« Au moins 25 000 ponts sont en mauvais état structurel et posent des problèmes de sécurité et de disponibilité pour les usagers »

Sécurité des ponts : éviter un drame
Rapport d’information n°609 du Sénat fait au nom de la commission de l’aménagement du territoire et du développement durable
Déposé le 26 juin 2019

Les risques structurels les plus importants ne sont pas toujours visibles. Les inspections visuelles des ponts ne permettent que de constater périodiquement les désordres apparents afin de classifier les ouvrages selon des référentiels qualitatifs (IQOA, VSC…). Face au vieillissement général des infrastructures et notamment des ponts, les gestionnaires d’ouvrages ont besoin d’un outil leur donnant une vision claire de la santé de leur patrimoine. Nos équipes ont élaboré OSMOS Weigh-in-Motion + Deformation (WiM+D®), une solution unique automatisée liant les techniques de pesage en mouvement à l’analyse des déformations structurelles. Ce nouvel outil caractérise les charges subies par l’ouvrage et quantifie l’impact exact de l’exploitation sur son état structurel.

Grâce à OSMOS WiM+D®, les gestionnaires d’ouvrages planifient des programmes de maintenance adaptés, répartissent les coûts d’entretien sur le long terme et prolongent la durée de vie de leurs ponts, tout en garantissant la sécurité des usagers.

Le module OSMOS WiM+D® permet d’aller au-delà des méthodes de pesage en mouvement classiques, coûteuses et contraignantes en termes d’installation. En disposant simplement quelques Cordes Optiques dans les zones de déformations les plus significatives sous le tablier de l’ouvrage, et ce de façon non intrusive, nous sommes en mesure d’effectuer le comptage et le pesage des véhicules lourds, et d’évaluer l’impact exact de leurs passages sur le fonctionnement mécanique de l’ouvrage.

Grâce à la précision de nos données, vous accédez à des informations clés sur le trafic de votre ouvrage telles que la vitesse et la direction de passage de chaque camion, leur poids total et la répartition du poids par essieu, leur longueur et la contrainte maximum induite sur l’ouvrage. Une classification des véhicules lourds par poids et par direction de passage est automatiquement effectuée et consultable via notre interface en ligne, SAFE WorksTM. Des caméras de vidéosurveillance optionnelles peuvent également être installées sur site et couplées à nos systèmes de mesures. Chaque camion ou convoi exceptionnel peut être identifié grâce à sa plaque d’immatriculation et son passage horodaté. Ces informations sont également disponibles en ligne sous forme de fiche individuelle et sont soumises au règlement RGPD.

L’analyse statistique de ces événements dynamiques permet d’évaluer le taux d’exploitation de l’ouvrage mais aussi de vérifier le comportement mécanique du tablier sous l’effet des charges roulantes : niveau de déformations réel, continuité, positionnement de l’axe neutre, blocages sur appuis, etc.

Grâce à l’outil OSMOS WiM+D®, vous êtes en mesure de suivre l’état de santé de votre pont en temps réel et de connaitre l’impact exact du trafic sur son comportement mécanique, vous permettant d’anticiper les actions d’entretien adéquates, d’adapter son niveau de service si cela est nécessaire et ainsi de prolonger sa durée de vie.

Application de l’outil OSMOS WiM+D® : l’exemple du suivi d’un pont autoroutier particulièrement sollicité, avec estimation du poids des véhicules et analyse des effets des convois exceptionnels

OSMOS a été sollicité par l’un des leaders européens dans la construction et la gestion d’autoroutes à péages. La mission : suivre le comportement d’un pont à usage autoroutier dont l’environnement est source de fortes sollicitations. En effet, la structure est implantée au-dessus d’une autre autoroute et d’une voie ferrée et est fréquemment empruntée par des charges lourdes, notamment des convois exceptionnels. Il convenait donc de vérifier l’impact de leurs passages sur l’état du pont.

