Listening to buildings: towards reliable early warning for structural failure and collapse

Assurer la prévention de défaillances structurales dans les constructions à risque potentiel

Les conditions environnementales, normales ou extrêmes, peuvent solliciter les bâtiments au-delà de leur limite de stabilité. Dans le cas de constructions « sensibles » telles que les oléoducs, les barrages artificiels, les centrales nucléaires ou les tunnels, par exemple, cela peut avoir des conséquences catastrophiques. Un des exemples les plus récents est celui de l’effondrement du pont Morandi à Gênes, en août 2018, qui a coûté la vie à 43 personnes. Pour éviter de telles catastrophes, la surveillance de l’intégrité des structures (SHM) est essentielle. Dans le but de faciliter une telle supervision, le Dr Jordi Baro-Urbea, du Centre de recherche en mathématiques de Catalogne, développe des modèles qui permettront d’interpréter les émissions acoustiques d’un édifice afin d’en mesurer l’état interne. L’objectif du projet, appelé RheMechFail, est de compléter et d’améliorer les modèles actuels servant à surveiller la résilience des structures soumises à des conditions difficiles.

« L’effondrement ou la défaillance des structures anthropiques sont difficiles à prévoir à plus ou moins moyen-terme sans la surveillance permanente de la structure interne de leurs composants », explique le Dr Jordi Baro-Urbea. La déformation qui conduit à la défaillance fait souvent suite à un effet d’avalanche, conséquence d’instabilités mécaniques microscopiques qui peuvent être détectées par l’enregistrement de leurs émissions acoustiques. » « Les différents matériaux qui composent une structure sont souvent inaccessibles. Il est donc difficile d’obtenir des informations sur leur état sauf par des méthodes non-intrusives, et les techniques qui utilisent les émissions acoustiques, actives ou passives, sont parmi les plus courantes. » Pour son projet de recherche, le Dr Jordi Baro-Urbea se focalise quant à lui sur les techniques passives, qui consistent à surveiller les ondes acoustiques générées spontanément par la « respiration » des fissures internes.

L’acoustique passive comme stratégie de surveillance efficace et fiable de l’intégrité des structures

Pour être précis, RheMechFail développe des modèles capables d’interpréter les statistiques des événements d’émission acoustique enregistrés, afin de mesurer l’état interne du système. « Les propriétés statistiques de l’ensemble de la population (des événements acoustiques enregistrés) peuvent être utilisées pour évaluer l’état des matériaux et l’imminence éventuelle d’une défaillance », complète le chercheur, en précisant que la détermination correcte de cette relation est un tremplin pour le développement de futurs outils non-intrusifs de surveillance de l’intégrité des structures, nécessaires pour activer des systèmes d’alerte précoce. En effet, il part du constat que les méthodes SHM actuelles négligent pour la plupart de prendre en compte la corrélation entre des événements acoustiques distincts, comme c’est pourtant le cas en sismologie, par exemple. En d’autres termes, son projet innove en étudiant les interactions entre microfissures. « L’objectif ultime de ce projet est d’améliorer la fiabilité des modèles utilisés en SHM en introduisant une notion de dépendance au passé dans l’évaluation du niveau de gravité des fissures. »

La surveillance et la maintenance des infrastructures civiles restent un défi pour les sociétés modernes. L’enjeu est d’autant plus préoccupant du fait du changement climatique, qui va exposer des zones peuplées à des conditions météorologiques extrêmes auxquelles elles ne sont pas préparées. Pour maintenir la sécurité des populations et éviter les catastrophes, il est absolument essentiel d’investir dans le développement d’outils fiables et efficaces pour la surveillance de l’intégrité des structures. Une fois achevé, le projet RheMechFail fournira des outils fondamentaux pour développer les futures techniques SHM et permettre d’accélérer et de rendre plus précises les prévisions de défaillance, pour émettre des alertes précoces, procéder à des évacuations, ou lancer des procédures d’urgence.

Assurer la prévention de défaillances structurales dans les constructions à risque potentiel

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