Suivi des infrastructures neuves et existantes par Capteurs Noyés pour évaluer les Indicateurs Nécessaires à leur Gestion durable – SCaNING

Le projet SCaNING est organisé en cinq groupes de travail transversaux (voir le schéma organisationnel). Le WP1 est consacré à la coordination et à la valorisation du projet.

L'objectif du WP2 est de concevoir des systèmes de mesure à intégrer. Il est piloté par des chercheurs du LMDC et de l’Univ. Eiffel, spécialistes des méthodes EM et US.
Les objectifs communs, qui prennent en compte le degré de maturité de chaque méthode au démarrage du projet, sont :
• concevoir les systèmes de mesure et les tester sur des échantillons ;
• les mettre en œuvre sur de grandes maquettes ;
• comparer les mesures avec celles effectuées en surface ;
• modéliser les propriétés des champs d’ondes pour les intégrer dans les traitements.
Ainsi, le capteur noyé de résistivité conçu par [Badr et al. 2019] sera utilisé. Parallèlement, des sondes capacitives et des systèmes de capteurs piézoélectriques à faible coût seront conçus et testés numériquement, puis étalonnés dans des éprouvettes de béton. Toute la chaîne de mesure (génération, réception et traitement du signal) sera validée dans les démonstrateurs du WP5.

Le but du WP3 est l'extraction d'observables découplées des facteurs d'influence. Le WP3 est mené par des chercheurs du LMA et de l’Univ. Eiffel, intéressés par le SHM et le découplage des effets de température des enregistrements mécaniques sur site. L’identification des facteurs d’influence, leur suivi et le traitement des données résultant de l’état de l’art de SHM seront mis en œuvre pour améliorer la qualité des observables.

Le WP4 vise à évaluer les indicateurs par une méthode de traitement des observables. Il est dirigé par I2M et LMA dont les chercheurs développent des algorithmes d’intelligence artificielle ou des méthodologies de traitement des données. Une méthode de combinaison conviviale, avec étalonnage et prise en compte des incertitudes, sera élaborée pour extraire les indicateurs des observables multiphysiques. Un benchmark des outils disponibles (fusion de données, logiciel libre et la nouvelle combinaison multi-physique) permettra d’évaluer la confiance que l'ingénieur pourra accorder aux résultats.

Le WP5 vise à construire un démonstrateur en BA, instrumenté par les trois types de systèmes ainsi que des blocs de plus petite taille. Le WP5 est piloté par l’Univ. Eiffel et l’Andra, maitre d’ouvrage de structures neuves et anciennes. Le grand démonstrateur correspond à des structures en béton armé nouvelles, avec des capteurs intégrés dans le béton frais. Les blocs instrumentés par les mêmes capteurs mis dans des réservations quelques mois plus tard correspondent aux structures anciennes. Chaque système de capteurs sera relié à un datalogger spécifique ou à la carte mère générique PEGASE3, eux-mêmes connectés en Wifi au superviseur central STOCO. Cette plate-forme de gestion à distance sera configurée pour collecter le grand nombre de données provenant des démonstrateurs, les enregistrer et visualiser dans une base dédiée et les traiter.

Pour couvrir une large gamme de porosités (12.5< p<16.5%) et de propriétés mécaniques, 3 bétons B30, B40 et B60 ont été formulés. Pour pouvoir recueillir puis combiner des observables ND dans un même volume d’investigation, 8 profondeurs communes ont été choisies, réparties dans l’enrobage et le cœur du béton armé.
Les travaux de thèse de H. Ibrahim (soutenus le 22/11/24) et de R. Hariri (soutenus le 16/12/24) ont abouti à la conception de systèmes de capteurs intégrés électromagnétiques et ultrasonores. Les 8 paires de capteurs US conçues par [Hariri et al. 24], l’échelle capacitive conçue par [Ibrahim et al. 24] ainsi que l’échelle de résistivité adaptée par [Palma Lopes et al. 23] ont été noyées dans le béton frais des démonstrateurs coulés en mars 2023. Ces démonstrateurs sont constitués d’une dalle armée de B40 de 1x1x0.3m instrumentée (+ des sondes THR et des capteurs T/FDR) et de blocs 0.3x0.3x0.3m de bétons B30, B40 et B60.
Grâce à une campagne expérimentale à des paliers de T de 10, 20, 30, 40 et 50°C dans les blocs instrumentés saturés en eau, les fonctions de correction des observables ND des effets indésirables ont été déterminées. La caractérisation métrologique de chaque chaine de mesure est en cours d’analyse.
Des carottes ont été prélevées dans des blocs non instrumentés pour déterminer les courbes de calibration reliant les différentes observables ND (US, électriques et EM) aux 4 indicateurs sélectionnés (Sr, p, E et Rc) pour les 3 bétons. Cette campagne de calibration, terminée en 2024, va être mise à la disposition de la communauté scientifique par un data-verse.
En janvier 2023, a débuté la thèse de S. Dufau qui a commencé par recenser les méthodes de combinaison des données. Il a mis en place les algorithmes d’intelligence artificielle basés sur les réseaux de neurones artificiels, les arborescences aléatoires [Baudrit, Dufau et al. 2025] et les teste actuellement sur les données des projets ANR-SENSO et ANR-SCaNING.
L’ensemble des démonstrateurs instrumentés (dalle B40 et blocs) sont reliés à des systèmes de surveillance, de stockage et de communication, qui ont été développés en parallèle. Selon les systèmes de capteurs, la surveillance et la collecte de données sont assurées par des enregistreurs de données spécifiques (dataloggers) ou des cartes Pegase3. La supervision est assurée par le logiciel générique STOCO qui est configuré pour collecter, enregistrer et rendre les données accessibles à tous les acteurs du projet SCaNING. Notons que des avancées substantielles sur ce sujet ont été obtenues par Q. Bossard, ingénieur de recherche dont la contribution a été financée par la Région Pays de la Loire en accord avec l’ANR.
Tous les capteurs intégrés, reliés aux chaines de surveillance adaptées, ont permis de suivre l’évolution des observables aux 8 profondeurs de béton de la dalle B40 instrumentée, soumise à un séchage à T=20°C puis T=45°C en 2023 et 2024. L’exploitation est en cours.

