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Auteurs : H.CANNARD 1 , T.PERRIN 1 , D.PRYBYLA 1 , V.MUZET 1 , M.MAOUCHI 2 , F.BRACHELET 3 Date : 21 mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art Direction territoriale Est 1 - CEREMA Dter Est Laboratoire de Strasbourg 2- Université de Lorraine Metz 3- Université d’Artois LGCgE

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Auteurs : H.CANNARD1, T.PERRIN1, D.PRYBYLA1, V.MUZET1, M.MAOUCHI2, F.BRACHELET3

Date : 21 mars 2014

La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

Direction territoriale Est

1 - CEREMA Dter Est Laboratoire de Strasbourg

2- Université de Lorraine Metz

3- Université d’Artois LGCgE

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SOMMAIRE

2 2

1. La problématique

2. Le principe mis en oeuvre

3. L’expérimentation sur corps d’épreuve

4. Les investigations in-situ

5. Conclusion/perspectives

21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1- La problématique

3 3

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1- La problématique

4

• Pathologie affectant de parement des corniches

d’ouvrage d’art en béton

CO2 Cl-

H2O

21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

Béton

Armature

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1- La problématique

5 5

- Apparition de la corrosion des aciers

- expansion du volume occupé par l’armature

- fissuration

- décohésion du béton

A A

Coupe A-A’

Béton

Armature

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1- La problématique

6 6

- Adhérence insuffisante des produits de réparation

A A’

Coupe A-A’

Béton

Armature

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1- La problématique

7 7

Quelques exemples de désordres rencontrés

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1- La problématique

8 8

Quelques exemples de désordres rencontrés

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1- La problématique

9 9

L’aspect « sécurité » des interventions lors des inspections

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

2- Le principe mis en oeuvre

1

0

1

0

Sens du flux thermique

Sens du flux thermique en période diurne

Fissure

convexion

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1

1

1

1

Fissure

Sens du flux thermique

Sens du flux thermique en période nocturne

2- Le principe mis en oeuvre

convexion

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1

2

1

2

3- L’expérimentation sur corps d’épreuve

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

Le défaut présent sous la surface doit avoir des propriétés thermophysiques

suffisamment différentes du milieu pour permettre un bon contraste en surface

Matériau Conductivité thermique

l en W.m-1.K-1

Béton 1,6 à 2.2

Air saturé 0,029

Polystyrène

expansé

0,040

1

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1

3

1

3

3- L’expérimentation sur corps d’épreuve

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

l'amplitude du signal doit être suffisante pour que l'effet produit en

surface par la discontinuité soit détectable 1

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1

4

1

4

3- L’expérimentation sur corps d’épreuve

CETE de L'EST-LRS-Sce OA-17/11/10 -H.CANNARD-la thermographie IR dans le domaine des

ouvrages d'art

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

La relation entre la taille du défaut et sa proximité de la surface doit

être suffisamment importante pour créer un contraste thermique. 1

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1

5

1

5

3- L’expérimentation sur corps d’épreuve 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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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1

6

1

6

2- Le principe mis en oeuvre

Matériau l r c

Air 0.0242 1.2 1006

Béton 1.6 2300 820

Paramètres thermophysiques du modèle

l : conductivité thermique [W/m.K] r : masse volumique [kg/m3] c : chaleur spécifique [J/kg.K]

Modélisation d’un défaut type «lame d’air »

50

0 m

m

Flux thermique sinusoïdal300W/m² sur 24H

Défaut type Lame d’air 2mm

Convection h = 15W/m².C

Tcentre

Text

80

mm

200 mm

Ep.20 ou 40 mm

Timposée =10°C

1

1) modélisation : F.BRACHELET Université d’Artois LGCgE

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1

7

1

7

2- Le principe mis en oeuvre

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

0,00 3,00 6,00 9,00 12,00 15,00 18,00 21,00 24,00

Delta T …Delta T …

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

DT (oC)

