Cases – Digital Construction

Des capteurs à fibre optique pour le monitoring de la digue de Nieuport

Kristof Caubergs — Wed, 05 Oct 2022 08:44:38 +0000

À retenir

L’Agence MDK utilise un réseau de capteurs de déformation à fibre optique afin de détecter à un stade précoce l’érosion sous la plaque de béton du talus à Nieuport.
La déformation d’une surface de 280 x 18 mètres est mesurée au moyen de 140 capteurs FBG fixés sur un géotextile sous la plaque de béton.
Au cours des dernières années, un solide historique de mesures a été constitué permettant de déduire l’influence de la température et des marées. Des anomalies peuvent révéler des problèmes locaux et donner lieu à des inspections et des mesures ciblées.
Cette approche permet d’intervenir de manière préventive et ciblée avant que des dommages sérieux ne se produisent. Elle permet en outre de réduire les coûts des inspections et de l’entretien.

Des mesures qui ouvrent de nouvelles perspectives uniques

Dans les chenaux portuaires et les ports de plaisance, le périmètre aquatique est délimité par des talus et des berges. Ceux-ci sont exposés aux vagues et aux marées, ce qui occasionne parfois des dommages sous la plaque de recouvrement en béton qui ne sont pas directement visibles. L’Agence des services maritimes et de la côte (MDK) de l’Autorité flamande a décidé d’expérimenter une technique innovante afin de détecter à temps ce genre de dommages. Cette nouvelle technique a été mise en œuvre lors des travaux de rénovation du talus longeant la presqu’île de Kromme Hoek à Nieuport, notamment en équipant le géotextile de capteurs à fibre optique.

L’Agence MDK de l’Autorité flamande est chargée, entre autres, de la bonne gestion des côtes. Cela signifie qu’elle veille au maintien en état et à l’entretien de l’infrastructure existante, des digues aux berges et talus en passant par les écluses, les barrages et les murs de soutènement. Les talus dans les ports devant résister au mouvement de la marée sont généralement constitués d’un géotextile, d’un massif perméable (des gravats, la plupart du temps) et d’une épaisse plaque de béton. Cette technique de construction s’est certes érigée en modèle d’efficacité depuis plusieurs décennies, mais elle n’en possède pas moins un talon d’Achille.

« Sous l’influence des marées, le niveau de l’eau varie également côté terre du talus », explique Isabelle D’hooghe, ingénieure de projet au sein de l’Agence MDK. « Cela peut provoquer de l’érosion et, par conséquence, la formation de cavités sous les plaques de béton. Le talus risque alors de s’affaisser. Souvent, on ne remarque ces cavités que lorsqu’il est trop tard, c’est-à-dire au moment où la plaque de béton se fissure. »

Un intérêt pour le monitoring

Bien entendu, l’Agence MDK effectue des contrôles visuels réguliers des talus. Mais lorsqu’elle constate que la plaque de béton est endommagée, le mal est déjà fait. Afin d’éviter les problèmes, il est nécessaire de savoir ce qui se passe sous la plaque en béton. Il y a quelque temps, l’Agence est entrée en contact avec Com&Sens, une spin-off de l’université de Gand (UGent) spécialisée dans le condition based health monitoring de constructions en béton, acier et composite au moyen de capteurs à fibre optique. Intriguée par les possibilités qu’offre cette solution, elle a décidé d’inclure dans l’appel d’offres relatif à la rénovation du talus de Kromme Hoek à Nieuport une section relative au monitoring au moyen de capteurs à fibre optique.

Un sacré défi

Finalement, il est apparu que c’est Com&Sens qui présentait le meilleur profil pour réaliser cette mission. « Nous travaillons avec des capteurs à fibre optique Fiber Bragg Grating (FBG), des capteurs très petits et extrêmement sensibles que l’on insère dans une fibre de verre », explique Geert Luyckx, associate manager chez Com&Sens. « Au fil des ans, nous avons utilisé cette solution avec succès afin de monitorer le comportement des infrastructures les plus diverses. Il n’empêche que le défi proposé par le chenal de navigation de Nieuport n’était pas mince. Il nous a semblé logique de mesurer la déformation du géotextile. S’il y a des cavités, les gravats exerceront en effet une pression sur le géotextile, qui va par conséquent s’affaisser. Notre première intention était d’intégrer les capteurs à fibre optique dans le géotextile, mais le processus de production nécessitait des formats plus petits, avec un diamètre de 80 plutôt que de 125 µm. Ces modèles-là étaient encore plus sensibles aux dommages, et par conséquent incompatibles avec une application où les gravats entrent directement en contact avec les capteurs à fibre optique. C’est pourquoi nous avons imaginé une autre solution où les capteurs ont été fixés sur un support distinct, au bas du géotextile. »

Des points de mesure et un budget en équilibre

Com&Sens a installé un réseau de capteurs optimisé et a équipé de capteurs à fibre optique un tiers des bandes du géotextile. « Nous avons ainsi pu placer 140 capteurs FBG sur une surface de 280 x 18 mètres et les avons tous reliés à la cabine de mesure », détaille Geert Luyckx. « Afin d’identifier le schéma des marées, nous adoptons une fréquence d’une mesure toutes les vingt minutes. Le monitoring a débuté fin 2017 et ces données ont une première fois été étudiées dans le détail fin 2021. Les premières années, il a fallu constituer un solide historique permettant de déduire clairement l’influence de la température et des saisons. »

Le monitoring pour apprendre

Entretemps, Com&Sens a développé un cadre de référence sur la base des données captées. Objectif : permettre à l’Agence MDK de lire régulièrement les nouvelles données afin de vérifier si des anomalies surviennent. La fréquence de mesurage sera adaptée au gré des observations. Les capteurs à fibre optique sont du reste extrêmement sensibles et peuvent détecter des déformations d’1 microstrain, c’est-à-dire d’1 micromètre par mètre. « Les premiers résultats montrent qu’aucune cavité ou presque ne s’est pour l’heure formée et que les nouveaux blocs de digue se comportent conformément aux calculs. C’est un grand soulagement. Nous espérons que les prochaines années apporteront un meilleur éclairage sur les phénomènes ayant lieu ici, afin que l’Agence puisse entreprendre des actions plus ciblées, qui permettront de garantir l’intégrité de tous les talus. »

Une nouvelle application spectaculaire

En avril 2022, l’Agence MDK a placé pour la première fois dans l’histoire de notre pays, le seuil en béton du barrage antitempête dans le chenal portuaire de Nieuport. « Ce barrage permettra d’éviter que les terres se retrouvent inondées », explique Isabelle D’hooghe. « Son corps en acier est ancré dans le sol dans un seuil en béton, une gigantesque construction de 23,5 x 42,1 x 5 mètres qui repose aux extrémités sur deux culées en béton. Le seuil a été construit d’une manière telle que nos techniciens peuvent y pénétrer afin de contrôler l’infrastructure et les canalisations. »

Une même technique pour un objectif différent

Forte de son expérience avec le talus de Kromme Hoek, l’Agence MDK a pensé immédiatement aux possibilités qu’offre le monitoring. Les dommages côté extérieur du seuil sont difficiles à détecter visuellement. Les capteurs à fibre optique constituent un moyen simple d’y voir plus clair à cet égard. Les capteurs ont été fixés à l’armature sur chantier avant d’être intégrés ensemble dans le seuil en béton. « Pendant la prise du béton, les fibres de verre subissent de fortes pressions », indique Geert Luyckx. « C’est pourquoi nous avons opté ici pour un modèle qui a été développé avec une fibre de verre protectrice. La grande différence avec le talus de Kromme Hoek, par ailleurs, c’est que nous mettons l’accent sur un monitoring quantitatif plutôt que qualitatif. Autrement dit, alors que notre objectif, avec le talus de Kromme Hoek, consistait en une analyse tendancielle, nous utiliserons dans ce cas-ci les données afin de comparer les déformations de la construction aux calculs théoriques. Franchir le pas du monitoring est incontestablement un choix courageux de la part de l’Agence MDK. J’irais même jusqu’à dire que l’agence joue un rôle de pionnier dans l’adoption de technologies innovantes permettant de maximiser la durée de vie de l’infrastructure et de limiter les coûts des réparations. »

De plus amples informations concernant le monitoring sur base de la technique de la fibre optique peuvent être trouvées sur www.ovmonitoring.be

Un suivi optimisé grâce à des capteurs à fibre optique

Kristof Caubergs — Wed, 05 Oct 2022 07:33:25 +0000

À retenir

La capacité portante d’un pieu de fondation dépend de la technique d’exécution et des propriétés des couches de sol en matière de résistance.
Les capteurs de déformation à fibre optique permettent de mesurer avec une très grande précision comment un pieu de fondation supporte une charge et transmet celle-ci vers le sol.
Ce procédé permet d’optimiser les techniques d’exécution, de connaître dans le détail les performances des techniques innovantes et de déduire avec précision les résistances du sol mobilisées. Tout cela contribue à un projet plus efficace.

