Surveillance des ponts : comment gérer les actifs d’infrastructure avec l’IdO

Les systèmes les plus innovants pour la surveillance des ponts et des infrastructures avec l’aide du BIM et des capteurs IdO

La surveillance des ponts est une action préventive indispensable pour la sécurité des infrastructures et de leurs usagers.

Il existe actuellement de nouvelles technologies qui facilitent et améliorent la surveillance des infrastructures, telles que les capteurs, les outils numériques, l’intelligence artificielle et les systèmes IdO. Dans cet article, nous explorerons le rôle des logiciel de gestion des ponts dans la gestion du patrimoine infrastructurel, en mettant l’accent sur la surveillance des ponts et des technologies utilisées.

Surveillance des ponts issu de usBIM.IOT plateforme 

Qu’est-ce que la surveillance des ponts ?

La surveillance des ponts est un processus qui implique l’observation et la collecte de données concernant les conditions structurelles et fonctionnelles d’un pont. Grâce à des systèmes de surveillance appropriés, il est possible d’identifier les anomalies ou la dégradation des matériaux, garantissant la sécurité, l’efficacité et la durée de l’ouvrage.

Comment évaluer la sécurité des ponts existants

L’évaluation de la sécurité des ponts existants repose sur plusieurs paramètres, notamment :

• l’âge ;
• le matériau ;
• le type de structure ;
• la charge ;
• l’exposition aux intempéries.

Les méthodes d’évaluation comprennent :

• l’analyse visuelle ;
• l’inspection par drone ;
• l’utilisation de capteurs et de systèmes de surveillance ;
• le calcul de la capacité portante à l’aide de modèles mathématiques et de logiciels spécialisés.

Inspection et surveillance des ponts pour l’évaluation de la sécurité

La surveillance des ponts et les enquêtes d’inspection sont deux approches complémentaires pour évaluer la sécurité des ponts. La surveillance consiste à collecter des données en temps réel à l’aide de capteurs et de systèmes de surveillance, ce qui permet une évaluation continue des conditions structurelles. En revanche, les enquêtes d’inspection prévoient une analyse visuelle ou l’utilisation de technologies spécifiques à des moments prédéterminés.
Les inspections visuelles et la compilation des fiches de défauts des ponts sont des processus essentiels pour assurer la sécurité et la maintenance correct des infrastructures. Au cours de ces inspections, les techniciens et les ingénieurs examinent l’état des ponts, identifient les éventuels problèmes structurels ou dommages et documentent les résultats pour planifier d’éventuelles interventions de réparation ou de maintenance. Voici quelques-unes des principales étapes de l’inspection visuelle et de la compilation des fiches de défauts des ponts.

1. planification et préparation : avant de procéder à l’inspection, il est important de planifier et de préparer correctement l’activité. Cela comprend l’examen des informations historiques sur le pont, l’identification des zones critiques à examiner et la collecte des outils et équipements nécessaires ;
2. inspection préliminaire : l’inspection commence par une analyse visuelle générale du pont, afin de détecter tout signe évident de dommage ou de dégradation. Cela peut inclure fissures, corrosion, érosion, distorsions ou d’autres anomalies structurelles ;
3. inspection détaillée : une fois que les domaines d’intérêt ont été identifiés, les inspecteurs procèdent à un examen plus approfondi. Cela peut inclure l’utilisation d’outils de diagnostic spécifiques, tels que des marteaux d’essai de rebondissement, des endoscopes ou des jauges d’épaisseur à ultrasons, pour évaluer plus précisément l’étendue et la gravité des défauts détectés ;
4. documentation : au cours de l’inspection, les inspecteurs remplissent les fiches de défauts, en enregistrant tous les détails pertinents, y compris la localisation des défauts, leur étendue et leur gravité, ainsi que les recommandations éventuelles pour la réparation ou la maintenance. Ces fiches peuvent ensuite être utilisées pour déterminer les priorités des interventions et suivre les progrès dans le temps ;
5. analyse des données et rapport final : une fois les inspections et la compilation des fiches de défauts terminées, les ingénieurs analysent les données collectées et établissent un rapport final synthétisant les résultats. Ce rapport peut être utilisé pour informer les décisions relatives à la maintenance, à la réparation ou à l’amélioration des infrastructures ;
6. surveillance et maintenance : enfin, il est important de continuer à surveiller et à entretenir les ponts dans le temps, en effectuant des inspections périodiques et en mettant en œuvre les recommandations issues des rapports d’inspection. Cela contribuera à assurer la sécurité et la durabilité des infrastructures à long terme.

