Modèle opérationnel de Pozzuoli pour la surveillance dynamique par accéléromètres de bâtiments témoins situés dans la province de Naples

Le phénomène du bradyséisme dans les Champs Phlégréens représente un défi complexe pour la sécurité des constructions existantes. Dans ce contexte, la Commune de Pozzuoli a lancé un projet innovant de surveillance dynamique sur des bâtiments témoins, en utilisant des technologies avancées et une approche intégrée.

L’article illustre le fonctionnement, les objectifs et les outils employés dans le Modèle Opérationnel de Pozzuoli, conçu pour soutenir les activités de prévention, de gestion et d’évaluation structurelle du bâti dans une zone à haute vulnérabilité sismique.

Description et objectifs du Modèle Opératif Pozzuoli

La Commune de Pozzuoli^[1] a confié au Laboratoire EDILTEST S.r.l.^[2] la mise en œuvre d’un “Modèle Opératif Pozzuoli” de surveillance de Bâtiments Témoins pour soutenir la gestion des activités de contrôle et de surveillance du bâti dans la Commune, zone soumise à une lente déformation du sol connue sous le nom de bradyséisme, avec l’objectif de mettre en place une procédure de contrôle et d’estimation de l’évolution des conditions de dommage du bâti face aux phénomènes sismiques associés au bradyséisme.

Le développement et la mise en œuvre du Modèle Opératif, menés avec le conseil scientifique du Prof. Luigi Petti^[3], prévoient une approche multi-échelle et multi-niveau qui repose sur le Monitoring Dynamique de Bâtiments Témoins décrits par des Modèles Numériques dans l’environnement usBIM.geotwin. La phase initiale prévoit le monitoring des trois premiers bâtiments avec des réseaux accélérométriques basés sur la technologie Dewesoft^[4]. Le monitoring, à la demande ou activable sur déclencheur (c’est-à-dire en conditions sismiques), permettra de contrôler l’évolution des principaux paramètres du comportement dynamique, y compris les fréquences principales de vibration et les formes modales, ainsi que de soutenir et calibrer la construction de Modèles Numériques pour le développement des Jumeaux numériques.

L’importance de la surveillance structurelle

L’acquisition de données sur le comportement des constructions existantes en service et sous actions sollicitantes – avec une attention particulière aux événements sismiques – représente une opportunité de plus en plus actuelle et stratégique. La connaissance approfondie de la réponse structurelle de ces constructions peut être efficacement poursuivie à travers des systèmes de surveillance structurelle (SHM – Structural Health Monitoring), qui reposent sur l’intégration de réseaux de capteurs distribués, de systèmes d’acquisition et d’archivage de données, d’infrastructures pour la transmission des informations – même vers des plateformes de traitement distantes – et de procédures logicielles avancées pour l’analyse, le diagnostic et l’interprétation des mesures ^[5,6,7].

L’évolution normative, qui a introduit des concepts fondamentaux tels que la durée de vie nominale, les classes d’usage et des prescriptions spécifiques pour certaines typologies d’ouvrages, souligne l’importance d’une connaissance continue et documentée de la “vie” de la construction. Dans cette optique, la surveillance représente un outil essentiel pour détecter dans le temps les conditions statiques, dynamiques et environnementales auxquelles la structure est soumise. Cela est d’autant plus important dans des contextes complexes tels que la zone des Champs Phlégréens, où un phénomène de bradyséisme est en cours depuis longtemps, provoquant des secousses sismiques continues.

Comme clairement souligné par les normes et les lignes directrices du secteur, les objectifs principaux de la surveillance du bâti peuvent permettre : 

1. Amélioration de la connaissance du comportement structurel : grâce à la corrélation directe entre les actions agents, les états déformants et les modèles de calcul utilisés dans la conception, il est possible d’affiner les prévisions techniques et d’augmenter la fiabilité des analyses structurelles ;
2. Détection précoce des anomalies : la surveillance continue permet d’identifier des signaux précoces de dégradations structurelles, tant en raison de phénomènes cycliques (ex. fatigue des matériaux), que suite à des événements exceptionnels tels que des tremblements de terre, des impacts environnementaux ou des sollicitations anthropiques ;
3. Soutien à la gestion et à l’entretien des ouvrages : les données obtenues offrent une base solide pour prendre des décisions éclairées dans la gestion des constructions, en programmant des interventions de maintenance prédictive ou extraordinaire de manière plus efficace.

Analyse dynamique

L’objectif du Modèle Opératif Pozzuoli est de permettre une estimation rapide de l’évolution du dommage en conséquence des nombreux phénomènes sismiques liés au bradyséisme en cours, en analysant l’évolution des principaux paramètres qui décrivent la réponse dynamique des bâtiments et en comparant la demande sismique en termes d’accélération à la base avec la résistance de ceux-ci.