La solution idéale pour les essais de chargement de pieux et la certification ATG

Dans l’univers de la construction, et plus particulièrement dans le monde de la géotechnique, la pratique n’est pas toujours tout à fait conforme à la théorie. C’est pourquoi Franki Foundations effectue régulièrement ce qu’on appelle des essais de chargement de pieux instrumentés. Depuis que les pieux de fondation sont instrumentés avec des capteurs de déformation à fibre optique, les connaissances relatives au comportement des fondations sur pieux ont progressé d’une manière spectaculaire. Nous évoluons dès lors, lentement mais sûrement, vers une application à plus grande échelle de cette technique, surtout avec l’entrée en vigueur de la certification ATG pour les systèmes de pieux en 2022.

Grâce aux pieux de fondation, il est possible de construire un bâtiment durable même dans un terrain avec peu de portance. Les pieux de fondation constituent en effet une solution qui permet de transférer les charges du bâtiment vers des couches plus profondes. « Les paramètres de conception des pieux de fondation sont déterminés aussi bien par les propriétés de résistance des couches du sol que par la technique d’exécution », explique Maurice Bottiau, le General Manager de Franki Foundations. « Même si nous disposons d’une énorme expertise technique dans ces deux domaines, cela reste bien entendu des calculs théoriques et c’est la raison pour laquelle nous effectuons depuis de nombreuses années déjà des essais de chargement instrumentés.

Les données ainsi générées permettent de vérifier la capacité portante sur le site et d’appliquer des paramètres de dimensionnement plus favorables. Qui plus est, ce type de monitoring nous a permis – et a permis au reste du secteur – de mieux comprendre le comportement réel des pieux de fondation. Cela a eu un impact important sur les calculs, l’exécution, le développement et l’amélioration des systèmes de pieux. Il y a vingt-cinq ans, par exemple, on misait de manière générale davantage sur la base du pieu que sur le frottement pour la portance. Lors de l’exécution d’essais de chargement de pieux instrumentés, nous avons toutefois constaté que la résistance au frottement mesurée est bien souvent plus élevée qu’attendu. »

Du potentiel pour des essais de chargement de pieux

Au fil des ans, l’instrumentation utilisée a considérablement évolué. Jusqu’en 2007, les professionnels employaient principalement des jauges de contrainte électriques, intégrées ou non dans des extensomètres. « Leur spectre d’applications était hélas plutôt limité étant donné la quantité de câble qu’elles nécessitaient », indique Monika De Vos, Chef de Division Adjoint Géotechnique, Structures et Béton au Buildwise. « On essaie généralement d’installer les capteurs après la réalisation des pieux. On utilise pour ce faire un tube de réservation en acier, que l’on a préalablement fixé à l’armature des pieux. Ce modus operandi permet de réduire le risque d’endommagement des capteurs.

Le diamètre de ce genre de tube étant toutefois assez restreint, l’instrumentation traditionnelle ne permettait de créer que six points de mesure sur toute la longueur. En 2007, lorsque nous avons commencé à étudier les capteurs à fibre optique, nous nous sommes rapidement rendu compte que cette technologie recelait également un grand potentiel pour les pieux de fondation. Ces capteurs sont à ce point petits qu’on peut facilement les installer dans un tube en acier. Au besoin, ils peuvent même être fixés sur l’armature avant que le pieu soit installé. Par ailleurs, la technologie de la fibre optique présente le grand avantage qu’avec un seul câble, il est possible de mesurer la déformation en des dizaines de points, ce qui permet d’obtenir une photographie complète du comportement du pieu sous chargement et d’ainsi identifier la répartition de la résistance au frottement et de la résistance à la base. »

Testé et approuvé

Les défis techniques requièrent des solutions innovantes et ouvrent la voie à l’application de nouvelles technologies. « En 2012, BESIX nous a demandé de réaliser un essai de chargement instrumenté sur un pieu de 36 mètres », poursuit Monika De Vos. « Un défi de taille pour nous, puisque nous n’avions encore jamais effectué d’essai instrumenté sur un pieu de fondation d’une telle longueur. Il était en tout cas exclu de recourir à la bonne vieille méthode des jauges de contrainte, tant il aurait fallu une énorme quantité de câble pour obtenir le nombre requis de points de mesure. Bref, c’était le défi idéal pour expérimenter les capteurs à fibre optique. Avec, à la clé, des résultats à ce point impressionnants que cette première expérience allait en appeler beaucoup d’autres. » « La quantité de données et la précision des mesures ont ouvert la porte à pléthore de nouvelles possibilités et connaissances », renchérit Maurice Bottiau. « C’est une technique qui coûte cher et qui ne peut par conséquent pas encore être déployée à grande échelle, mais nous avons tout de même déjà réalisé 25 essais de chargement de pieux instrumentés avec capteurs à fibre optique. Et dans chaque cas, les résultats ont été plus qu’à la hauteur de nos attentes ! »

Une technologie avec un très grand potentiel

Aujourd’hui, les capteurs à fibre optique sont surtout appliqués dans le cadre d’activités de recherche. Franki Foundations y voit une technique idéale pour tester des innovations ou des optimisations, par exemple. Il n’empêche que Maurice Bottiau verrait d’un bon œil que la fibre optique soit davantage utilisée. « Ce serait une bonne chose si on pouvait continuer à mieux comprendre le comportement des pieux de fondation », explique-t-il. « Dans les années septante et quatre-vingts, un grand nombre de tests de contrôle étaient encore effectués à la demande des administrations publiques, mais les choses ont changé avec l’apparition de modèles de calcul plus précis, qui ont conduit à ce que plus aucun contrôle, pour ainsi dire, ne soit encore effectué dans la mesure où le secteur prétendait connaître « parfaitement » le comportement d’un pieu. À la suite de l’introduction de nouveaux systèmes de pieux ‒ appelés pieux vissés à refoulement ‒, les essais de chargement sont revenus à l’avant-plan. Entre 1998 et 2002, Buildwise et quelques entrepreneurs ont, avec l’aide du SPF Économie, investi dans deux campagnes d’essai, dans deux types de sol caractéristiques : sable et argile. Ces deux campagnes ont été riches en enseignements sur le comportement réel des pieux de fondation. Aujourd’hui, on observe que des capteurs à fibre optique sont parfois utilisés sur de très grands chantiers, mais cette technologie recèle un tel potentiel qu’elle pourrait être utilisée dans beaucoup d’autres situations. Si son usage était largement répandu, on pourrait sans aucun doute élaborer des projets encore mieux optimisés. »