Journée de restitution : jeudi 20 novembre 2025 !
Univ Gustave Eiffel, Campus de Nantes

Les nouveaux capteurs, les chaines de mesures et de monitoring ainsi que l’ensemble des résultats du projet seront présentés à la communauté scientifique et aux utilisateurs finaux maîtres d’ouvrage, collectivités territoriales et entreprises le jeudi 20 novembre 2025. Cette journée de restitution aura lieu sur le campus de Nantes du l’Université Gustave Eiffel. Vous pouvez dès à présent vous inscrire !

Des perspectives de recherche et de valorisation vont être complétées d’ici la fin du projet. Mais aussi de nouveaux défis ont été soulevés durant nos études et développements.
D’abord, il s’agira d’exploiter et d’analyser la très riche base de données recueillie pour fournir des observables fiables, assorties de leurs incertitudes de mesures. Les fonctions de correction en T seront utilisées pour « nettoyer » les effets indésirables de température. L’incertitude engendrée sera également analysée.
Le prochain sujet central du projet ANR-SCaNING sera la validation de la méthode d’inversion matricielle développée et le benchmark sur l’extraction des indicateurs afin d’évaluer la qualité et la pertinence des différentes méthodologies de combinaison mises en œuvre.
Enfin, la valorisation des résultats devra se concrétiser par des publications dans des revues à comité de lecture associées à des data-verses.
Le défi majeur est l’étude de la faisabilité de l’insertion de capteurs dans des réservations plusieurs mois après le coulage et du traitement des données obtenues. Suite à cette étude fructueuse, il faudra poursuivre, dans l’avenir, l’étude sur l’insertion des capteurs dans les structures anciennes en particulier la prise en compte des mortiers de scellement par des modèles numériques et des expérimentations à développer.
Il est également important de poursuivre le développement des différents systèmes de monitoring pour améliorer leur synchronisation ou leur ergonomie pour l’opérateur.

G. Villain, J.-P. Balayssac, V. Garnier, M. Sbartaï, B. Yven, J.-M. Hénault, X. Dérobert, J.-F. Chaix, V. Le Cam, S. Palma Lopes, O. Abraham, Projet SCaNING : Suivi des infrastructures neuves et existantes par Capteurs Noyés pour évaluer les Indicateurs Nécessaires à leur Gestion durable. Academic Journal of Civil Engineering, 2021, Special Issue - Diagnobéton 2021, 38 (2), pp.94-98. ?10.26168/ajce.38.2.22? hal-03576386v1
H. Ibrahim, G. Villain, N. Ranaivomanana, S. Palma Lopes, J-P. Balayssac, T. Devie, X. Dérobert, Design and validation of a multi-electrode embedded capacitive sensor to monitor the electromagnetic properties in concrete structures, Measurement, Volume 236, 2024, 115057. ?10.1016/j.measurement.2024.115057? hal-04645791v1
R. Hariri, J-F. Chaix, P. Shokouhi, V. Garnier, C. Saïdi-Muret, O. Durand, O. Abraham, Quantification of the Uncertainty in Ultrasonic Wave Speed in Concrete: Application to Temperature Monitoring with Embedded Transducers. Sensors. 2024; 24(17):5588. ?10.3390/s24175588? hal-04913720v1
C. Baudrit, S. Dufau, G. Villain, ZM. Sbartaï, Artificial Intelligence and Non-Destructive Testing Data to Assess Concrete Sustainability of Civil Engineering Infrastructures. Materials. 2025; 18(4):826. ?10.3390/ma18040826? hal-04998201v1
H. Ibrahim, G. Villain, JP. Balayssac, X. Dérobert, S. Palma Lopes, C. Fauchard, V. Guihard, Calibration process of a capacitive probe for monitoring of reinforced concrete nuclear structures, NDE-NucCon - International Conference on Non-destructive Evaluation of Concrete in Nuclear Applications, January 25-27, 2023, Espoo, Finland. hal-04296121v1
R. Hariri, V. Garnier, J-F. Chaix, O. Abraham, Monitoring of concrete property gradients by embedded ultrasonic sensors, NDE-NucCon - International Conference on Non-destructive Evaluation of Concrete in Nuclear Applications, January 25-27, 2023, Espoo, Finland. hal-04913656v1
J-F. Chaix, R. Hariri, H. Ibrahim, O. Abraham, S. Palma Lopes, X. Dérobert, J-P. Balayssac, V. Garnier, G. Villain. Metrological analysis to extract the qualified observables, corrected from temperature effects. 2025 fib symposium, Concrete structures: extend lifespan, limit impacts, June 2025, Antibes, France. hal-05194500
G. Villain, N. Ranaivomanana, Q. Bossard, J-P. Garros, T. Devie, O. Durand, D. Vautrin, L. Lemarchand, J-L. Manceau, V. Le Cam, Maquette instrumentée et systèmes de pilotage et communication pour le monitoring de durabilité du béton armé. Academic Journal of Civil Engineering, 2023, Special issue - Diagnobéton 2023, 41 (4), pp.159-168. ?10.26168/ajce.41.4.19? hal-04276921v1
S. Palma Lopes, M-A. Eid, H. Ibrahim, G. Villain, S. Bonnet, Estimation de facteurs géométriques pour des mesures de résistivité avec des géométries de complexité croissante dans le béton. Academic Journal of Civil Engineering, 2023, Diagnobéton 2023, special issue, 41 (4), pp.194-201. ?10.26168/ajce.41.4.23? hal-04283263v1