Les avantages de la surveillance des ponts incluent la possibilité de détecter rapidement les anomalies ou la dégradation, réduisant ainsi les risques et les coûts de maintenance. Cependant, l’installation et la gestion des systèmes de surveillance nécessitent des ressources et des compétences spécifiques. Les enquêtes d’inspection, en revanche, peuvent être moins coûteuses et moins complexes, mais elles offrent une vision moins détaillée et continue de l’état du pont.

L’intégration des deux méthodes permet d’obtenir une vision complète et précise de l’état du pont et de planifier des interventions de maintenance plus efficaces.

Exemple de surveillance des ponts : IdO et BIM

Un exemple de système de surveillance d’un pont basé sur les technologies IdO et BIM consiste à utiliser des capteurs connectés à un réseau de communication pour détecter des données sur les conditions structurelles, telles que les déformations, les vibrations, la température et la corrosion. Ces données sont ensuite intégrées dans le modèle BIM (Building Information Modeling) du pont, qui permet de visualiser et d’analyser les informations en temps réel et de soutenir la gestion et la maintenance de l’infrastructure.

Le cas du viaduc « Canalone »

Le cas d’étude proposé concerne la surveillance avec des systèmes innovants du viaduc Canalone, situé le long de l’autoroute Naples-Salerne. Le projet de recherche est le résultat de la collaboration de six universités italiennes, dont le département des structures pour l’ingénierie et l’architecture de l’Université Federico II de Naples.

Cas d’étude du viaduc Canalone autoroute Naples/Salerne

Il s’agit d’un viaduc avec une typologie structurelle en arc à voie supérieure, en béton armé, avec une longueur de 120 m et 11 travées.

Tout d’abord, un modèle 3D BIM de l’infrastructure a été réalisé, nécessaire pour gérer les données provenant de capteurs innovants, installés sur le viaduc lui-même.

Les capteurs installés sont :

• 48 capteurs de pression (le premier groupe installé par paires sur les piliers du pont, à 75 cm de l’enchevêtrement de la poutre de l’échafaudage pour analyser la charge en mouvement, le deuxième  groupe installé sur l’arc du pont dans le but de vérifier l’état de tension et le déchargement global de l’échafaudage soumis à la charge de trafic) ;
• 6 accéléromètres triaxiaux installés sur les deux poutres de bord pour analyser les propriétés dynamiques de la structure et suivre leur évolution dans le temps ;
• 3 thermocouples.

L’installation est complétée par : 

• 8 nœuds pour la gestion des données des  capteurs de pression ;
• 2 nœuds pour accéléromètres ;
• 1 routeur 4G et système de connexion sur fibre.

Pour le traitement des données, il a été nécessaire de se référer à un domaine de valeurs standard, utile pour déterminer si les déplacements sont dus à des facteurs aléatoires ou à des problèmes dus au passage de véhicules lourds. Après avoir recensé, analysé et effectué le traitement des données, il faut les visualiser à l’aide de plateformes d’interopérabilité. Une plateforme d’interopérabilité doit donner accès, traçabilité, permettre l’archivage des données relatives à l’ouvrage, permettre la surveillance en temps réel et fournir des alertes et des rapports.

Avec usBIM.IoT, vous pouvez intégrer des modèles BIM et des systèmes IoT. Il est possible de charger le modèle 3D BIM à l’intérieur de la plateforme, avec la capteurs appliquée à l’infrastructure réelle. Une couleur et une plage de valeurs de référence sont associées aux capteurs. À l’arrivée des données détectées par les capteurs, le modèle 3D est mis à jour en temps réel, rapportant les résultats détectés par le capteur sur le site. La vérification est également effectuée visuellement à l’aide des couleurs associées aux différents types de capteurs.

