CE22 - Mobilité et systèmes urbains durables

Amélioration de la Connaissance de milieux complexes composés de fissures et Inversion MultiParamètres – ACIMP

Amélioration de la Connaissance de milieux complexes composés de fissures et Inversion MultiParamètres : ACIMP

Le réseau routier français se compose principalement de routes nationales, dont la plupart ont été achevées il y a une trentaine, quarantaine d’années. Les défauts de surface sont causés principalement par des fissures non-débouchantes, défauts du sous-sol qui peuvent survenir bien avant qu’une dégradation visible se produise à la surface du revêtement. L’évaluation et le suivi des dommages de structure des chaussées deviennent des enjeux majeurs pour la gestion durable du réseau routier.

Enjeux et objectif du projet ACIMP

La détection, la localisation et la caractérisation de ces fissures non-débouchantes (horizontales ou verticales) sont des éléments importants de diagnostic qui influencent la mise en œuvre de politiques d’entretien et de gestion. Les défauts sont représentatifs d’un état d’altération de la structure. Les caractéristiques géométriques de ces défauts (forme, largeur, longueur) ainsi que l’étendue et les cheminements d’eau induits par ces défauts est un indicateur très important de durabilité des ouvrages. Cette détection permet de localiser une éventuelle pathologie, d’évaluer l’état de santé de la structure, de prédire son évolution et donc d’améliorer l’aide à la prise de décision. Les enjeux de ce projet sont de réaliser une détection précoce de ces fissures, de les localiser avec une grande précision et de les caractériser géométriquement avec des méthodes d’Évaluation et de Contrôle Non Destructifs (ECND) hyperfréquences. Pour ce faire, deux outils radar seront utilisés : le premier, plus classique, sera un radar géophysique ; le deuxième, novateur pour cette application, sera un GB-SAR (Ground-Based SAR).

La détection et l’évaluation de fissures fines non-débouchantes dans les chaussées par méthodes radar sont un sujet ambitieux et encore mal résolu. En effet, les radars géophysiques ont à ce jour une résolution insuffisante. Ainsi, le Cerema, l'ICAM, l'IETR et l'IFSTTAR se proposent d’une part de mettre en œuvre de nouvelles méthodes de traitement haute résolution avec les radars géophysique et GB-SAR et d’autre part d’utiliser des bandes de fréquences plus grandes que celles actuellement utilisées. En effet, nous souhaitons utiliser pour ces deux systèmes radar des bandes de fréquence faibles (de l’ordre de 0,2 à 2 GHz pour détecter et caractériser les fissures structurelles qui se situent en profondeur) mais aussi des bandes de fréquences ultra-larges (de l’ordre de 5 à 20 GHz, pour les fissures surfaciques).
La première innovation de ce projet consiste donc à tirer parti d’un spectre de fréquences plus large que celui utilisé dans la littérature. Ainsi, des modèles électromagnétiques (rigoureux et asymptotiques) seront adaptés ou développés afin de mieux comprendre les phénomènes physiques de diffusion mis en jeu dans un milieu stratifié, composé de fissures. La deuxième innovation est l’extension du GB-SAR à cette application « chaussée ». La troisième innovation réside dans les développements de nouvelles méthodes de traitement haute résolution pour ces deux types de radar (radar géophysique et GB-SAR).

Les objectifs de ce projet sont de proposer des méthodes et outils d’auscultation, d’inspection, de monitoring pour la gestion durable des infrastructures.
Plusieurs résultats sont attendus :
• de nouvelles modélisations électromagnétiques adaptées à des milieux multi-couches (avec présence de fissure) pour mieux comprendre les phénomènes de propagation dans ces milieux complexes ;
• de nouvelles méthodes de traitement pour détecter, localiser et caractériser les fissures et ceci pour les deux technologies radar (géophysique et GB-SAR).

La détection précoce et fine, la localisation et la caractérisation des fissures permettra d’améliorer la prise de décision pour les politiques d’entretien et de gestion des chaussées. Elle permettra également d’améliorer la prédiction de l’évolution de la structure.