Pour un diagnostic approfondi ou le recalcul de la durée de vie afin de prolonger l’usage des infrastructures, les gestionnaires d’ouvrages requièrent des informations qualifiées et quantitatives sur l’évolution continue des indicateurs de performance, en particulier, le module d’élasticité, la porosité et la teneur en eau des bétons. Le projet SCaNING a pour objectif de développer une approche systémique du suivi de santé des structures neuves ou existantes en béton armé comprenant : la validation de technologies de capteurs noyés (électriques, électromagnétiques et ultrasonores), le traitement de la mesure et l’extraction d’observables qualifiées, découplées des facteurs d’influence (en particulier la température), ainsi que la combinaison et la conversion des observables en indicateurs. Ces capteurs noyés présentent également l’intérêt d’apporter des informations quantitatives, locales très riches. Par conséquent, elles peuvent servir de référence aux évaluations non destructives réalisées en surface de l’ouvrage et ainsi permettre de les étalonner et les fiabiliser pour une cartographie quantitative de l’ensemble de la structure.
Les projets précédents sur les évaluations non destructives des indicateurs de durabilité du béton ayant montré la nécessité de combiner des méthodes d’auscultation, nous allons développer des systèmes de mesure basés sur des principes physiques différents utilisant des capteurs noyés ultrasonores, électromagnétiques et électriques. En capitalisant des connaissances issues de la littérature sur le contrôle de santé des structures, nous allons adapter les procédés de traitement des mesures permettant de supprimer les effets indésirables comme les variations de température. Une méthode de combinaison multiphysique, opérationnelle et intégrant les incertitudes va être conçue puis confrontée aux méthodes existantes (fusion de données, réseaux de neurones et logiciel libre « OpenTurns » www.openturns.org utilisé dans l’industrie) au cours d’un benchmark réalisé sur les données du projet obtenues sur des maquettes réalisées dans ce projet.
Les capteurs noyés sont utiles pour suivre l’évolution dans les ouvrages neufs. Cependant, les ouvrages anciens étant beaucoup plus nombreux, vieillissants et généralement d’importance stratégique pour le maître d’ouvrage, ils doivent être soumis à une surveillance renforcée. Il est donc crucial de concevoir des capteurs de monitoring de leur santé qui soient différents des capteurs classiques ponctuels de température, de déplacement, ou de contraintes/déformation. Pour obtenir des indicateurs qualifiés et fiables, nous prévoyons d’adapter l’approche systémique de traitement, calibration et combinaison à des capteurs implantés dans des structures anciennes. Ainsi les maquettes en béton armé seront dupliquées : l’une pour les capteurs noyés dans le béton frais et l’autre pour des capteurs implantés dans des réservations plusieurs mois après le coulage. Le système de monitoring, stockage et communication des données recueillies par les capteurs sera aussi développé.
Les livrables attendus sont les capteurs ultrasonores, électromagnétiques et électriques, la méthodologie allant de recommandations d’implantation à l’extraction des indicateurs qualifiés assortis de leurs incertitudes, utiles aux exploitants. Les maquettes instrumentées, équipées des systèmes d’acquisition seront reliées à un serveur pour rendre les données accessibles à tout le consortium pendant le projet puis mises à disposition de la communauté scientifique en libre accès après la finalisation et la valorisation du projet ANR SCaNING.