Système de surveillance des ponts

Un système de surveillance des ponts est un ensemble d’outils et de technologies utilisés pour évaluer et maintenir les conditions structurelles des ponts dans le temps. Il permet de détecter d’éventuels problèmes ou dommages structurels, en fournissant des informations utiles pour la maintenance et la gestion des ponts. Un système de surveillance des ponts complet et professionnel se compose des principaux composants suivants :

1. capteurs – les capteurs sont des dispositifs qui détectent et mesurent divers paramètres structurels et environnementaux du pont dont il sera plus largement question dans les paragraphes suivants consacrés à l’IdO ;
2. système d’acquisition de données (SAD) – le SAD est le composant qui collecte et stocke les données provenant des capteurs. Il se compose d’unités d’acquisition de données, qui convertissent le signal analogique en signal numérique et stockent les données pour un traitement ultérieur ;
3. système de communication – ce système permet la transmission des données entre les capteurs, le SAD et le centre de contrôle. Il peut utiliser différentes technologies, telles que les câbles, les réseaux sans fil ou la fibre optique, en fonction des besoins spécifiques du projet ;
4. centre de contrôle et de surveillance – c’est le poste où les opérateurs et les ingénieurs analysent les données collectées par le système de surveillance. Le centre de contrôle est équipé de logiciels et de matériel dédiés au traitement et à la visualisation des données, permettant une interprétation facile des informations collectées ;
5. logiciels d’analyse et de diagnostic – ces programmes sont utilisés pour traiter et analyser les données collectées, afin d’identifier les anomalies ou les tendances qui peuvent indiquer des problèmes structurels. Le logiciel peut inclure des algorithmes d’apprentissage automatique, des modèles numériques et des techniques d’analyse statistique pour améliorer la fiabilité et la précision des diagnostics ;
6. système d’alerte et de notification – en cas de détection de conditions critiques ou potentiellement dangereuses, le système de surveillance peut générer automatiquement des alarmes et des notifications pour alerter les opérateurs et les ingénieurs responsables. Cela permet une intervention rapide pour prévenir des dommages majeurs ou des situations de danger.

En résumé, un système de surveillance de pont professionnel et détaillé se compose d’une série de capteurs, d’un système d’acquisition de données, d’un système de communication, d’un centre de contrôle et de surveillance, d’un logiciel d’analyse et de diagnostic et d’un système d’alarme et de notification.

Types de ponts, pathologies les plus fréquentes et types de surveillance correspondants

Les principaux types de ponts comprennent les ponts à arc, à poutres, à étagères, à câbles et suspendus. Chaque type de pont peut présenter des pathologies spécifiques, telles que la corrosion, les fissures, les défaillances ou les déformations. La surveillance appropriée varie en fonction du type et des pathologies présentes, et peut inclure des méthodes telles que la surveillance des déformations, des vibrations, de la température ou de la corrosion.

Types de surveillance des ponts

Les types de surveillance des ponts peuvent être divisés en :

• statique ;
• dynamique ;
• environnemental.

La surveillance statique concerne la détection des déformations et des charges permanentes, tandis que la surveillance dynamique traite des vibrations et des contraintes induites par la circulation et le vent. La surveillance environnementale, quant à elle, se concentre sur des paramètres tels que la température, l’humidité et la corrosion, qui peuvent affecter la durée et la sécurité du pont.

Surveillance dynamique des ponts

La surveillance dynamique des ponts se concentre sur la détection des vibrations et des contraintes induites par la circulation, le vent et les événements sismiques. Grâce à l’analyse des données collectées, il est possible d’identifier d’éventuelles anomalies structurelles, d’évaluer l’effet des contraintes sur le pont et de prévoir sa durée dans le temps.

Conception et installation d’un système de surveillance

La conception et l’installation d’un système de surveillance des ponts nécessitent une analyse approfondie des besoins spécifiques de l’infrastructure, le choix des dispositifs et des méthodes de surveillance les plus appropriés et la définition d’un réseau de communication pour la transmission des données. En outre, il est important de prévoir des procédures de maintenance et d’étalonnage des appareils, ainsi que la formation du personnel impliqué dans la gestion du système.

