Transcript Détection par thermographie IR de délaminations ou décollements

Journées Techniques
Ouvrages d’Art
2014
Détection, par thermographie
IR, de délaminations ou
décollements affectant la
partie superficielle du béton
Auteurs : H.CANNARD1, T.PERRIN1,
D.PRYBYLA1, M.MAOUCHI2, F.BRACHELET3
1 - CEREMA Dter Est Laboratoire de
Strasbourg
2- Université de Lorraine Metz
3- Université d’Artois LGCgE
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SOMMAIRE
1.
2.
3.
4.
5.
La problématique
Le principe mis en oeuvre
L’expérimentation sur corps d’épreuve
Les investigations in-situ
Conclusion
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1- La problématique
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1- La problématique
- Apparition de la corrosion des aciers
- expansion du volume occupé par l’armature
- fissuration
- décohésion du béton
CO2
ClH2O
Armature
A
A
’
Béton
Coupe A-A’ 
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1- La problématique
- Adhérence insuffisante des produits de réparation
Armature
A
A’
Béton
Coupe A-A’ 
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1- La problématique
Quelques exemples de désordres rencontrés
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1- La problématique
L’aspect « sécurité » des interventions lors des inspections
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2-Le principe mis en oeuvre
Sens du flux thermique en période diurne
convexion
Fissure
Sens du flux thermique
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2-Le principe mis en oeuvre
Sens du flux thermique en période nocturne
convexion
Fissure
Sens du flux thermique
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2-Le principe mis en oeuvre
Le défaut présent sous la surface doit avoir des propriétés thermophysiques
suffisamment différentes du milieu pour permettre un bon contraste en surface 1
Matériau
Conductivité thermique
Béton
1,6 à 2.2
Air saturé
0,029
Polystyrène
expansé
0,040
l en W.m-1.K-1
1) Rapport d’activité LAMTI 11N065 sujet 5 Aide au diagnostic des chapes d’étanchéité par méthodes Thermiques
E.ANTZAC, F.BRACHELET, O.CARPENTIER, D.DEFER
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2-Le principe mis en oeuvre
l'amplitude du signal doit être suffisante pour que l'effet produit en
surface par la discontinuité soit détectable 1
1) Rapport d’activité LAMTI 11N065 sujet 5 Aide au diagnostic des chapes d’étanchéité par méthodes Thermiques
E.ANTZAC, F.BRACHELET, O.CARPENTIER, D.DEFER
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2-Le principe mis en oeuvre
La relation entre la taille du défaut et sa proximité de la surface doit
être suffisamment importante pour créer un contraste thermique. 1
1) Rapport d’activité LAMTI 11N065 sujet 5 Aide au diagnostic des chapes d’étanchéité par méthodes Thermiques
E.ANTZAC, F.BRACHELET, O.CARPENTIER, D.DEFER
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2-Le principe mis en oeuvre
La propagation des ondes de chaleur issue d’une sollicitation sinusoidale est
atténuée selon une fonction exponentielle de la profondeur traversée 1
1) Rapport d’activité LAMTI 11N065 sujet 5 Aide au diagnostic des chapes d’étanchéité par méthodes Thermiques
E.ANTZAC, F.BRACHELET, O.CARPENTIER, D.DEFER
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2-Le principe mis en oeuvre
Paramètres thermophysiques du modèle
1
Modélisation d’un défaut type «lame d’air »
Convection
h = 15W/m².C
Timposée =10°C
Matériau
Air
Béton
l
r
c
0.0242
1.2
1006
1.6
2300
820
l : conductivité thermique [W/m.K]
r : masse volumique [kg/m3]
c : chaleur spécifique [J/kg.K]
Tcentre
500 mm
Flux thermique sinusoïdal300W/m² sur 24H
80 mm
Ep.20 ou 40 mm
Text
200 mm
Défaut type Lame
d’air 2mm
1) modélisation : F.BRACHELET Université d’Artois LGCgE
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2-Le principe mis en oeuvre
Sollicitations :
• Convection h = 15W/m².C
• Flux thermique sinusoïdal ±300 W/m2
Textrémité
DT=Tcentre-Textrémité
Modèle Corniche avec défaut type lame d’air
DT (oC)
E=2cm
2
1,5
E=4cm
1
Heures
0,5
Delta T …
Delta T …
0
0,00
3,00
6,00
9,00
12,00 15,00 18,00 21,00 24,00
-0,5
-1
Tcentre
-1,5
-2
Evolution de la différence de température entre zone centrale et l’extrémité de la corniche
pour deux profondeurs de défauts type lame d’’air d’une épaisseur de 2mm
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2-Le principe mis en oeuvre
Etalonnage
Radiomètre
Rayonnement
Transcription
en température
Entrée des valeurs d’influence :
Distance, émissivité du matériau,
hygrométrie…
Température
Schéma de principe d’une caméra infrarouge
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2-Le principe mis en oeuvre
Deux techniques
• Thermographie passive:
- Pas d’apport artificiel d’énergie,
- Examen de situations ou d’objets à une température différente de
la température ambiante,
- Applications : inspection de bâtiments et d’installations électriques.
