fin d’expérience

Exemple de mesures Déformations longitudinales et transversales au passage d’un tridem  interface ~22°C  Interface ~ 42°C Très différent hyp. usuellement admise GB GNT BB Chaussée

Essai manège en collaboration avec COLAS Plan d’instrumentation des chaussées 1.6 m bande de roulement 30.0 m R = 19m 0.5 m 8 m 7 m 5 m 21 cm 0.5m 1 m Structure de chaussée : 8 cm BB – 30 cm GNT FO réseau Bragg et T° Jauge d’extensométrie FO continue

Les fibres optiques à réseaux de Bragg

Mise en place des fibres optiques continues sur le manège

Mise en place des Fibres à réseaux de Bragg SensoLux

Fibres optiques à réseaux de Bragg : exemple de mesures Exemple de mesure dans un BBSG sous le passage d’un demi-essieu chargé à 65 kN  Même signal que les jauges d’extensométrie (résolution 5 mdef environ) Déformation longitudinale Bassin des maximums de déformations longitudinales pour 4 jauges à réseaux de Bragg dans le BBSG sous charge de 65 KN Même forme que les jauges d’extensométrie bonne répétabilité

Mesure du signal Rayleigh (fibre continue) : exemple de mesure sous chargement Principe : Une mesure de référence « sans chargement » Une mesure avec chargement statique (demi-essieu manège chargé à 6.5 tonnes) Calcul de la différence entre les deux mesures Enrobé viscoélastique  Réponse fonction du temps de chargement Exemple de mesure à la base d’un EME Déformation longitudinale Pic de déformation

Mesure du signal Rayleigh : exemple de mesure sans charge à différents nombres de cycles Principe : Une mesure de référence « sans chargement » à N1 cycles Une mesure « sans chargement » à N2 cycles Calcul de la différence entre les deux mesures Donne une déformation cumulée entre les 2 états  indicateur possible de l’endommagement de la structure ? Déformation longitudinale – base BBSG Par rapport à la référence à 150000 chargements P C T S Apparition de « défauts » Orniérage ? Fissuration ?

Conclusion Les essais réalisés montrent l’intérêt des techniques de mesure de déformations par fibres optiques dans les chaussées. Bonne résistance des fibres aux conditions de mise en œuvre (température, compactage) Interféromètres Fabri-Perrot : Mesures de déformation locales à différents niveaux – détermination précise des champs de déformation dans les 3 directions – coût assez élevé. Fibres à réseaux de Bragg : utilisation et coût similaire aux jauges classiques utilisées sur manège. Grande durabilité. Fibres continues : mesure répartie sur toute la longueur de la fibre, mais uniquement en statique. Faible coût de la fibre . Indicateur possible d’endommagement ? Application prévue sur une section de chaussée en 2013.

Evénement: 17/18 Octobre 2013 http://35ans-manege.ifsttar.fr 1978 – 2013 Un parcours d’expériences inédites Intentions de communication (100 mots max) à soumettre avant le 15 avril 2013 à : 35ans-manege@ifsttar.fr 16