Un coup de pouce nommé ATG

L’intérêt pour les essais de chargement de pieux instrumentés avec capteurs à fibre optique va crescendo. Cette technologie semble promise à un rôle essentiel, surtout dans l’optique de l’obtention d’un agrément technique avec certification ATG. « Les avantages pour les entrepreneurs sont évidents », déclare Monika De Vos. « Le fait de posséder un agrément technique leur permet de prouver à leurs clients que leur système de pieux remplit certaines exigences. L’ATG permet en outre d’utiliser des paramètres de conception plus favorables et d’aboutir ainsi à un concept plus efficace. L’entrepreneur désireux d’obtenir cette certification doit démontrer les performances de son système de pieux dans la pratique. Il doit pour ce faire réaliser plusieurs essais dans différents types de sols, mais également avec des méthodes de mesures avérées et précises. Vu le diamètre limité des pieux et les longueurs de plus en plus grandes, les capteurs à fibre optique constituent l’unique solution envisageable. Il y a en outre beaucoup plus de données de mesures, un élément qui, bien entendu, joue également un rôle important dans l’octroi d’une certification ATG. »

De plus amples informations concernant le monitoring sur base de la technique de la fibre optique peuvent être trouvées sur www.ovmonitoring.be

Optimisation et limitation des risques lors des travaux de la liaison Oosterweel

Kristof Caubergs — Wed, 21 Sep 2022 09:12:35 +0000

À retenir

Afin d’optimiser la conception de la liaison Oosterweel et son exécution, Lantis a investi dans plusieurs projets tests ces dix dernières années, le plus spectaculaire étant sans doute le puits d’essai d’une profondeur de 24 mètres.
L’objectif principal de ce puits d’essai était de cartographier avec davantage de précision les propriétés du sous-sol, en particulier là où celui-ci est composé d’argile de Boom.
Ce projet a mobilisé une très large palette de systèmes de monitoring : jauges de déformation à fibre optique, piézomètres à pierre poreuse, inclinomètres verticaux et horizontaux et repères de tassement.
Les campagnes d’essai effectuées en amont ont permis de réduire la facture et d’améliorer la phase de conception. Beaucoup d’interrogations ont de surcroît pu être balayées, ce qui a grandement facilité les phases de conception et d’exécution.

Un système de monitoring dans un puits d’essai pour comprendre le comportement du sol

La liaison Oosterweel constitue le plus grand projet d’infrastructure que la Belgique ait jamais connu. Afin d’éviter les retards et les frais inutiles, Lantis, le maître d’ouvrage, a minutieusement préparé le terrain, entre autres pour la partie des tunnels du Canal. Entre 2013 et 2015, le sous-sol a fait l’objet d’études approfondies et différentes techniques d’exécution ont été expérimentées dans le cadre d’un puits d’essai d’une profondeur de 24 mètres. À cette occasion, une palette particulièrement étoffée de solutions de monitoring a permis de percevoir sous un jour nouveau le comportement imprévisible de l’argile de Boom.

Mieux comprendre le comportement de l’argile de Boom

L’argile de Boom est un sol que l’on retrouve dans toute la zone de la liaison Oosterweel et qui possède des caractéristiques très spécifiques. L’argile de Boom présente ainsi un degré élevé de plasticité et de rigidité, ainsi que la particularité de s’étendre lorsque l’on enlève la terre qui la recouvre. Qui plus est, ce phénomène de gonflement se maintient pendant des décennies, avec pour conséquence que les entrées du tunnel Kennedy (qui a été construit dans les années soixante) continuent de s’élever à concurrence de 1 à 2 mm par an. Enfin, l’argile de Boom n’est pas perméable. « Cette couche de sol peut par conséquent faire office en soi d’écran étanche », souligne Benoit Janssens, responsable du département de génie civil et de géotechnique chez Lantis.

« Cela permet bien évidemment de réaliser d’énormes économies lorsque l’on doit aménager des tunnels ou construire des ponts. Malheureusement, les propriétés mécaniques de l’argile de Boom restent difficiles à définir, malgré de nombreuses années de recherche. Étant donné la quasi-omniprésence de ce sol dans la zone de l’Oosterweel, nous aspirions à mieux comprendre son comportement avant le début des travaux afin d’optimiser le processus de construction, ce qui aurait un impact positif sur le budget et la durée de vie des ouvrages. »

Tests dans des conditions réelles

Pour obtenir les connaissances souhaitées, de simples recherches en laboratoire n’étaient pas suffisantes. C’est pourquoi Lantis a décidé d’effectuer une simulation de la construction des tunnels du Canal dans des conditions réelles. « Nous savions que c’est du côté du Noordkasteel d’Anvers que l’argile de Boom est située au niveau le moins profond dans le sous-sol », poursuit Benoit Janssens. « Nous avons dès lors construit à cet endroit un puits d’essai d’une profondeur de 24 mètres, jusqu’au sommet de l’argile de Boom. Nous avons également testé quelques techniques d’exécution, comme le fonçage de palplanches d’une longueur de 30 mètres – dont 6 en contact avec de l’argile de Boom, dès lors – et le creusement de parois moulées dans du remblai »

Un gonflement passé sous la loupe

L’un des principaux objectifs de toute la campagne test consistait à mieux comprendre pourquoi l’argile de Boom « gonfle ». « Lorsque les couches supérieures seront retirées, l’argile de Boom a tendance à enfler », explique Jan Couck, ingénieur géotechnique au sein de la section de géotechnique du département de la mobilité et des travaux publics de l’Autorité flamande. « Ce n’est pas un phénomène exceptionnel en soi mais avec l’argile de Boom, le gonflement peut atteindre plusieurs centimètres et se manifester pendant des décennies. Qui plus est, les experts ne sont pas du tout d’accord entre eux quant à la durée de ce phénomène et la manière dont il se produit. Avec ce type de sol, il y a un risque réel de déformation différentielle des tunnels. C’est pourquoi nous voulions avoir une idée correcte des forces que l’argile de Boom exercerait sur l’infrastructure, afin d’en tenir compte lors de la phase de conception et d’éviter la formation de fissures dans la structure. »

Un travail d’équipe

Afin d’obtenir cette photographie précise, Lantis a mis sur pied une campagne d’essai ambitieuse, sur les recommandations du bureau d’études RoTS. Un groupe de projet a pour ce faire été constitué avec la section de géotechnique du département de la mobilité et des travaux publics de l’Autorité flamande, le laboratoire Géotechnique et Monitoring de Buildwise et l’entreprise de construction Denys. « La présence de la section de géotechnique au sein de ce groupe de projet coulait de source étant donné que c’est elle qui supervise le processus de conception de A à Z et qu’elle sera également impliquée, plus tard, dans le processus de suivi de l’infrastructure », raconte Benoit Janssens. « Quant au Buildwise, il possédait déjà une grande expérience en matière de monitoring basé sur la technologie de la fibre optique, y compris dans des conditions difficiles. Qui plus est, le Centre disposait déjà, en interne, de l’expertise nécessaire afin d’analyser et d’interpréter les résultats des mesures. Le principal défi consistait dès lors à trouver un entrepreneur qui soit disposé à tenir compte des appareils de mesures présents. Ceux-ci seraient en effet installés pour la plupart avant le début des travaux de construction étant donné que l’argile de Boom commence à bouger à partir du moment où on touche à la couche de sol supérieure. Il était bien évidemment essentiel que l’entrepreneur fasse preuve de souplesse, afin d’éviter que les appareils soient endommagés, et il fallait en outre qu’il soit apte et enclin à appréhender les changements avec flexibilité. Un projet d’essai n’est en effet pas une certitude mathématique, bien au contraire car nous savions à l’avance que ce serait un trajet d’apprentissage agrémenté de réussites comme d’échecs. »

Un trajet d’apprentissage intéressant

Chez Denys, on a été immédiatement convaincu de tout l’intérêt du puits d’essai, et l’ingénieur géotechnique Kristof Van Royen nous explique pourquoi. « Nous nous efforçons toujours d’anticiper les tendances de demain. Il y a dix ans, il était clair, déjà, que la technologie était vouée à prendre une place de plus en plus importante dans notre domaine d’activité. Les attentes, surtout en matière de monitoring, étaient élevées – et le sont toujours. Ce genre de solutions ne fait toutefois pas partie de notre cœur de métier, et l’on ne peut pas utiliser ce qu’on ne connaît pas. Ce puits d’essai constituait dès lors, pour nous, une opportunité rêvée de découvrir tout le potentiel des outils de mesures. Nous n’avons pas participé à ce projet pour rien, mais en avons au contraire retiré beaucoup de connaissances et de motivation à sortir de notre zone de confort. »

