Utiliser des capteurs ultra-sensibles pour la surveillance structurelle des infrastructures de transport
Bien qu’il soit prévu que les systèmes de suivi de l’état structurel (Structural Health Monitoring, SHM) jouent un rôle de plus en plus important dans les infrastructures de transport, les techniques actuelles continuent de reposer sur des mesures ponctuelles, au lieu d’être basées sur une détection spatiale. Cela requiert un réseau de points de détection dense qui accroit fortement les coûts de surveillance. Et les aspects financiers ne constituent pas le seul inconvénient: les capteurs de contrainte actuels ne sont pas capables de mesurer les déformations au-delà de 1 % ou 2 %, de sorte qu’ils ne sont pas en mesure de donner l’alerte en cas de catastrophe imminente. Le projet SENSKIN a adopté une approche innovante pour surmonter ces problèmes. Il a mis au point un capteur de contrainte en élastomère diélectrique, facile à installer, peu coûteux et capable de transmettre ses mesures sans fil et en consommant peu d’électricité. «Le capteur lui-même est passif, mais le nœud est alimenté par un panneau photovoltaïque qui charge une batterie Li-On 18650 de 3 000 mAh», explique le Dr Angelos Amditis, directeur de recherche à l’ICCS et coordinateur de SENSKIN. Les capteurs obtenus sont non seulement moins chers, mais également capables de détecter une large gamme de déformations, des toutes petites aux extrêmement grandes. Dans la mesure où la communication entre le capteur et le concentrateur se fait sans fil, l’installation est beaucoup plus simple et beaucoup plus rapide. Le silicium lui-même est également un matériau moins coûteux à utiliser dans la fabrication des capteurs.
Des réseaux tolérants aux délais
L’approche adoptée utilise un réseau tolérant aux délais ou DTN delay-tolerant networking, l’idée générale étant de pouvoir disposer de mesures à tout moment, quelles que soient les conditions. Le DTN permet, en cas de perte de connexion, de conserver les mesures dans une mémoire tampon, ce qui les rend disponibles aussitôt que la connexion est rétablie. Le modèle de transmission de données, asynchrone et de type «store-and-forward» (stocker et transférer), du DTN résout les problèmes d’interruption et d’infrastructure insuffisante dans la mesure où cette architecture permet le développement d’approches sophistiquées en matière de routage. Si un nœud principal ne dispose pas d’une connectivité directe à la passerelle, le système peut intégrer des nœuds intermédiaires pour permettre l’acheminement des mesures du capteur. «En cas d’événement extrême déclenchant une situation d’urgence, les mesures seront préservées grâce à ce que l’on appelle des “protocoles de communication d’urgence” (panic communication protocols), puis transmises à la station de traitement, sans perte de disponibilité ni de précision», explique le Dr Amditis. L’équipe a également mis au point un système d’aide à la décision pour faciliter une intervention structurelle proactive, basée sur l’état, dans des conditions de charge opérationnelle lourde ou après des événements extrêmes. «Les mesures des capteurs indiquent l’état de l’infrastructure (par exemple, un pont) sur la base d’un code couleur: bleu si tout va bien, jaune en cas de dommages, rouge pour les situations critiques. Par ailleurs, les modules d’analyse du cycle de vie et de son coût proposent des suggestions pour organiser la maintenance et prévoir les frais d’entretien au cours des années suivantes», ajoute le Dr Amditis. Les partenaires de SENSKIN ont essayé le système. Le projet pilote initial s’est déroulé sur le premier pont du Bosphore, à Istanbul, où la partie télécommunication du système et les aspects d’intégration ont été testés. Le deuxième et principal pilote s’est quant à lui tenu de septembre 2018 à mai 2019 sur le pont G4 à Krystalopigi, en Grèce. «Nous avons apporté un certain nombre d’améliorations et testé le capteur et les télécommunications de manière poussée, et tout a bien fonctionné. Le capteur présente quelques points faibles pour la mesure des très faibles déformations, mais, d’un autre côté, il peut mesurer des déformations extrêmement importantes, ce qui n’est pas le cas des capteurs conventionnels», explique le Dr Amditis. Il s’agissait d’un projet complexe faisant appel à une approche novatrice d’application de technologies existantes. «Ce dont je suis personnellement le plus fier, c’est la façon dont, chaque fois que des obstacles en apparence insurmontables se sont présentés, ce consortium a su collaborer en redoublant ses efforts et en apportant des solutions pour faire avancer les recherches et obtenir des résultats positifs», conclut le Dr Amditis.
Mots‑clés
système de suivi de l’état structurel, capteurs ultra-sensibles, infrastructure, système d’aide à la décision, réseau tolérant aux délais
