Les mesures géotechniques font appel à des capteurs divers et variés suivant les types d’applications. Dans le domaine il existe des moyens que nous connaissons.

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2 Les mesures géotechniques font appel à des capteurs divers et variés suivant les types d’applications. Dans le domaine il existe des moyens que nous connaissons bien : Les mesures vibratoires Les mesures sonores Les mesures angulaires Les mesures de forces Et quelques autres.

3 Les mesures vibratoires : Certains utilisent des géophones, d’autres des sismomètres ou des accéléromètres asservis et certains utilisent des accéléromètres piézoélectriques Le tableau ci-dessous donne quelques idées

4 Les mesures vibratoires utilisent l’excitation d’un élément sensible par une masse sismique. Puisque les mesures de terrain doivent être fiables et précises in situ dans l’immédiat et dans le temps, les technologies doivent être regardées à la loupe. Dans l’ensemble, les géophones utilisent une masse mobile dans un bobinage fixe. Le déplacement de pièces dans un capteur n’est pas souhaité. Sur un principe voisin mais sans pièce mobile, l’accéléromètre asservi, la masse sismique voudrait se déplacer mais on empêche son déplacement et les efforts de contre réaction sont utilisés pour la mesure. L’accéléromètre piézoélectrique ne mesure que la dynamique du signal mais offre d’importants signaux de sortie dans de larges plages de fréquences et ceci sans déplacement. Géophones et sismomètres mesurent la vélocité en Volt / m / s Les accéléromètres asservis mesurent des Volt / g ( 9,81 N ) Les accéléromètres piézoélectriques donnent des pico Coulombs par g ou des Volt par g

5 Capteurs piézoélectriques : ils mesurent la dynamique du signal puisqu’ ils sont conçus à partir de quartz cristallins ou de piézites de synthèse. Un quartz volumineux sollicité par une masse sismique lourde permet de générer une charge électrique importante en fonction de l’accélération. Plus la charge électrique est importante moins il est nécessaire de donner du gain à la conversion de charge en tension. Ceci réduit considérablement le niveau de bruit. L’avantage des capteurs à quartz est de proposer une sortie de 2 Volt par g sur une plage de fréquence de 0,01 Hz à 2 KHz. Un autre atout est d’offrir des possibilités de fonctionnement au-delà de 120 °C, jusqu’à 300 °C

6 Les sismomètres sont des instruments asservis
Les sismomètres sont des instruments asservis. La masse sismique a une propension naturelle au déplacement sous l’effet de la vibration et don de la vitesse mais elle est maintenue en place par un courant de réaction. Le courant de réaction est mesuré et se trouve être directement proportionnel à la vitesse. Il n’y a pas de pièce mobile. Les instruments sont volumineux et extrêmement sensibles puisqu’ils offrent des sorties de 2000 Volt / m / s. Naturellement les bandes passantes sont moins larges que pour les accéléromètres piézoélectriques mais l’objectif est de mesurer les frémissements terrestres.

7 Les accéléromètres pendulaires asservis ont des sensibilités moindres, par exemple 75 Volt par g.
La faible masse de ces instruments et de la masse sismique permet d’avoir des seuils de déclenchements très faibles, des échelles de mesures de +/- 0,1 g et des résolutions de 1 µG, la tension de sortie pour 1 µg étant de 75 µVolt. Ces instruments en version +/- 2 g possèdent des bandes passantes de 200 Hz et sont utilisés dans des centrales sismiques pour les ouvrages d’art ou dans des moyens tremblements de terres comme le Quakenet de Columbia Research Lab.

8 Certaines applications géotechniques imposent l’usage d’instruments bien particuliers, le BBAS est un accéléromètre asservi 3 axes en +/- 2 g avec une bande passante DC à 100 Hz. L’instrument possède des particularités comme un niveau à bulle pour vérifier son positionnement à plat, un dispositif de molette de mise à niveau pour ajuster la bulle au mieux du positionnement horizontal. L’intérêt de cet instrument spécifique est limité à quelques applications dans le domaine de la surveillance et de l’exploration de phénomènes terrestres. C’est un outil dédié à certaines structures et à des stations spécifiques.

9 Les inclinomètres : Il existe différents types d’inclinomètres comme les instruments électrolytiques mais les capteurs utilisant la projection de gravité donnent d’excellents résultats pour un rapport qualité prix intéressant. Tout dépend de la technologie utilisée, ci-dessous un inclinomètre conçu à partir d’accéléromètres MEM’s, peu coûteux et efficaces ces instruments possèdent des plages de mesures de +/- quelques degrés jusqu’à 360 degrés angulaires. Les sorties sont, suivant les modèles, analogiques ou numériques.