Une large palette de capteurs

Lantis a donné au groupe de projet la liberté d’appliquer toutes les techniques de monitoring. « Tous les instruments de mesure disponibles ont été utilisés : des inclinomètres horizontaux et verticaux, aux capteurs de déformation à fibre optique pour mesurer les déformations des palplanches et les efforts dans les étançons, en passant par des repères de tassement classiques, différents types de piézomètres à pierre poreuse ou encore des scanners laser 3D. Nous avons par ailleurs délibérément choisi de mesurer une large palette de paramètres avec plusieurs types d’instruments et de capteurs, d’une part pour identifier les possibilités de la technologie et le fonctionnement/la fiabilité des appareils lorsqu’ils sont utilisés dans des conditions ardues, et d’autre part afin de prévenir d’éventuels dégâts aux instruments. »

De nouvelles connaissances dans un large spectre de domaines

Outre le puits d’essai, d’autres campagnes d’essai ont été organisées. L’entrepreneur a ainsi vérifié au moyen d’un essai de fonçage comment des palplanches et des pieux tubulaires en acier pouvaient être enfoncés profondément dans le sol et quelles nuisances sonores et vibratoires seraient ainsi générées. « Ici aussi, les outils de monitoring étaient essentiels pour obtenir des réponses », déclare Benoit Janssens. « Et on peut dire la même chose à propos d’une campagne test spécifiquement destinée à étudier la capacité de portance de parois moulées dans l’argile de Boom. » « Le projet Oosterweel est d’une ampleur et d’une complexité telles que nous savions à l’avance que nous nous heurterions aux limites des connaissances techniques », poursuit Jan Couck. « C’est pourquoi ces campagnes d’essai revêtaient tellement d’importance : nous voulions réduire l’incertitude à propos des paramètres liés au sol et expérimenter par nous-mêmes la faisabilité de certaines techniques d’exécution avant d’attribuer le marché aux entrepreneurs concernés. »

Un investissement rentable

Il ne faut pas être grand clerc pour comprendre que le puits d’essai a généré une énorme quantité de données. « Traiter et interpréter ce flux gigantesque d’informations n’a pas été une mince affaire », souligne Jan Couck. « Mais notre groupe de projet est malgré tout parvenu à tirer des enseignements intéressants de ce projet. » « Nous avons pu caractériser de manière plus précise le gonflement de l’argile de Boom et les caractéristiques générales se sont révélées meilleures, à court terme, que les prévisions basées sur les tests en laboratoire. Il est apparu également que les couches de sable supérieures offraient une plus grande rigidité qu’attendu.

Les modèles de conception numériques ont pu être calibrés à l’aune des mesures effectuées, ce qui a permis d’affiner les paramètres de conception. Avec, pour conséquence, de réduire la lourdeur et le coût des constructions », détaille Benoit Janssens. « Étant donné que l’argile de Boom est omniprésente en Flandre, les résultats seront utiles pour nombre d’autres projets impliquant l’Autorité flamande », poursuit Jan Couck. « Les frais exposés et les efforts consentis dans le cadre de ce projet généreront ainsi un retour sur investissement pendant de nombreuses années. » « Il ne fait effectivement aucun doute que nous rentabiliserons le temps et l’argent que nous avons investis dans le puits d’essai », confirme Benoit Janssens. « Ce test nous a permis de nous rendre compte qu’une autre méthode de construction, beaucoup moins chère, était possible pour les tunnels. Après coup, nous avons également constaté que grâce à la clarté des paramètres du sol, il y avait moins de discussions avec les entrepreneurs. Enfin, optimiser les paramètres de conception et les techniques d’exécution sera également bénéfique à la qualité des ouvrages. »

Le puits d’essai, une expérience pionnière

Aujourd’hui, beaucoup de travaux dans le cadre d’Oosterweel sont déjà en phase d’exécution. Mais pour la réception définitive du projet dans son ensemble, il faudra encore attendre plusieurs années. « Pour plusieurs ouvrages, la méthode d’exécution n’a même pas encore été déterminée », indique Benoit Janssens. « Grâce aux expériences positives que nous avons retirées du monitoring dans le puits d’essai, cette solution commence à être utilisée de plus en plus souvent afin de définir les techniques et paramètres de conception appropriés. Tous les membres du groupe de projet sont aujourd’hui animés d’une mentalité Mesurer, c’est savoir. Tout le monde a bien compris que le monitoring est la meilleure manière de réduire les risques et d’optimiser les différents aspects. » « En Belgique, les possibilités qu’offre le monitoring restent trop peu connues, mais le puits d’essai a joué un rôle de pionnier majeur pour faire changer les choses à cet égard. Cet impressionnant projet a été une formidable occasion de mettre en vitrine les possibilités et les avantages du monitoring en général, et des capteurs à fibre optique en particulier », conclut Gust Van Lysebetten, responsable adjoint du laboratoire de géotechnique de Buildwise.

De plus amples informations concernant le monitoring sur base de la technique de la fibre optique peuvent être trouvées sur www.ovmonitoring.be

Le Waaslandtunnel : un gendarme nommé monitoring

Kristof Caubergs — Sun, 11 Sep 2022 13:37:50 +0000

À retenir

Le croisement avec le Waaslandtunnel était une zone qui a donné pas mal de fil à retordre aux équipes impliquées dans les travaux de rénovation des quais de l’Escaut à Anvers.
Afin de détecter à un stade précoce un éventuel impact négatif des travaux sur le tunnel en contrebas, ce dernier a fait l’objet d’un monitoring approfondi, qui a commencé un an avant le début des travaux.
La combinaison des mesures et des techniques de machine learning a permis de détecter avec une grande précision les anomalies en matière de sensibilité aux déformations du tunnel.
Grâce au monitoring, les automobilistes ont pu emprunter le Waaslandtunnel en toute sécurité pendant l’exécution des travaux.

Une analyse minutieuse des conséquences des travaux de rénovation des murs des quais

Cela fait un bon moment déjà que les quais historiques de l’Escaut à Anvers présentent des problèmes de stabilité. Afin d’éviter qu’une catastrophe puisse un jour s’y produire, des travaux de rénovation et de modernisation de grande ampleur des murs de ces quais sont effectués depuis 2014. La stabilisation de ces murs au-dessus du Waaslandtunnel a été une étape des plus délicates de ce plan directeur : afin de vérifier si ces travaux ne risquaient pas d’exercer une influence néfaste sur ces infrastructures, une campagne de monitoring intensive a été réalisée.

Les murs des quais qui bordent l’Escaut à Anvers n’ont jamais été un exemple de réussite en matière d’infrastructures. Peu après leur édification (qui remonte à la fin du 19^e siècle), des problèmes de stabilité sont apparus, qui n’ont jamais pu être totalement résolus. « Le gros souci, c’est le sous-sol en argile de Boom, qui a été surconsolidé », estime Koen Segher, ingénieur de projet à la Vlaamse Waterweg. « Dès que cette couche de sol reçoit un peu d’espace ou est déchargée, elle a systématiquement tendance à s’étendre. Par ailleurs, le niveau des eaux souterraines est un élément qui n’a pas été suffisamment pris en compte.