La connaissance approfondie du comportement structurel représente cependant aussi un aspect crucial pour une évaluation fiable de la sécurité des constructions existantes. En particulier, l’acquisition de données réelles par le biais de la surveillance peut permettre de : 

• réduire les incertitudes liées aux modèles structurels, souvent basés sur des hypothèses simplifiées ou sur des informations incomplètes relatives aux matériaux, aux détails constructifs et aux conditions aux limites ;
• corréler directement les actions agents (charges statiques, dynamiques, environnementales) avec la réponse réelle de la structure (déformations, déplacements, accélérations), vérifiant l’adéquation des hypothèses de conception et des modèles analytiques utilisés ;
• recalibrer les paramètres mécaniques grâce à l’utilisation de modèles mis à jour, soutenus par des données mesurées in situ, permettant des analyses plus cohérentes avec le comportement effectif de l’ouvrage ;
• évaluer la capacité résistante résiduelle sur la base de la réponse observée dans le temps, en tenant compte également des éventuelles modifications, dégradations ou interventions ayant altéré les caractéristiques structurelles d’origine.

En définitive, une telle approche permet de dépasser la logique purement théorique et normative, en s’approchant d’une vérification de performance basée sur des preuves, qui intègre modélisation numérique et mesures expérimentales. Dans une zone où les constructions sont soumises à des sollicitations cycliques répétées dues au bradyséisme, la capacité d’intercepter des variations même minimes dans la réponse structurelle est essentielle pour évaluer l’impact des événements en cours sur la sécurité des constructions.

Dans le cas de Pozzuoli, les données collectées et les informations élaborées sont mises à disposition presque en temps réel à la Commune grâce à l’implantation d’une plateforme usBIM.geotwin. De cette manière, l’augmentation de la connaissance, en plus de représenter un soutien pour la Commune de Pozzuoli dans les phases de gestion des phénomènes en cours, constitue une base d’information continue qui peut être intégrée dans les systèmes de gestion des actifs pour : 

1. Planifier des interventions de maintenance prédictive, réduisant les coûts et les risques par rapport à une gestion réactive ;
2. Prioriser les ressources en fonction de l’état réel de sollicitation et de dégradation des constructions ;
3. Documenter l’évolution du comportement structurel dans le temps, même en relation avec des événements environnementaux extrêmes ;
4. Soutenir les décisions stratégiques des entités locales concernant les évacuations, fermetures, mises en sécurité ou consolidations, en se basant sur des preuves techniques objectives.

Technologies utilisées : Dewesoft et usBIM.geotwin

Les réseaux de surveillance mis en œuvre sur les Bâtiments Témoins ont été développés en adoptant la plateforme Dewesoft, solution intégrée pour l’acquisition, l’analyse et la gestion des données structurelles et environnementales en temps réel. En particulier, des technologies robustes ont été choisies, prévoyant l’utilisation de capteurs calibrés à très faible bruit, généralement utilisés dans des environnements industriels complexes, avec une capacité d’expansion et de reconfiguration immédiate, en cas d’évolutions des conditions de fait.

Chaîne d’acquisition Dewesoft

La chaîne d’acquisition Dewesoft garantit la synchronisation des données à la microseconde, assurant une grande précision des signaux générés par tous les canaux. Chaque unité est, de plus, certifiée pour fonctionner dans des environnements à fort bruit électromagnétique et dans des contextes où une grande robustesse et fiabilité sont requises, la rendant idéale pour des applications critiques telles que les secteurs ferroviaire, industriel et aérospatial, où la fiabilité du signal est fondamentale.

Environnements avec fort bruit électromagnétique

La plateforme usBIM.geotwin a été configurée pour offrir un Environnement Commun de Données (ECD) pour la gestion numérique des données et des informations traitées, permettant de publier et de partager des données et des documents conformément aux normes du secteur. De cette manière, la gestion des Jumeaux Numériques est possible, grâce à une technologie qui repose sur une intégration dynamique et bidirectionnelle entre le système openBIM^® et celui du SIG. En particulier, la plateforme intègre dynamiquement des modèles et des processus openBIM^® avec cartes, scènes et fonctions GIS (ArcGIS^® de Esri) pour construire et gérer des Digital Twin Géospatiaux sans limites dimensionnelles. De plus, le système offre un environnement unifié pour visualiser les objets d’analyse individuels dans un contexte géospatial détaillé, intégrant la plateforme de gestion openBIM de manière transparente au GIS, sans importation de données. Il est possible de gérer des modèles IFC/openBIM^®, BIM/3D, nuages de points, maillages texturés, etc. géolocalisés et intégrés avec le GIS.