Afin de calibrer le système OSMOS WiM+D® selon les réponses de l’ouvrage aux sollicitations, il est nécessaire d’effectuer un test de charge au préalable. Cette étape a permis d’identifier les signatures dynamiques associées aux différentes charges d’épreuve et de vérifier le comportement normal du tablier sous l’effet de ces passages de véhicules.

A la suite du test de charge, une surveillance continue de l’ouvrage a été mise en place afin d’analyser et de suivre l’évolution de son comportement mécanique face aux sollicitations internes et externes. L’analyse des données statiques a permis d’étudier les évolutions lentes du comportement de la structure, notamment sous l’effet des variations de températures et de son vieillissement naturel. Les conditions d’exploitation réelles de l’ouvrage ont pu être vérifiées à l’aide de l’analyse des données dynamiques.

Grâce à l’outil OSMOS WiM+D®, le gestionnaire du pont autoroutier est désormais en mesure de contrôler le trafic à tout moment. La surveillance du pont a notamment permis de détecter et de recenser plusieurs passages de convois dont le poids excédait la limite autorisée. Par la suite, ces véhicules ont pu être identifiés à l’aide des caméras de vidéosurveillance reliées au dispositif de monitoring. Les tests effectués, le suivi continu et les informations consultables sur l’interface SAFE WorksTM  lui ont permis d’évaluer l’état de santé réel de l’ouvrage, d’anticiper les actions correctives à mener et d’éviter des fermetures coûteuses et contraignantes.

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Long de 11,6 km, le Tunnel du Mont-Blanc est un ouvrage d’art stratégique qui permet d’établir une liaison rapide entre la France et l’Italie. Il constitue une voie d’échange majeure propice à l’économie locale et interrégionale. De fait, il accueille un important trafic chaque jour qui participe à son usure. L'exploitation du tunnel a été confiée à une structure franco-italienne, le Groupement Européen d’Intérêt Economique du Tunnel du Mont Blanc (GEIE-TMB) ; l’entreprise a sous sa responsabilité la surveillance de l’état de l’ouvrage et sa maintenance, ainsi que la sécurité et la gestion du trafic.

Aujourd’hui, le Tunnel du Mont-Blanc est un exemple en matière de sécurité, notamment sur un aspect structurel. Avec 117 Cordes Optiques LIRIS installées sous la chaussée, l’ouvrage est placé sous surveillance continue. L’instrumentation du tunnel a pour objectif de suivre et d’analyser son comportement mécanique, notamment sous l’effet de la circulation, et son évolution dans le temps.

Prise de mesure statique et dynamique pour une double lecture du comportement des dalles du Tunnel

En moyenne, 1721 poids lourds empruntent le tunnel chaque jour. Ces passages sont des sollicitations dynamiques d’intensités variables qui contribuent au vieillissement de l’ouvrage. Le dispositif de suivi OSMOS permet de mesurer l’effet de ces événements qui représentent à la fois des charges sollicitant la structure mais aussi des contraintes associées dans le matériau. Les dalles supportant les voies de circulation du tunnel ont donc été instrumentées par Cordes Optiques LIRIS.

Au-delà de la prise de mesures dynamiques, l’analyse statique est une part importante du projet de suivi. Il s'agit de mesures prises à raison d’un point par heure qui traduisent les évolutions lentes de la structure. La température étant mesurée en parallèle, ces données permettent d'étudier la réponse de la structure aux variations thermiques. Une correction des effets de la température est réalisée afin d'identifier les tendances progressives éventuelles dues au vieillissement de la structure.

L’objectif du monitoring installé, validé par le comité de sécurité du tunnel, consiste donc à étudier le comportement mécanique des dalles concernées en mesurant les déformations dues à la flexion en sous-face des dalles sous leurs poids propres (données statiques) et le cas échéant sous charges de circulation (données dynamiques).

La combinaison de ces deux types d’analyses, dynamique et statique, permet à OSMOS de calculer et d’attribuer périodiquement un indice de stabilité à chaque capteur du projet ainsi qu’à l’ouvrage dans son ensemble. La note obtenue est une information concrète et pertinente pour le client qui peut ainsi prendre connaissance de l’état de santé de son ouvrage et de l’évolution de son appréciation dans le temps.