En conséquence, les murs des quais ne sont pas assez armés face aux fluctuations des niveaux d’eau induites par les marées. En outre, sous l’effet du réchauffement climatique et de l’approfondissement de l’Escaut, la différence entre marée haute et marée basse est de plus en plus grande. Pour pouvoir garantir une protection durable, il est nécessaire de stabiliser les murs des quais et de les rénover partiellement, et/ou de les rehausser. Ce projet a été traduit en un plan directeur. Aujourd’hui, la stabilisation des murs des quais a été réalisée pour plus de la moitié. »

Qui cherche (une solution), trouve…

Des travaux étaient nécessaires sur pas moins de sept kilomètres de rives de l’Escaut. Le trajet a été divisé en différentes zones, chacune avec ses propres défis. Pour chaque section, il a fallu analyser quelle était la méthode de stabilisation la plus indiquée. « Selon nos calculs, décharger les murs des quais constituait, dans la plupart des cas, la meilleure solution », déclare Wim Salens, ingénieur de projet pour le bureau d’études SBE. « Côté terre, nous avons construit une nouvelle paroi moulée, que nous avons ancrée avec des tirants d’ancrage. L’espace entre les murs des quais et la paroi moulée a été creusé jusqu’à la laisse de basse mer de l’Escaut et recouvert d’une dalle. Des trous ont été forés dans les anciens murs des quais de sorte que l’eau puisse venir occuper ou se retirer de cet espace creux au gré des marées. Cette solution permet de neutraliser la pression de l’eau sur les anciens murs des quais, ce qui se traduit, logiquement, par un gain de stabilité. Par ailleurs, une berme de soutènement en empierrement a été placée au pied des anciens murs des quais. »

… sauf pour une section au-dessus du tunnel

Cette solution s’est révélée particulièrement intéressante et utile, sauf pour la zone comprise entre le Loodswezen et la Steenplein, qui surplombe le Waaslandtunnel. « Les tirants d’ancrage obliques introduisent une grande force verticale dans la paroi moulée qui, à son tour, générerait un important chargement vertical sur le toit du tunnel », explique Wim Salens. « C’est pourquoi nous avons proposé de travailler à cet endroit avec un ancrage horizontal de la paroi moulée, en utilisant des tirants reliés à des barrettes réalisées par parois moulées. Cette solution a permis de résoudre le problème de force verticale dans la paroi moulée. L’Agentschap voor Wegen en Verkeer a toutefois exigé des preuves que cette solution n’aurait aucun impact négatif sur le tunnel. Un monitoring intensif s’imposait dès lors comme une évidence, avant, pendant et après les travaux.

Solution complète en matière de monitoring

SBE a décidé d’élaborer son propre plan d’approche en matière de monitoring. « Cela n’a pas été une sinécure, car le comportement d’un tunnel est difficile à définir », explique Wim Salens. « Beaucoup de facteurs sont en effet susceptibles de provoquer des forces et des déformations. En fin de compte, nous nous sommes basés sur plusieurs études et sur une analyse du tunnel ferroviaire de Liefkenshoek pour élaborer une solution complète en matière de monitoring. Afin d’avoir une vue globale sur le comportement de ce tunnel, nous avons opté pour une combinaison de jauges de contrainte et de capteurs de vibrations, de distances et de températures. Nous voulions au minimum pouvoir disposer d’une analyse détaillée de l’influence de la température, des marées, du trafic à l’intérieur du tunnel et des travaux au niveau des murs des quais. Le monitoring devait se focaliser sur la zone renforcée du tunnel, où des barres d’ancrage dans le toit surplombant les bandes de circulation permettent de supporter des chargements supplémentaires provenant des murs des quais supérieurs. »

De la théorie à la pratique

Les exigences du maître d’ouvrage ont été consignées dans un appel d’offres, et le marché a finalement été attribué au département Mécanique de construction (section Génie civil) de la KU Leuven. « Nous sommes partis du plan d’approche de SBE », relate Kristof Maes, chercheur postdoctoral au sein du département Mécanique de construction de la KU Leuven. « Notre mission consistait à choisir les appareils adéquats dans l’optique d’un monitoring précis et rigoureux. Pour les mesures de l’allongement du béton et des barres d’ancrage, nous avons utilisé des jauges de contrainte résistives classiques. L’ovalisation du tunnel a été mesurée à l’aide de systèmes de télémétrie précis basés sur des lasers. La température du béton et de l’air a été mesurée au moyen de thermocouples. Enfin, nous avons utilisé des accéléromètres pour mesurer les vibrations de la dalle de toiture au-dessus des bandes de circulation du tunnel. Afin d’éviter que le trafic soit perturbé lors de l’installation des capteurs, nous avons décidé d’installer ces derniers dans les cheminées d’aération assurant l’arrivée d’air propre et l’évacuation de l’air pollué. Ces cheminées se trouvent en effet, respectivement, sous la chaussée et au-dessus du toit du tunnel. Nous avons installé le dispositif de lecture dans le bâtiment d’aération sur la rive droite de l’Escaut, afin qu’il soit accessible à tout moment dans l’optique d’une éventuelle intervention. »

Identification de systèmes autodidactes

Le monitoring a été entamé un an avant le début des travaux, ce qui a coïncidé immédiatement avec le lancement de l’acquisition des données. D’énormément de données. La KU Leuven a utilisé toutes les données collectées afin de développer un modèle capable de prédire le comportement du tunnel sous un régime normal (c’est-à-dire en période où il n’y a pas de travaux). L’université a pour ce faire utilisé des techniques dites de « machine learning ». « Pour simplifier, cette application compare constamment les nouvelles données mesurées avec celles qui ont été collectées auparavant », explique le Professeur Stijn François du département Mécanique de construction de la KU Leuven. « Le logiciel établit des liens entre les différentes données mesurées. Comme c’est traditionnellement le cas, des alertes sont générées lorsque certains seuils en matière de déformations ou de déplacements sont dépassés. Le logiciel permet, en outre, de vérifier avec un degré d’exactitude élevé si le tunnel se comporte différemment ou non en cas de modification du chargement qu’il doit supporter ou de problème structurel. Le cas échéant, des simulations complémentaires à l’aide de modèles ont été réalisées afin de générer une photographie détaillée du comportement du tunnel. Nous avons ainsi appris, par exemple, qu’outre la température en général et l’action des marées, l’inertie thermique est un autre facteur qui joue un rôle important. »

Essai de chargement des murs des quais

Décision a été prise, finalement, de ne pas appliquer de solution de stabilisation des murs des quais dans la zone en surplomb du Waaslandtunnel. « Nous nous sommes rendu compte que des paramètres locaux ne permettaient pas de placer l’ancrage que nous avions prévu », explique Wim Salens. « À la place, nous avons effectué un essai de chargement sur les murs des quais afin de vérifier sa stabilité sous le chargement envisagé. Pendant une période de deux semaines, nous avons progressivement amené un chargement de trois tonnes par mètre carré et nous avons contrôlé les mouvements des murs au moyen d’inclinomètres et de mesures topographiques. »

« Dans le même temps, la KU Leuven a contrôlé minutieusement l’impact de cet essai de chargement sur le tunnel », poursuit Kristof Maes. « Un exercice très intéressant dans la mesure où il nous a permis de voir comment l’influence de l’essai de chargement pouvait être mesurée avec autant de précision. Le monitoring s’est par conséquent révélé être un gendarme des plus rigoureux. Grâce au système d’alertes, un problème de surchargement serait détecté immédiatement. Et si, en fin de compte, aucun dépassement inquiétant n’a été constaté, il n’en demeure pas moins que cette approche n’était pas du luxe étant donné que le Waaslandtunnel est resté ouvert à la circulation pendant toute la période des travaux. »

Une solution win-win pour toutes les parties

Deux mois après les travaux, les capteurs ont été retirés. « Il serait bien entendu intéressant, dans une perspective de recherche, de continuer d’analyser le comportement du tunnel », explique Stijn François. « Mais cela n’aurait guère de plus-value pour la Vlaamse Waterweg, qui a financé le monitoring. Le programme de monitoring avait en outre été élaboré pour la durée des travaux. Si l’objectif avait été de mesurer des paramètres pendant toute la durée de vie de la construction, nous aurions probablement opté pour d’autres capteurs et pour une fixation différente. » « Ce projet a été intéressant pour toutes les parties concernées », poursuit Wim Salens. « Pour nous, le monitoring s’est révélé un moyen hautement fiable de contrôler des infrastructures critiques difficiles à modéliser. » « L’expérience a été très positive pour la Vlaamse Waterweg également », embraie Koen Segher. « Nous avons été très impressionnés par cette campagne de mesures et par les techniques d’analyse qui ont été utilisées dans ce cadre. Il est clair qu’une telle solution permet de contrôler tous les paramètres avec une extrême minutie et de détecter les moindres anomalies comportementales. Il est fort possible, dès lors, que nous utilisions des techniques de ce genre pour d’autres projets dans le futur. »