10 Les accéléromètres pendulaires asservis permettent aussi de mesurer la projection de g et deviennent des inclinomètres. La technologie utilisée permet d’obtenir des précisions sans communes mesures avec celles des inclinomètres MEM’s, les échelles de mesures peuvent être aussi fines que +/- 0,1 degré et les sensibilités sont importantes puisque les pleines échelles sont exprimées en, par exemple, +/- 7,5 Volt. Le seuil de déclenchement est également très faible puisque les masses pendulaires sont suspendues sur des mécanismes d’horlogerie. Ces instruments utilisés dans l’aéronautique et le spatial sont particulièrement fiables et précis.

11 Nous proposons différents types de capteurs d’efforts réalisés à partir de jauges de déformations pour mesurer la compression ou la traction et la traction / compression. Munis d’émerillons et de manilles ces capteurs peuvent être accastillés sur des câbles ou des élingues. Dans le cadre des mesures géotechniques, les mesures d’efforts de tractions sur les câbles de ponts haubanés représentent un gros intérêt. Les instruments classiques permettant ces mesures sont métalliques donc lourds et à sensibilités réduites. Réaliser un capteur en composite était un challenge relevé par un ingénieur français. Les masses des instruments ont chutté et les sensibilités des capteurs ont été accrues. L’étalonnage, en France permet de fournir un instrument de qualité.

12 Dans le domaine géotechnique, l’orientation revêt une importance primordiale. Les magnétomètres permettent de déterminer le cap ou l’orientation suivant les trois axes. Dans un puits foré le positionnement est plus complexe, les outils d’orientations utilisent trois magnétomètres ajoutés à trois accéléromètres. Un accéléromètre, à l’horizontale voit ses axes x et y soumis à la gravité permettant de déterminer les angles. A la verticale l’accéléromètre mesure 1 g et ne permet pas de réaliser un référentiel pour le cap. Le magnétomètre est donc utilisé pour mesurer cette donnée. La combinaison des 6 capteurs donne un instrument d’orientation efficace. Atout incontestable de ces instruments, leur tenue en température jusqu’à 200°C pour des forages de moyenne profondeur

13 Il existe une multitude de capteurs de pressions conçus sur des chips de silicium, des céramiques etc … Les capteurs les plus fiables et les plus précis sont réalisés à partir de jauges de déformations à trames métalliques judicieusement agencées sur des corps d’épreuves particuliers. Les capteurs de la série 2000 sont des instrument dédiés à l’origine au militaire, au spatial ou à l’exploration sous marine des grands fonds. Ces capteurs sont directement immergeables en eau de mer à plus de 5000 mètres et donnent pendant des années des informations précises et fiables

14 Le Smart RealWave est un PDA auquel il est possible de connecter différents captreurs comme des capteurs de températures avec ou sans contact, des capteurs accélérométriques mais aussi des sonomètres L’instrument dispose de programmes de traitement pour le son, pour les vibrations – FFT, enveloppe etc .. Ou la température. Il est capable d’enregistrer les mesures sur une carte mémoire. Au dela de ces possibilités, l’instrument peut envoyer ses données à une imprimante, par voie filaire ou WiFi, peut transmettre directement les données par GSM. Le raccordement d’un micro et d’une caméra permettent d’adresser un compte rendu d’intervention à distance à des spécialistes capables d’affiner le diagnostique.

15 Le Quakenet est structuré, comme le Poséidon italien sur un capteur Columbia. Les mesures sont enregistrées sur sites puis accessibles et transmises via GSM ou autre dispositif de mise en réseau. Comme pour tous les moyens Columbia, il n’existe pas de règle et chaque solution est élaborée en fonction d’une problématique. Columbia Research Lab maîtrise les capteurs et s’appuit sur des partenaires pour offrir ‘ la solution ‘. Nous consulter !

16 Merci de votre attention, vous venez de parcourir ce qui se fait de mieux dans le domaine géotechnique, nos choix reflètent une volonté de répondre au mieux à votre attente, mais vous êtes experts de terrain lorsque nous sommes experts capteurs, vous pouvez nous aider à vous apporter d’autres solutions novatrices. N’hésitez pas à nous demander l’impossible, nous ne saurons, peut-être, pas faire, mais trouverons votre solution. J’ai la solution ! Fin.