Intégration modèles openBIM cartes, scènes et fonctions SIG

Le Modèle Opératoire Pozzuoli a été conçu pour enrichir le SIG d’informations géométriques et de données (BIM, IoT, FM, etc.) concernant les bâtiments et les infrastructures pour une représentation numérique complète de l’environnement construit.

Regardez l’interview du Prof. Luigi Petti pour approfondir le développement et l’implémentation du Modèle Opératoire Pozzuoli et son approche multiscalaire et multiliveau basée sur des modèles numériques usBIM.geotwin.

Références

[1] La Commune de Pozzuoli, sous la direction du Maire, ing. Luigi Manzoni, a formellement lancé et promu le « Modèle Opératoire Pozzuoli ». La responsabilité principale de la gestion stratégique et du coordination exécutif de cette initiative civique a été attribuée aux bureaux dirigés par le Responsable arch. Agostino di Lorenzo, qui bénéficie de la contribution professionnelle d’une équipe interne qualifiée, composée de la dott.ssa Maria Cristina Gioia, de la dott.ssa Vittoria Scotto Rosato et de l’arch. Nicola Manzo.

[2] Le Laboratoire EDIL-TEST S.r.l., www.ediltest.it est l’un des premiers Laboratoires Autorisés par le Ministère des Travaux Publics en vertu de l’art. 20 de la Loi 1086/71, a été constitué en 1977 et est actuellement doté d’une concession ministérielle selon l’article 59 du DPR 380/2001 et d’une autorisation selon la Circulaire 633/STC du 03/12/2019. Le Laboratoire a déjà fourni ses services pour des travaux publics d’intérêt national, Colisée, Certosa di Padula, Basilique de S. Francesco D’Assisi, Église de S. Anna di Pietrelcina, Certosa di San Giacomo à Capri, Tours Morandi de Messine, Tribunal de l’Aquila, Viaduc Rio Faldo et Rio Gamberi (Autoroutes pour l’Italie).

[3] Le prof. Luigi Petti, enseignant à l’Université des Études de Salerne https://docenti.unisa.it/004657/home, enseigne, entre autres, MONITORAGE ET INSPECTION DES OUVRAGES D’ART ROUTIERS. Il est responsable de nombreuses activités de recherche et/ou services pour la surveillance, le monitoring, l’AUDIT et l’analyse de risque de structures et systèmes complexes, tels que SS691, Raccordement Autoroutier RA02, Autoroute A3, Périphérique de Naples, Parcs Archéologiques de Paestum et Velia, Parc Archéologique de Pompéi, Centre historique de Palerme, Zone Porta Ovest Salerne, ainsi que de l’analyse de structures complexes telles que, par exemple, les composants DIVERTORE du projet DEMO (EUROFUSION). Il participe aux travaux du groupe de travail UNI/CT 021/GL08 “Monitoring des structures”. www.lacelab.net

[4] Dewesoft est une société qui fournit des outils de mesure et de test dont le siège social est situé en Slovénie, https://dewesoft.com/it. La conception, la réalisation et le test sont effectués directement au siège ; l’étalonnage des systèmes est effectué par des laboratoires internes certifiés selon les normes ISO 9001 et ISO 17025. Les principaux domaines d’application sont l’industriel, l’automobile, l’aérospatial, l’acoustique, le civil et l’électrique. L’instrumentation plug and play offre la possibilité de créer des systèmes d’analyse complexes, mais en même temps faciles à configurer, avec une grande précision et exactitude et le logiciel d’acquisition peut être utilisé pour l’analyse des données en « temps réel » ou en post-acquisition.

[5] Petti, L.; Lupo, C.; De Gaetano, C.M. Un “Cadre Méthodologique pour la Surveillance des Ponts”. Appl. Sci. 2023, 13, 4975. https://doi.org/10.3390/app13084975

[6] Zuchtriegel, G.; Petti, L.; Calvanese, V.; De Gaetano C.M.; Lupo, C.; Spinosa A.; Zambrano, A., “Le modèle de gestion durable de Pompéi”, e-Journal Pompei, 2024, https://pompeiisites.org/wp-content/uploads/28_E-Journal-The-Pompeii-sustainable-management-model-2.pdf

[7] Petti, L.; Lupo, C.; D’Angelo, T.; Dallocchio, P.; Guizzetti, D., “Une Stratégie de Monitoring Innovante des Temples Anciens constitués de Structures en Blocs Rigides”, Sciencedirect Procedia Structural Integrity 64 (2024) 637–644, 2452-3216 © 2024, ELSEVIER