Les résultats de ces travaux seront proposés dans des conférences et revues internationales à comité de lecture pour les communautés « diffusion/propagation », « radar », « télédétection », « traitement du signal » et « chaussée ».
Un séminaire de

Le réseau routier français se compose principalement de routes nationales, dont la plupart ont été achevées il y a une trentaine, quarantaine d’années. Les défauts de surface de la route sont causés principalement par des fissures, défauts du sous-sol (fissures horizontales non-débouchantes comme les décollements d’interface ou fissures verticales non-débouchantes) qui peuvent survenir bien avant qu’une dégradation visible se produise à la surface du revêtement. Pour les fissures non-débouchantes, dites de surface (essentiellement localisées au niveau de la première couche de la chaussée), une rénovation de la première couche peut être nécessaire (suivant l’étendue et la quantité de fissures). En revanche, pour des fissures dites structurelles (fissures sur plusieurs couches de la structure), des travaux de rénovation plus importants seront alors à réaliser. Par suite, l’évaluation et le suivi des dommages de structure des chaussées deviennent des enjeux majeurs pour la gestion durable du réseau routier. La détection, la localisation et la caractérisation de ces fissures non-débouchantes (horizontales ou verticales) sont des éléments importants de diagnostic qui influencent la mise en œuvre de politiques d’entretien et de gestion. Les défauts sont représentatifs d’un état d’altération de la structure. Les caractéristiques géométriques de ces défauts (forme, largeur, longueur) ainsi que l’étendue et les cheminements d’eau induits par ces défauts est un indicateur très important de durabilité des ouvrages. Cette détection permet de localiser une éventuelle pathologie, d’évaluer l’état de santé de la structure, de prédire son évolution et donc d’améliorer l’aide à la prise de décision. Les enjeux de ce projet sont de réaliser une détection précoce de ces fissures, de les localiser avec une grande précision et de les caractériser géométriquement avec des méthodes d’Évaluation et de Contrôle Non Destructifs (ECND) hyperfréquences. Pour ce faire, deux outils radar seront utilisés : le premier, plus classique, sera un radar géophysique ; le deuxième, novateur pour cette application, sera un GB-SAR (Ground-Based SAR). La détection et l’évaluation de fissures non-débouchantes dans les chaussées par méthodes radar sont un sujet ambitieux et encore mal résolu. En effet, les radars géophysiques ont à ce jour une résolution insuffisante. Ainsi, on se propose d’une part de mettre en œuvre de nouvelles méthodes de traitement haute résolution avec les radars géophysique et GB-SAR et d’autre part d’utiliser des bandes de fréquences plus grandes que celles actuellement utilisées. En effet, nous souhaitons utiliser pour ces deux systèmes radar des bandes de fréquence faibles (de l’ordre de 0,2 à 2 GHz pour détecter et caractériser les fissures structurelles qui se situent en profondeur) mais aussi des bandes de fréquences ultra-larges (de l’ordre de 5 à 20 GHz, pour les fissures surfaciques). La première innovation de ce projet consiste donc à tirer parti d’un spectre de fréquences plus large que celui utilisé dans la littérature. Ainsi, des modèles électromagnétiques (rigoureux et asymptotiques) seront adaptés ou développés afin de mieux comprendre les phénomènes physiques de diffusion mis en jeu dans un milieu stratifié, composé de fissures. La deuxième innovation est l’extension du GB-SAR à cette application « chaussée ». La troisième innovation réside dans les développements de nouvelles méthodes de traitement haute résolution pour ces deux types de radar (radar géophysique et GB-SAR). Ainsi, le projet sera structuré en 5 tâches : une tâche liée à la gestion du projet, une tâche liée aux modélisations électromagnétiques du problème direct, deux tâches liées aux développements de méthodes haute résolution à faible complexité calculatoire pour l’estimation des paramètres (l’une avec un GPR, l’autre avec un GB-SAR); la dernière tâche est consacrée à la mise en œuvre de la plate-forme expérimentale et aux mesures réalisées sur cette dernière.

Coordinateur du projet

Monsieur Cédric LE BASTARD (Cerema Direction Territoriale Ouest)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IFSTTAR / COSYS Institut Français des Sciences et Technologies des Transports de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)
IETR INSTITUT D'ELECTRONIQUE ET DE TELECOMMUNICATION DE RENNES (IETR)
ICAM ICAM OUEST
IETR INSTITUT D'ELECTRONIQUE ET DE TELECOMMUNICATION DE RENNES (IETR)
Cerema-Oue Cerema Direction Territoriale Ouest

Aide de l'ANR 639 245 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2018 - 48 Mois

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