Suivi continu de l’état de santé du barrage de Ribou (Cholet) par auscultation vibratoire

Contexte, problématique à résoudre, attentes de l’exploitant :

Le barrage de Ribou (Figure 1) est la propriété de la communauté d’agglomération du Choletais. C’est un barrage de production d’eau potable de classe B. Il est déjà équipé de piézomètres, pendules, capteurs de hauteur d’eau, thermomètres, fissuromètres… Il constitue donc un cadre idéal pour valider la solution proposée par AD-Signum. Celle-ci repose sur le suivi quotidien de fréquences propres, en collaboration avec l’exploitant.

Barrage de Ribou
Figure 1 : Barrage de Ribou (160 m de longueur, 1,5 m d’épaisseur, 16 m de hauteur et 3,2 hm3 de capacité de retenue). Ce barrage est classé B selon le décret du 11 décembre 2007

L’auscultation des barrages regroupe tous les dispositifs permettant de mesurer les grandeurs physiques susceptibles d’évoluer dans la vie du barrage. Le but est de réunir des informations suffisantes, en nombre et en qualité pour repérer précocement les phénomènes évolutifs significatifs d’un risque pour les biens ou les personnes.

L’auscultation vibratoire des structures est mise en œuvre depuis quelques décennies à des fins de surveillance de l’état d’endommagement d’équipements industriels ou de structures de génie civil.

Les techniques utilisées reposent le plus souvent sur l’emploi d’accéléromètres dont les signaux sont traités par des méthodes d’analyse fréquentielle, d’identification de déformées modales ou de calcul de contraintes. L’instrumentation permanente d’ouvrages ou de structures est rare compte tenu de la complexité de l’installation et du coût important des instruments de mesure, à l’achat et à l’utilisation. L’auscultation vibratoire est donc le plus souvent ponctuelle.

Suivre l’évolution des fréquences propres d’un ouvrage est en effet un moyen de contrôler son état de santé général et ainsi d’apporter une aide objective à la décision de procéder à une inspection détaillée de l’ouvrage.

Le service de surveillance proposé par AD-Signum, permet de dresser un diagnostic de l’état de santé des structures d’une manière continue, sans interrompre leur fonctionnement. Et tout en s’affranchissant des limitations des moyens conventionnels : non nécessité de synchronisation, capteurs alimentés sur panneaux solaires, transmission de données réduites au minimum (pas de câbles).

Solution mise en œuvre par AD-Signum :

Dans un premier temps, AD-Signum a équipé le barrage de Ribou en mars 2018 d’un système de surveillance classique et performant de type sismologique, mais dont le déploiement est complexe. En effet, ce système est composé de différents éléments : capteur triaxial, système d’acquisition, batterie, régulateur, panneau solaire, GPS et des câbles. Cette installation permet un enregistrement continu de la donnée ainsi qu’un suivi continu de la fréquence propre du barrage.

Puis, AD-Signum a installé son nouveau système de surveillance. Fruit de 5 années de R&D appliquée sur la donnée enregistrée en continu, ce nouveau système est un système sans horloge, c’est-à-dire sans datation du signal. Cette solution permet de recourir à des capteurs autonomes (batterie + panneau solaire) et offre une grande souplesse de fonctionnement et de déploiement (zéro câble et installation rapide).

Capteur PROBE-2
Figure 2 : Capteur PROBE-2

Plutôt que d’amasser une très grande quantité de données, AD-Signum a paramétré ses algorithmes in-situ, dans une optique sélective et qualitative.

Cette nouvelle approche repose sur un principe simple : la donnée est sélectionnée, compressée et envoyée dans le nuage (cloud) sous forme de message crypté de bout en bout en utilisant les moyens de l’internet des objets (IoT).

Seule la vibration propre de la structure est mesurée, ainsi que son évolution dans le temps, en dehors de perturbations ponctuelles non représentatives. Par ailleurs, l’outil lui-même est mesuré au même titre que l’infrastructure. Le gestionnaire est donc informé en temps réel en cas de dysfonctionnement structural et matériel (dépassement de seuil, perte d’énergie, détérioration d’un capteur, panne informatique, défaut de communication…).

Le nouveau système de surveillance d’AD-Signum surveille le barrage de Ribou depuis septembre 2020 (cf. figure 2) et fournit la même qualité d’informations que le système classique sismologique avec une simplicité d’installation et d’utilisation bien supérieure !

(télécharger la fiche de présentation)

Résultats obtenus :

Graphique fréquence propre
Figure 3 : Suivi des fréquences propres, de la température du béton et du niveau d’eau – modélisation HST

En plaçant sous surveillance le barrage de Ribou, AD-Signum évalue en continu son comportement vibratoire en suivant l’évolution d’indicateurs synthétiques de l’état de santé (les fréquences propres).

Ne dépassant pas le seuil de déclenchement d’alerte, ces fréquences ont présenté, depuis les premiers mois de suivi, une évolution assez particulière (tendance sinusoïdale de période annuelle). Cette tendance est essentiellement liée à la température interne du béton.

En effet, la mise en œuvre d’une modélisation HST, dont le but est de lier les évolutions observées aux phénomènes réversibles (Hydrostatique et Saison) et aux phénomènes irréversibles (Temps : vieillissement & changement climatique), a permis d’observer une remarquable corrélation entre la prévision du modèle et les mesures réelles (figure 3).

Figures 4 : Interface utilisateur attractive, ergonomique et accessible 24h/24h 7j/7

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