Heures

DT=Tcentre-Textrémité

Sollicitations : • Convection h = 15W/m².C • Flux thermique sinusoïdal ±300 W/m2

Modèle Corniche avec défaut type lame d’air

E=4cm

E=2cm

Tcentre

Textrémité

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1

8

1

8

Schéma de principe d’une caméra infrarouge

Radiomètre Transcription

en température

Entrée des valeurs d’influence :

Distance, émissivité du matériau,

hygrométrie…

Etalonnage

Rayonnement Température

2- Le principe mis en oeuvre

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

1

9

1

9

2- Le principe mis en oeuvre

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

2

0

2

0

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, micro-

ondes, tissu chauffant, tubes rayonnants…)

- Utilisation dans le cadre du contrôle non destructif

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

2

1

2

1

Réalisation de corps d’épreuve 0

.24

m

0.10 m

0.04 m 0.02 m

0.08 m

0.02 m

3- L’expérimentation sur corps d’épreuve

0.76 m

0.01 m

0.10 m

0.05 m

0.10 m

0.80 m 0.10 m

0.08 m

0.10 m

1.00 m

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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Réalisation de corps d’épreuve

Positionnements des éléments en polystyrène

extrudé dans le béton frais

3- L’expérimentation sur corps d’épreuve

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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2- Le principe mis en oeuvre

- 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 de séquences vidéo radiométriques

Le matériel utilisé:

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve Dispositif expérimental

Caméra

infrarouge

Corps

d’épreuve

exposition

sud

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve Implantation des zones de mesure

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve

07h25 8h55 11h15

16h00

Suivi des D T entre zones saines et zones défectueuses (F 80mm)

Profondeur 1cm Profondeur 2cm

Profondeur 4cm

18h00

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve

7h30 9h04

10h44

Suivi des D T entre zones saines et zones défectueuses (5 X 5 cm))

15h35

Profondeur - 1cm

Profondeur - 2cm

18h20

Profondeur - 4cm

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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve Dispositif expérimental – exposition à l’ombre

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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3- L’expérimentation sur corps d’épreuve Dispositif expérimental – exposition à l’ombre

Défauts de diamètre 80 mm

Profondeur -1cm

Profondeur -2cm

Profondeur -1cm

Défauts de dimensions 50 x 50 mm mm

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

30

4 – Les investigations in-situ

N

Intersection

Autoroutes A35 et RD

63 à Reichstett,

position de l’OA 55

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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4 – Les investigations in-situ Intervention sur l’OA 55

Evolution de la température ambiante

le jour de l’examen

Position de la caméra lors de

L’acquisition des thermogrammes

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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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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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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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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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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4 – Les investigations in-situ Représentation en mode « fusion » ou incrustation d’image

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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4 – Les investigations in-situ

N

Intersection

Autoroutes A35 et RD

63 à Reichstett,

position de l’OA 53

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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4 – Les investigations in-situ Intervention sur l’OA 53 le 15/03/2013,

implantation des prises de vues

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

37

4 – Les investigations in-situ

OA 53 - Réalisation d’une image panoramique à partir d’une série de clichés

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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4 – Les investigations in-situ Problèmes rencontrés sur le hourdis

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21/mars 2014 La thermographie infrarouge appliquée à la recherche de délaminations dans le béton superficiel de corniches d’ouvrage d’art

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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)

Mais

Nécessité d’intervenir dans des conditions météorologiques optimales

Obligation de réaliser un repérage et une pré-visite (optimisation de l’implantation des

emplacements des prises de vues).

Potentiel d’amélioration important et champ d’application vaste

Utilisation d’un matériel très performant équipé d’optiques spécifiques

Détection de défauts de 0.5 dm² à une profondeur de 3 cm dans des conditions favorables

perspectives

Essais à réaliser sur plusieurs types d’ouvrages et étude de la reproductibilité.

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DIR EST M. Contri

Merci pour votre attention

Direction territoriale Est