• Thermographie active
- Sollicitation par un apport d’énergie (flashes, laser, induction, microondes, tissu chauffant, tubes rayonnants…)
- Utilisation dans le cadre du contrôle non destructif
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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve
0.02 m
0.01 m
0.04 m
0.10 m
0.10 m
0.24 m
0.08 m
0.76 m
0.10 m
0.05 m
0.02 m
0.80 m
0.10 m
0.10 m
0.08 m
1.00 m
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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve
Positionnements des éléments en polystyrène
extrudé dans le béton frais
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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve
La caméra utilisée
- Matrice de 640x480 éléments
- Gamme de travail 7-15 µm
- Sensibilité 30 mK à 30°C
- Objectifs infrarouge: 24°x 18° (standard)
12°x 9° (téléobjectif)
Résolution spaciale :
0,65 mrad /élément du détecteur pour l'objectif de 24°.
0,33 mrad /élément du détecteur pour l'objectif de 12°
- Objectif visible 3.2 Mpixels
- Enregistrement d’images panoramiques
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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve
Dispositif expérimental
Corps
d’épreuve
exposition
sud
Caméra
infrarouge
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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve
Implantation des zones de mesure
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Suivi des D T entre zones saines et zones défectueuses (F 80mm)
8h55
11h15
07h25
16h00
Profondeur 1cm
Profondeur 2cm
Profondeur 4cm
18h00
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Suivi des D T entre zones saines et zones défectueuses (5 X 5 cm))
10h44
9h04
7h30
Profondeur - 1cm
Profondeur - 2cm
Profondeur - 4cm
15h35
18h20
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4 – Les investigations in-situ
N
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T(°C)Ambiante = f(temps)
4 – Les investigations in-situ
10
10 h
15 h
20 h
Intervention sur l’OA 55
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4 – Les investigations in-situ
OA 55 Implantation de repères
Réalisation d’une image panoramique à partir
d’une série de clichés
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4 – Les investigations in-situ
Réglage du gain (optimisation de la détection des anomalies et des repères)
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4 – Les investigations in-situ
Représentation en mode « fusion » ou incrustation d’image
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N
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Intervention sur l’OA 53 le 15/03/2013
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4 – Les investigations in-situ
OA 53 - Réalisation d’une image panoramique à partir d’une série de clichés
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4 – Les investigations in-situ
Problèmes rencontrés sur le hourdis
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5 – Conclusion
Cette technique a permis de réaliser une reconnaissance des zones à sonder et
éventuellement à purger.
Mise en œuvre de moyens limités pour les interventions.
Amélioration de la sécurité des intervenants et peu de gêne du trafic
Déploiement rapide et rendement élevé (un ouvrage par demi-journée)
Détection de défauts de 0.5 dm² à une profondeur de 3 cm dans des conditions
favorables
Mais
Nécessité d’intervenir dans des conditions météorologiques optimales
Utilisation d’un matériel très performant équipé d’optiques spécifiques
Obligation de réaliser un repérage et une pré-visite (optimisation de
l’implantation des emplacements des prises de vues).
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Merci de votre participation
CEREMA Dter Est
Laboratoire de Strasbourg
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Remerciements à
Hervé CONTRI DIR EST