Adopter une démarche préventive pour une gestion optimisée des ouvrages

Le projet de suivi du Tunnel du Mont-Blanc est avant tout préventif. L’objectif du monitoring : anticiper d’éventuels risques structurels afin d’adapter le niveau de service si nécessaire. Dans certains cas, une évolution notable du comportement de la structure peut mener à la mise en place de mesures conservatoires ou à des travaux de renforcement. En adoptant une démarche proactive, les gestionnaires du Tunnel du Mont-Blanc sécurisent l’ouvrage et sont en mesure de mettre en place une politique de maintenance optimisée afin de maintenir la structure en bonne santé.

Dans l'ensemble, le comportement structurel du Tunnel du Mont-Blanc est jugé très stable. Seul l’un des emplacements a été qualifié de « sensible » avec une évolution significative en tension entre octobre 2019 et janvier 2020. La cause de cette mesure anormale a été identifiée, un éclat de béton d’enrobage s’était détaché dans une gaine de ventilation provoquant la mise en tension de la Corde Optique installée sous la chaussée. Depuis que le problème a été traité, le comportement de la structure s’est entièrement stabilisé et continue de faire l’objet d’une surveillance en continu.

La direction scientifique d’OSMOS travaille en étroite collaboration avec le bureau d’études interne, composé d’ingénieurs spécialisés en structures et génie civil. Leur mission : concevoir des outils mathématiques de pointe destinés à améliorer les analyses afin de délivrer à nos clients des informations toujours plus précises et pertinentes. Parmi les outils mathématiques destinés au traitement automatique de la donnée, l’algorithme de génération d’indice de stabilité délivre une information précieuse pour les gestionnaires d’ouvrages. Ils ont désormais accès à un score synthétique unique attribué périodiquement à chaque capteur de leur projet.

 

Notre méthodologie consiste à exploiter les mesures prises en continu en s’intéressant à différentes échelles de temps (de l’instantané aux cycles saisonniers) afin d’en déduire des indicateurs pertinents sur le comportement réel de la structure et pouvoir procéder à une appréciation concrète de sa stabilité. Pour cela, nous nous basons sur deux types de prises de mesures, permettant une double lecture du comportement de la structure instrumentée :

- Mesures statiques : Il s'agit de mesures prises à raison de quelques points par heure (entre 1 et 60) qui permettent d'étudier les évolutions lentes de la structure. La température étant mesurée en parallèle, ces mesures permettent d'étudier la réponse de la structure aux variations thermiques à l'échelle des journées (court terme) et des saisons (long terme). Une correction des effets de la température est réalisée afin d'identifier les tendances progressives éventuelles dues au vieillissement de la structure.

- Mesures dynamiques : Il s'agit de mesures prises à raison de 50 à 100 points par seconde qui permettent d'étudier la réponse de la structure aux sollicitations dynamiques (charges mobiles, vent, etc.). Chacune des sollicitations dynamiques est isolée comme un évènement particulier : lorsque de nombreux évènements sont enregistrés, une analyse statistique des amplitudes des mesures obtenues lors de ces évènements est réalisée. Une tendance croissante de ces amplitudes sur le long terme est alors le signe d'un assouplissement de la structure dû à son vieillissement.

Les résultats issus de l’analyse de ces différentes échelles de temps sont combinés afin d’obtenir un indice d’évolution représentatif du comportement de la structure, capteur par capteur. Cet indice obtenu pour chaque capteur détermine ainsi la stabilité de la structure selon l’échelle suivante, sur laquelle sont également mis en évidence les indices moyen et maximal obtenus pour l’ensemble des capteurs du dispositif de suivi :

Les notations et les données enregistrées sont accessibles via notre interface en ligne, SAFE Works. Cela permet au client d’avoir une vision synthétisée de l’état de santé de sa structure et facilite l’identification des zones nécessitant une vigilance particulière.