Qu’est-ce que l’IdO et comment peut-il être utilisé pour la surveillance des ponts

L’Internet des objets (IdO) «en anglais Internet of Thing (IoT)» est un ensemble d’appareils interconnectés qui communiquent entre eux via Internet. Ces dispositifs peuvent inclure des capteurs, des actionneurs et des systèmes de traitement de données. L’IdO peut être utilisé pour surveiller différents paramètres de pont, tels que les vibrations, les déformations, la température et le trafic, permettant une surveillance en temps réel et une maintenance plus efficace.

Actuellement, il est également possible d’utiliser des plateformes IoT BIM pour gérer les appareils IdO directement à partir du modèle BIM. En pratique, les données détectées par les capteurs sont envoyées  à l’application qui les capture et les rend visibles en temps réel sur le modèle 3D BIM au format IFC.

L’enrichissement du modèle BIM avec les informations provenant de l’écosystème IdO facilite également la gestion des grands écosystèmes IdO.

Technologies IdO pour la surveillance des ponts

Capteurs de vibration et de déformation

Les capteurs de vibration et de déformation sont des dispositifs IdO qui détectent les variations structurelles des ponts, fournissant des informations précieuses sur leur intégrité. Ces capteurs peuvent détecter les anomalies et signaler les problèmes avant qu’ils ne deviennent graves, ce qui permet une intervention rapide.

Capteurs de température et d’humidité

Les variations de température et d’humidité peuvent affecter la durée de vie des matériaux utilisés dans les ponts. Les capteurs IdO qui surveillent ces paramètres permettent de détecter des problèmes tels que la corrosion et l’usure des matériaux, facilitant ainsi la planification de la maintenance préventive.

Capteurs pour la surveillance du trafic

Les capteurs de trafic IdO peuvent détecter le flux de véhicules et leur poids, fournissant des données utiles pour gérer le trafic et évaluer l’impact du trafic sur les infrastructures. Ces données peuvent être utilisées pour mettre en œuvre des mesures visant à réduire la charge sur les ponts, améliorant ainsi leur durée de vie.

Systèmes d’analyse et d’alarme pour la gestion des données

Les données collectées par les capteurs IdO doivent être analysées et gérées pour extraire des informations utiles. Les systèmes d’analyse et d’alarme peuvent traiter les données en temps réel et générer des notifications en cas d’anomalies ou de situations potentiellement dangereuses, permettant une intervention rapide et ciblée.

Les avantages de la surveillance des ponts avec l’IdO

L’utilisation de l’IoT dans la surveillance des ponts permet une meilleure prévention des risques et une meilleure gestion des urgences. Grâce aux données collectées en temps réel, il est possible d’identifier et de résoudre les problèmes avant qu’ils ne deviennent critiques, garantissant ainsi un niveau de sécurité plus élevé.

Efficacité de la maintenance

La surveillance en temps réel des ponts via l’IdO permet d’optimiser les processus de maintenance, en intervenant uniquement quand et où cela est nécessaire. Cela réduit les temps d’intervention et minimise les désagréments liés au trafic.

Réduction des coûts

La mise en œuvre de l’IdO dans la surveillance des ponts peut entraîner une réduction des coûts de maintenance, grâce à la possibilité d’identifier et de résoudre les problèmes en temps opportun, évitant ainsi des interventions plus coûteuses et plus coûteuses par la suite.

Les défis de la mise en œuvre de l’IdO

Malgré ses nombreux avantages, l’adoption de l’IdO dans la surveillance des ponts pose également des défis tels que la cybersécurité, la confidentialité des données et la nécessité d’investir dans l’installation et l’intégration des appareils. Cependant, compte tenu des avantages à long terme en termes de sécurité, d’efficacité et de réduction des coûts, les experts estiment que la mise en œuvre de l’IdO dans les infrastructures est un investissement viable et durable.

L’avenir de la surveillance des infrastructures avec l’IdO

L’avenir de la surveillance des infrastructures avec l’IdO est prometteur, avec de nouvelles technologies et des solutions en constante évolution. L’intelligence artificielle et le machine learning pourraient être intégrés dans les systèmes de surveillance pour améliorer encore l’analyse des données et la prévision des problèmes. En outre, l’avènement de la technologie 5G pourrait améliorer la connectivité et la vitesse de transmission des données, rendant la surveillance encore plus efficace et rapide.