Pour en savoir plus : Maes, K., Salens, W., Feremans, G., Segher, K., Francois, S. (2021). Anomaly detection in long-term tunnel deformation monitoring. ENGINEERING STRUCTURES, 250, Art.No. ARTN 113383. doi: 10.1016/j.engstruct.2021.113383

De plus amples informations concernant le monitoring sur base de la technique de la fibre optique peuvent être trouvées sur www.ovmonitoring.be

D’un installateur à un fournisseur de solutions complètes

Kristof Caubergs — Thu, 09 Jun 2022 08:31:39 +0000

De la valeur tout au long du cycle de vie du bâtiment

La numérisation poursuit sa progression dans chaque secteur, aussi dans la construction. VMA a vite compris que le train de la digitalisation était en marche. Forte de son expérience dans d’autres secteurs, elle a développé un concept global ‘intelligent’ de techniques du bâtiment. L’entreprise ne peut dès lors plus être cataloguée comme un ‘simple’ installateur : désormais, elle offre également ses propres solutions, qui s’articulent autour d’une consommation d’énergie optimale et d’un système d’entretien intelligent. Une évolution dont les fruits sont récoltés non seulement par les clients de la société, mais également par VMA lorsqu’elle opère avec la casquette d’entreprise de maintenance.

VMA est une entreprise active dans la gamme complète des installations et des technologies multitechniques. Elle se concentre sur quatre domaines : les technologies du bâtiment, les infrastructures, l’automobile et les technologies de transformation & fabrication. « Il est logique que ces différents départements s’échangent des informations », débute Pascal Kinoo, responsable commercial de VMANAGER. « Ces interactions débouchent toujours sur des idées qui permettent à VMA de faire la différence, surtout à une époque où technologie et bâtiments sont de plus en plus indissociables. Nous sommes conscients depuis plusieurs années déjà que l’avenir appartient aux immeubles intelligents et que nous avons une grande plus-value à apporter dans ce domaine en tant qu’entreprise.

C’est la raison pour laquelle nous avons commencé à réfléchir, en 2010, à comment nous pourrions traduire le concept Industrie 4.0 – que nous connaissons bien de l’industrie automobile et de transformation – dans l’univers du bâtiment. Nous sommes partis de notre expertise en matière d’automatisation industrielle et nous avons développé une solution complète pour les installations techniques du bâtiment. Celle-ci comprend non seulement l’élaboration, l’implémentation et la maintenance d’installations électriques et HVAC, mais aussi leur intégration, leur automatisation et leur commande via un système de gestion du bâtiment. Parmi les spécificités importantes d’Industrie 4.0, nous avons adopté la standardisation, l’ouverture et la flexibilité. Pas étonnant, dès lors, que l’utilisation d’un PLC industriel – un contrôleur logique programmable – soit au centre de la solution que nous avons créée. Ce dispositif est en quelque sorte le cerveau du bâtiment. Nous créons ainsi une ‘open source story’ dont d’autres parties peuvent également écrire un chapitre. Pour le client, l’avantage est double : il peut implémenter les différents modules étape par étape et n’est plus contraint de travailler avec un partenaire unique. »

Une solution intelligente complète

VMA travaille depuis plusieurs années à une gamme complète de solutions afin de réaliser des bâtiments durables et confortables et d’optimiser leur consommation d’énergie. Le résultat de ces années de travail tient en un nom : VMANAGER. Il s’agit avant tout d’un système global de gestion du bâtiment et d’un hub de données qui peut être relié à de nouveaux services (BOS, ou Building Operating System). Avec ce volet – baptisé ‘VMANAGER Connect’ –, VMA entend décloisonner les différentes technologies du bâtiment. « Beaucoup de systèmes que l’on retrouve dans les bâtiments constituent une source de données d’une richesse incroyable », souligne Pascal Kinoo. « La centralisation de toutes ces données peut aboutir à un grand nombre d’aperçus nouveaux, notamment en matière de commande et d’harmonisation de la consommation, de la production et du stockage de l’énergie. VMA est à la source à tous les niveaux, de la commande des machines au système de gestion du bâtiment. Nous pouvons apporter énormément de valeur ajoutée à nos clients en reliant des systèmes et en en optimisant les réglages. L’outil ‘VMANAGER Connect’ nous permet de compiler toutes nos connaissances des bâtiments et d’offrir une solution globale intelligente alimentée par les données du système de gestion du bâtiment, de toutes les installations techniques et des autres systèmes, le cas échéant. Nous utilisons ces données afin de créer un environnement intelligent, dont la consommation d’énergie optimale et l’entretien intelligent sont les leitmotivs. Bien entendu, les clients peuvent toujours choisir entre une solution complète ou un simple système de commande, par exemple. C’est logique, car chaque bâtiment est différent et les besoins peuvent varier très fort d’un utilisateur à l’autre. Avec ‘VMANAGER Connect’, nous sommes en mesure de répondre aux souhaits spécifiques de chaque type de client. »

Un intérêt croissant pour les services ESCO

En complément à ‘VMANAGER Connect’, VMA a lancé en 2019 une offre de services de performance énergétique (ESCo en abrégé). Ces services sont regroupés aujourd’hui sous le nom de ‘VMANAGER Performance’. « Nous avons choisi d’offrir des services ESCo via VMANAGER afin de contribuer activement à rendre les bâtiments plus durables et moins énergivores », souligne Joris Wouters, BU manager smart & sustainable building management chez VMA. « Au sein du groupe CFE – dont fait partie VMA -, nous possédons une longue expérience avec un grand nombre de formules ‘design & build’. Bien souvent, toutefois, ces formules n’incluaient aucune garantie en matière de performances énergétiques. Notre inquiétude à propos des changements climatiques et notre volonté de fournir à nos clients un service synonyme de qualité à long terme nous ont poussés à décider de leur offrir des services ESCo. Nous proposons ainsi à nos clients des rénovations qui amélioreront sensiblement les performances énergétiques de leur bâtiment et leur donnons des garanties concrètes à propos des économies d’énergie qui seront réalisées. » « Si nous pouvons combiner les deux grands principes de VMANAGER dans le cadre d’un même projet, nous en sommes très heureux, » ajoute Pascal Kinoo, « car cela nous permet de faire un grand pas en avant dans l’optimisation des performances du bâtiment. La frontière entre gestion du bâtiment et services de performance énergétique est devenue très mince. Aujourd’hui, le système de gestion du bâtiment et les services de performance énergétique forment un binôme très connecté. Le système de gestion du bâtiment vous permet ainsi de détecter à un stade précoce les problèmes en matière de consommation d’énergie. Or sur le plan de la gestion énergétique, il est important de disposer des outils adéquats pour procéder aux réglages des installations de votre bâtiment. Nous constatons que l’intérêt de nos clients pour notre solution complète a sérieusement augmenté ces derniers temps. Les centres de soins résidentiels, par exemple, sont un segment où il y a beaucoup de projets en cours, mais le potentiel est énorme pour d’autres domaines d’application également. »