Prenons l’exemple du Tunnel du Mont-Blanc. Pour procéder à la notation de la structure, l’indice d’évolution de chaque partie instrumentée de l’ouvrage permet de suivre l’évolution de son comportement mécanique au fil du temps. Dans le cas de ce projet, l’élément algorithmique est basé sur l’analyse des évolutions de long terme, sur les réponses de l’ouvrage aux variations de température et sur les réponses aux charges dynamiques.

Le bilan général des indices d'évolution est représenté ci-dessous :

Dans l'ensemble, le comportement structurel du Tunnel du Mont-Blanc est jugé très stable avec un indice moyen de 12.9. Seul l’un des emplacements a été qualifié de « sensible » avec une évolution significative en tension entre octobre 2019 et janvier 2020. La cause de cette mesure anormale a été identifiée, un éclat de béton d’enrobage s’était détaché dans une gaine de ventilation provoquant la mise en tension de la Corde Optique installée sous la chaussée. Depuis que le problème a été traité, le comportement de la structure s’est entièrement stabilisé et continue de faire l’objet d’une surveillance en continu.

À l’occasion de travaux engagés sur le terrain voisin d’immeubles du 19ème arrondissement de Paris, une rupture de collecteurs a été constatée au niveau des fondations du bâtiment d’habitation. Ce problème de canalisation aurait alors entrainé une décompression du sol dont l’impact sur la stabilité de la structure pouvait être amplifié par les travaux menés à proximité.

Le Structural Health Monitoring permet de déterminer l’état de santé exact des bâtiments, de détecter les pathologies naissantes et de suivre l’évolution des désordres. OSMOS accompagne les acteurs publics et privés responsables de l’entretien d’immeubles d’habitation afin de lever les doutes sur la santé des bâtiments qu’ils ont en gestion. L’expertise apportée leur permet de garantir la sécurité des occupants, d’éviter des travaux coûteux, parfois inutiles, et de préserver leurs actifs immobiliers dans le temps.

OSMOS a été missionnée par l’expert judiciaire afin de fournir une meilleure compréhension des phénomènes physiques en jeu sur deux immeubles d’habitation situés rue d’Hautpoul à Paris, et de suivre leur évolution. Pour cela, un suivi structurel en continu a été mis en place pendant et après la phase de travaux engagée sur le terrain voisin du bâtiment.

 

Installer des capteurs sur la façade avoisinant aux travaux pour analyser l’impact des sollicitations induites par le chantier

Les premiers désordres identifiés sur la structure semblaient indiquer un mouvement des murs porteurs. L’un des objectifs du projet de monitoring consistait à identifier la cause et de qualifier l’évolution du phénomène. Dans un premier temps, OSMOS a donc instrumenté les façades de l’immeuble au contact du chantier sur plusieurs niveaux afin d’évaluer leur inclinaison. En mesurant ce mouvement et en suivant son évolution dans le temps, il était alors possible de prévenir des instabilités éventuelles.

De plus, l’effet du vide découvert sous le bâtiment supposait un changement dans la descente de charge de l’immeuble. Les travaux impliquant des reprises en sous-œuvre, ils pouvaient entrainer une modification supplémentaire de la répartition des efforts dans les fondations de la structure. Parallèlement au suivi des mouvements d’inclinaison du bâtiment, il a donc été décidé de mesurer les déformations avec des Cordes Optiques sur le mur porteur au droit de la canalisation et avoisinant au chantier afin de détecter les éventuels reports de charge qui s’y établissaient.

 

Des résultats rassurants pour le client : l’analyse a révélé des déformations ponctuelles importantes sur la structure suivies d’un retour à la normale de son comportement

Le suivi des immeubles a duré une année complète et a permis de montrer que, malgré les différentes sollicitations subies par la structure, celle-ci demeurait globalement dans un état stable. Les principales variations observées tout au long du suivi étaient liées à la dilatation, phénomène naturel de la structure qui se dilate ou se contracte selon les variations de températures.