Un champ infini de possibilités

Aujourd’hui, on ne distingue encore que la pointe émergée du gigantesque iceberg d’applications combinant données et connectivité numérique. C’est pourquoi VMANAGER continue de travailler à de nouvelles solutions pour étendre son offre de services. « Nous proposons déjà une app qui permet de consulter la disponibilité des places de parking, de réserver une salle de réunion ou d’adapter la climatisation. Cette app est également connectée au service de maintenance. Par ailleurs, elle permet de rendre compte des performances du bâtiment au gestionnaire. Et nous travaillons chaque jour à étendre les possibilités », raconte Joris Wouters. « Notre créativité est systématiquement alimentée par la question de savoir comment nous pouvons utiliser des données afin d’apporter de la valeur ajoutée pour les utilisateurs d’un bâtiment – utilisateur final, locataire, gestionnaire du bâtiment et propriétaire. Cette plus-value que nous apportons ne se limite pas à la durabilité : les avantages peuvent également se manifester à travers un plus grand confort ou une meilleure expérience en tant qu’utilisateur. Vu que nous proposons un système ouvert, le champ des possibilités ne se limite pas à une offre standardisée d’applications dans VMANAGER. Il est possible, en effet, d’intégrer harmonieusement des solutions qui ont été développées par des tiers. Pour vous donner un bel exemple, nous avons ajouté une application permettant de passer commande depuis son bureau dans la sandwicherie du coin. L’utilisateur commande luimême son lunch via l’app, l’établissement horeca reçoit un mail avec la commande et l’apporte au client pour sa pause de midi. »

Un siège social transformé en laboratoire

Ces dernières années, l’entreprise a abondamment utilisé son quartier général pour tester ses nouvelles solutions. « En 2019, VMA a décidé d’agrandir et de rénover en profondeur son siège social de Sint-Martens-Latem », relate Pascal Kinoo. « Ces travaux ont coïncidé avec la conception et le développement de VMANAGER. Nous avons pu partir d’une page blanche, que nous avons remplie d’une manière innovante et en tenant compte des défis du futur. Le cahier des charges ne recelait que quelques conditions : la direction souhaitait un espace de bureaux intelligent, convivial et accueillant, peu énergivore et proposant des performances optimales. Il y avait également quelques contraintes technologiques à prendre en compte : l’intégration de toutes les techniques du bâtiment dans une plateforme, une app pour permettre aux utilisateurs d’interagir avec le bâtiment et la nécessité que le tout constitue un système ouvert offrant de la flexibilité pour le futur. Ces conditions étaient bien entendu largement en adéquation avec le type de solutions que nous étions alors en train de développer pour nos clients. Nous avons dès lors immédiatement ressenti comme un appel à explorer les limites de notre expertise, avec pour conséquence que notre siège social allait être transformé en ‘smart building’ au sens propre du terme. Nous avons ainsi testé une solution de gestion de parking sur la base d’un mécanisme d’identification du numéro de plaque relié au système de réservation du parking. Nous comptons également le nombre de voitures garées sur le parking, non pas tant parce que c’est un véritable problème sur notre site de Sint-Martens-Latem, mais plutôt parce que ça pourrait l’être pour des clients dont le bâtiment est situé dans le centre de Bruxelles, par exemple. Ce scénario a par ailleurs été intégré avec l’aide de différentes technologies, sans fil comme câblées. Cet exemple montre que nous sommes parfois allés un pas trop loin dans nos expériences sur notre propre site, simplement pour préparer des solutions capables de satisfaire les besoins de tous nos clients. Nous considérons toujours notre siège social comme un laboratoire où nous pouvons apprendre et tester dans la pratique toutes les solutions potentielles que nous développons. »

Miser sur l'expérience

La gestion de parking n’est que l’un des scénarios qui ont été élaborés dans le détail. L’accompagnement des visiteurs à l’intérieur du bâtiment a lui aussi été passé sous la loupe. « La méthode la plus perfectionnée que nous avons prévue à cet effet consiste en un système de géolocalisation au départ du smartphone. Les visiteurs peuvent visualiser dans l’app le chemin à suivre pour se rendre dans une salle de réunion, par exemple », explique Pascal Kinoo. « Ce genre d’accueil suffit déjà à susciter un réel émerveillement, mais l’expérience du visiteur est encore renforcée par l’affichage numérique présent partout dans le bâtiment. » « Ces panneaux sont utilisés pour diffuser les messages les plus divers : accueil des visiteurs, occupation des salles de réunion, manière dont nous réalisons nos objectifs en matière de durabilité, etc. », embraie Joris Wouters. « Nous montrons en temps réel la production d’énergie de nos panneaux solaires, le volume de nos émissions de CO2, etc. Ces messages ont également pour objectif de sensibiliser les gens à une gestion responsable de l’énergie. Nous utilisons également les panneaux numériques pour informer nos collaborateurs. Ces derniers ne lisent en effet pas toujours tout de suite leurs courriels, alors qu’il est difficile d’échapper à l’affichage numérique, d’autant plus qu’on le rencontre également à des endroits stratégiques, comme les coffee corners. »

Des applications innovantes

Bien entendu, nombre de ces applications innovantes utilisent un large panel de capteurs. Lors du développement de VMANAGER, VMA a par exemple élaboré une solution permettant d’enregistrer les présences au moyen de capteurs placés sous les flexdesks, bureaux et tables des salles de réunion. « Cette solution s’est révélée un outil très intéressant et extrêmement précis pour mesurer le taux d’occupation de notre bâtiment », souligne Pascal Kinoo. « Nous utilisons ces informations dans le cadre de notre politique de sécurité, mais également dans notre communication à l’égard de notre équipe de nettoyage. » « Cet exemple montre bien que des données collectées par le biais d’un certain type de capteur peuvent être utilisées pour des applications diverses et variées », ajoute Joris Wouters. « Il est important de bien structurer les données – ce que nous rendons possible avec ‘VMANAGER Connect’ – afin de pouvoir les utiliser par la suite dans toutes sortes de domaines. »

Des innovations au niveau de la maintenance

VMA utilise également des capteurs afin de collecter des données sur les installations techniques. Les informations ainsi récoltées contribuent à augmenter l’efficacité de la gestion et de la maintenance, qui est souvent gérée par VMA elle-même. « Nous contrôlons par exemple les heures d’utilisation des pompes, la consommation des différentes installations, etc. », explique Joris Wouters. « Dans beaucoup d’immeubles, l’équipe de maintenance ne dispose pas de ces informations et travaille par conséquent à l’aveugle. Les données captées nous permettent d’être informés beaucoup plus rapidement sur l’apparition d’un éventuel problème et sur sa nature, ce qui nous permet d’agir rapidement en conséquence. L’inverse est également vrai, car les données dont nous disposons peuvent également nous conduire à reporter un remplacement lorsqu’il apparaît qu’une telle intervention n’est pas encore nécessaire. Dans un cas comme dans l’autre, c’est du win-win pour les utilisateurs du bâtiment comme pour l’entreprise responsable de la gestion et de la maintenance. Intervenir ‘just in time’ nous permet de garantir en permanence le confort des personnes présentes. Parallèlement à cela, l’entreprise de maintenance possède les données nécessaires afin d’améliorer son organisation. Nous apportons en outre une plus-value en termes d’économies et de durabilité dans la mesure où nous exploitons au mieux la durée de vie des composants. »

Une approche intégrale

Les avantages conférés sur le plan de la maintenance du bâtiment constituent également une raison évidente pour laquelle les changes d’informations entre l’équipe de maintenance de VMA et l’équipe autour de VMANAGER sont à ce point précieux. « Dans l’optique de l’entretien, il est non seulement utile d’avoir accès aux données, mais la manière dont un appel à l’action spécifique est communiqué à l’équipe de maintenance est importante elle aussi », explique Pascal Kinoo. « Au sein de VMANAGER, nous avons ajouté au système de gestion du bâtiment un processus automatisé pour envoyer des tickets à la société de maintenance lorsque les installations techniques génèrent une alerte. Ce système de ticketing s’accompagne d’un risque bien connu, celui qu’un très grand nombre d’alertes soient géné-rées alors qu’elles sont pour une grande partie d’entre elles insignifiantes, voire injustifiées.