Cependant, lors des travaux, OSMOS a pu constater grâce aux mesures enregistrées par les Cordes Optiques (cf. graphique ci-dessous) une mise en tension sur le mur porteur le plus exposée au chantier. L’événement était probablement dû aux mouvements des fondations. Cela expliquerait qu’une phase de décompression ait d’abord été mesurée par le dispositif de monitoring, suivie d’un phénomène de compression provoquée par la mise en place d’un système de stabilisation.

Pour être toujours plus proche de ses clients, OSMOS Group a le plaisir d’annoncer la sortie de ses nouvelles offres de service, adaptées à chaque type d’ouvrage. Elle est accompagnée du lancement d’un nouveau site web dans lequel chaque solution est présentée.

Les gestionnaires d’ouvrages font face à des enjeux très différents selon la fonction de l’ouvrage par exemple : maintenir le niveau de service pour un ouvrage d’art, préserver le patrimoine ancien pour un monument, optimiser les conditions d’exploitation d’un équipement industriel, ou assurer la sécurité du public pour un ERP.

Chacun trouvera un accompagnement qui lui est propre et dédié, porté par un référent commercial spécialisé :

  • Ponts et Ouvrages d’art : OSMOS surveille en continu l’état de santé réel des ouvrages et vous accompagne dans votre gestion de patrimoine.

En redéfinissant les opérations de maintenance ou de travaux ciblés selon les fragilités identifiées à chaque ouvrage, les gestionnaires d’ouvrage publics et privés utilisent leur budget de façon optimale et évitent des fermetures inutiles, extrêmement coûteuses et contraignantes pour les usagers.

  • Patrimoine ancien : OSMOS vous aide à préserver le patrimoine ancien pour le transmettre aux générations futures.

La mission d’OSMOS consiste à apporter des informations concluantes sur l’état réel de la structure et à surveiller l’évolution de son comportement mécanique dans le temps.

  • Génie civil et équipements industriels : OSMOS permet de contrôler l’intégrité structurelle des équipements et du génie civil industriels.

En combinant monitoring et ingénierie comportementale, il est possible de connaître l’état de santé exact des structures, notamment les pathologies naissantes, et leur évolution dans le temps, de suivre l’impact de l’exploitation sur le comportement des équipements et/ou des structures de génie civil.

  • Bâtiments courants et ERP : OSMOS vous aide à préserver les bâtiments, en allant au-delà des critères d’aspects.

L’expertise et les informations uniques apportées aident les services techniques de sociétés gestionnaires et/ou propriétaires de bâtiments, les collectivités territoriales, les syndics de copropriété, les experts de la construction et entreprises privées à mieux maîtriser les risques structurels, à entreprendre si nécessaires les travaux d’entretien adéquats sur leurs bâtiments et à garantir la sécurité des occupants.

 

Arnaud SURPAS, Directeur Général Adjoint d’OSMOS, déclare : « Notre objectif est de renforcer l’accompagnement de nos clients dans la gestion de leurs ouvrages, mais aussi de faciliter la prise d’information et la mise en œuvre des projets de monitoring des structures. »

 

A propos d’OSMOS Group SA :

Filiale du groupe Eren, expert dans l’économie des ressources naturelles, OSMOS ambitionne de prolonger la durée de vie des structures et d’optimiser leur entretien pour économiser l’énergie et la matière nécessaires à une nouvelle construction.

Avec une expertise reconnue en France et à l’international, la société s’est imposée comme un acteur majeur sur le marché du Structural Health Monitoring (SHM). Grâce à sa technologie innovante et son savoir-faire, OSMOS donne la possibilité aux gestionnaires d’ouvrages ainsi qu’aux sociétés d’ingénierie et de construction de suivre en continu et en temps réel l’évolution de leurs structures.

Inscrite depuis 2012 et symbole du passé industriel de la ville d’Angoulême, la grande cheminée du Nil présente une inclinaison depuis plusieurs années dont le caractère évolutif devait être mis sous surveillance. La mairie a lancé un diagnostic complet de l’édifice qui a conclu à la nécessité de le mettre en sécurité, le temps de lancer les études et les travaux de consolidation et de restauration.

 

Les travaux de consolidation et de restauration de la Cheminée du Nil à Angoulême ont été confiés à un groupement composé de l’entreprise de travaux spéciaux FREYSSINET SUD OUEST, du bureau d’études ATES et du Cabinet BDF Architectures.

Dès son arrivée sur le chantier en Décembre 2018, FREYSSINET SUD OUEST a confié à OSMOS la mise en œuvre d’un système d’instrumentation structurelle afin d’étudier le comportement mécanique de la cheminée.

 

Une structure aux multiples sollicitations

Sur ce type de structure élancée et peu abritée, l’effet du vent est non négligeable. S’ajouteront bientôt à cela de nouvelles sollicitations générées par les travaux qui nécessitent d’analyser son comportement dynamique en temps réel.

OSMOS a mis en œuvre 4 Cordes Optiques disposées en pied de la cheminée afin de mesurer les déformations structurelles en continu et en temps réel. Une sonde de température a également été installée pour déterminer l’impact des variations thermiques sur le comportement de l’édifice. Afin de distinguer les effets du chantier des effets du vent, le système de monitoring a été complété par un anémomètre et une girouette.

Le dispositif déployé permet ainsi de réaliser une analyse dynamique basée sur la signature des signaux enregistrés. La mesure des déformations permet de vérifier si chaque évènement dynamique a engendré une déformation résiduelle ou irréversible, caractéristique d’un endommagement.

 

Les premiers résultats permettent d’engager les travaux

Depuis la mise en place du monitoring en décembre 2018, l’analyse des données a montré que la structure demeurait stable et que les travaux prévus pouvaient être engagés.

Le dispositif a recensé de fortes tempêtes et un petit séisme, au cours duquel la cheminée est entrée en vibration, heureusement sans aggravation de son état en comparant les signatures mécaniques avant et après l’événement. Dans l’ensemble, les données dynamiques montrent une bonne résistance de la structure avec un retour à la normale de son comportement, après chaque événement. Malgré l’intensité exceptionnelle des tempêtes et le séisme, les amplitudes de déformation les plus extrêmes montrent que ces aléas n’ont pas engendré de dommages sur l’édifice. Le monitoring restera en place pendant la phase de travaux.

 

Témoignage du client :

M. Renaud MONTES

Freyssinet Sud-Ouest, en charge des travaux de consolidation et de restauration de la Cheminée du Nil

 

« Nous sommes tout à fait satisfaits du service OSMOS. Le suivi effectué a été une aide précieuse pour avoir une bonne connaissance de l’ouvrage et de son comportement.

Grace aux informations obtenues pour avons pu rassurer notre client sur la stabilité et ce notamment pendant la phase de mise au point des études de consolidation menée par l’architecte du patrimoine Aurélien DUFOUR.

Faire appel à OSMOS permet de s’inscrire dans une logique de durabilité et de valorisation du patrimoine. »
 

Arnaud SURPAS

Directeur Général Adjoint d’OSMOS Group SA

« Le projet de surveillance de la Cheminée du Nil à Angoulême constitue une belle illustration des solutions OSMOS.

L’apport de notre expertise à l’entreprise Freyssinet permettra d’assurer la pleine réussite des travaux de rénovation et de restauration afin de préserver la bonne tenue de cet ouvrage ancien et de le transmettre aux générations futures. »
 

A propos d’OSMOS :

Filiale du groupe Eren, expert dans l’économie des ressources naturelles, OSMOS ambitionne de prolonger la durée de vie des structures et d’optimiser leur entretien pour économiser l’énergie et la matière nécessaires à une nouvelle construction.

Avec une expertise reconnue en France et à l’international, la société s’est imposée comme un acteur majeur sur le marché du Structural Health Monitoring (SHM). Grâce à sa technologie innovante et son savoir-faire, OSMOS donne la possibilité aux gestionnaires d’ouvrages ainsi qu’aux sociétés d’ingénierie et de construction de suivre en continu et en temps réel l’évolution de leurs structures.