Tout l’enjeu consiste dès lors à sélectionner les alertes pertinentes, un travail que nous pouvons désormais optimiser en faisant l’aller-retour entre l’équipe qui développe VMANAGER et les personnes de VMA qui ont pour mission quotidienne de gérer et d’entretenir les installations. » « Chez VMA – et CFE de manière générale -, nous croyons qu’une approche intégrale des défis qui nous attendent est la seule approche adéquate, peu importe que ces défis concernent la maintenance, la gestion du bâtiment ou encore l’approvisionnement en énergie », conclut Joris Wouters.

Bewel opte pour un modèle d’adjudication innovant

Kristof Caubergs — Wed, 01 Jun 2022 08:07:13 +0000

À retenir

Pour les projets qui ne se limitent pas à dessiner les plans d’un bâtiment et à le construire, un partenariat durable reposant sur une confiance mutuelle entre le client et l’(les) exécutant(s) est encore plus important que par le passé. La collaboration se poursuivra après la réception des travaux et il est important que toutes les parties regardent dans la même direction.
Des modèles d’adjudication tels que la formule DBME peuvent être appliqués dans le cadre de projets de rénovation comme de projets de nouvelles constructions. Ils contribuent grandement à décharger le gestionnaire de l’immeuble de bien des tracas pendant la phase d’exploitation et à garantir la qualité pendant une longue période (déterminée de commun accord).
Il est extrêmement utile que l’entreprise de maintenance soit présente autour de la table dès la phase de conception, afin qu’elle puisse partager ses expériences en matière de maintenance et de gestion pendant la durée de vie d’un bâtiment. Elle pourra également partager ses réflexions sur comment optimiser le projet afin de répondre à toutes les attentes, tout en veillant à ce que la maintenance et la gestion restent gérables.

Confort garanti pour les vingts prochaines années

Au printemps 2022 sera posée la première pierre du nouveau siège social de Bewel. Le bâtiment jouera un rôle de pionnier en matière d’innovation, de circularité et de durabilité. Bien que le maître d’ouvrage ne vise pas forcément le plus haut degré de technologie, le projet mérite assurément l’étiquette ‘smart‘. L’intelligence du projet réside surtout dans l’aspect novateur du type de contrat qui encadrera les travaux. Pour la première fois, Van Roey Services appliquera en effet à une nouvelle construction la formule DBME, sur laquelle l’entreprise compte s’appuyer pour relever les défis que posent les évolutions sur le marché de l’énergie.

Bewel est une entreprise sur mesure qui emploie des personnes éloignées du marché du travail. Avec ses 2 200 collaborateurs répartis sur neuf sites, c’est l’un des plus gros employeurs du Limbourg. « L’implication, la durabilité et la responsabilité sociale de l’entreprise sont au coeur de notre projet économique », explique le directeur général Johan Bongaerts. « C’est pourquoi nous avons procédé, en 2019, à une mesure de l’état de l’ensemble de notre patrimoine. Cet exercice a révélé qu’il y avait encore beaucoup de marge pour réduire notre empreinte écologique.

Notre siège social de Diepenbeek, par exemple, ne satisfaisait plus aux normes modernes en matière d’énergie. Après qu’une étude a déterminé qu’il serait difficile de rentabiliser des travaux de rénovation, nous avons décidé, en 2021, de construire un tout nouvel immeuble de bureaux. D’emblée, nous avons annoncé la couleur : ce bâtiment devait devenir la vitrine de Bewel et faire office d’exemple à suivre en matière de durabilité. Nous voulons créer une base opérationnelle qui sera un modèle de progrès et constituera une véritable source d’inspiration pour d’autres organisations. »

Le choix de l'innovation

Le projet mérite à n’en point douter d’être qualifié d’innovant. Pourtant, le bâtiment ne se distinguera pas tellement sur le plan technologique. « Bewel entend réaliser ses ambitions en appliquant des concepts et des processus d’avant-garde », explique Bart Cox, directeur opérationnel chez Van Roey Services (le partenaire au sein du groupe Van Roey pour la gestion de la maintenance durable des bâtiments et installations). « Chaque collaborateur a ainsi été interrogé sur ses souhaits et idées, et a été impliqué de près dans la définition des besoins et l’élaboration du concept du nouveau bâtiment. Les différents départements qui composent l’entreprise Bewel ont même pu déléguer un ambassadeur qui a eu son mot à dire et a pu apporter une contribution active à chaque étape de l’élaboration du projet. »

La formule DBME pour une construction neuve: une première!

Bewel a également innové en intégrant le ‘Total Cost of Ownership’ (TCO – le coût total du bâtiment tout au long de sa vie) à la liste des critères d’attribution pour l’adjudication du projet. Cette décision en a entraîné une autre, à savoir l’application d’une formule ‘Design Build Maintain & Energy’ (DBME en abrégé) à une nouvelle construction, ce qu’aucune entreprise n’avait fait auparavant. Van Roey Services joue un rôle essentiel dans cette formule. « DBME repose grosso modo sur le même principe que la formule DBFM (Design Build Finance & Maintain), qui est mieux connue », compare Jona Michiels, innovation manager au sein du Groep Van Roey. « Cette formule-là implique également de travailler avec un consortium au sein duquel l’entrepreneur, l’architecte, le maître d’ouvrage, les bureaux d’étude et l’entreprise de maintenance travaillent main dans la main dès la phase conceptuelle en vue de réaliser le meilleur bâtiment possible dans les limites du cadre budgétaire fixé. Après la réception des travaux, Van Roey Services assumera la maintenance du bâtiment et des installations techniques pendant une période de vingt ans. »

Moins de tracas pour le client

La différence entre DBFM et DBME réside dans le fait que le volet ‘F(inance)’ n’est pas inclus dans le marché. Le groupe Van Roey ne s’occupe du financement que si le client le lui demande, ce qui n’était pas le cas de Bewel. « Le financement n’est pas notre core business, si bien que le client trouvera souvent d’autres options intéressantes pour financer son projet », explique Jona Michiels. « Si le volet financier ne constitue pas notre activité principale, l’énergie – car c’est à elle que renvoie le E de DBME – le devient de plus en plus », ajoute Bart Cox. « Le recours à la formule DBME en tant que modèle d’adjudication doit dès lors être considéré comme une réponse aux fortes évolutions qui animent les marchés de l’énergie et de la construction. Les nouvelles installations techniques sont bien plus complexes que par le passé. Elles sont très performantes sur papier, mais en pratique, elles n’offrent bien souvent pas le rendement attendu. Il y a deux raisons à cela : leur mise en service ne s’est pas déroulée dans des conditions optimales et la maintenance laisse à désirer.

Il en résulte des problèmes de confort et une consommation d’énergie beaucoup plus élevée que prévu. Nombre d’études le confirment : une surconsommation de 30 % n’a rien d’exceptionnel. Pour nous en tant qu’entreprise, offrir des garanties en matière de performance énergétique est une étape suivante logique dans notre ambition de décharger le client de toute préoccupation et de garantir la qualité à long terme. Jusqu’à présent, cette volonté de faciliter la vie du client se traduisait principalement à travers la maintenance et la gestion des bâtiments et de leurs installations techniques. On peut désormais y ajouter le volet énergie et le confort qui va avec pour les utilisateurs du bâtiment. »

Besoin de précurseurs

Cela fait des années que Van Roey Services s’évertue à garantir le ‘M’ dans les projets DBFM. « Aujourd’hui, nous allons un pas plus loin et sommes tout à fait prêts à offrir des contrats de maintenance et de performance énergétique – des CMPE, en abrégé », déclare Bart Cox. « Ce qui est intéressant avec de tels contrats, c’est que nous pouvons les utiliser non seulement pour des projets de rénovation, mais également pour des projets de nouvelles constructions. À vrai dire, cela fait déjà un moment que nous avons atteint ce stade-là. Ces dernières années, nous avons évalué en long et large le concept à l’aune des besoins du marché. L’intérêt est bien réel, mais il est difficile de trouver ceux qu’on appelle les first movers – des pionniers prêts à être les premiers à appliquer la formule à un cas concret. » « Avec Bewel, nous avons trouvé le partenaire idéal », poursuit Jona Michiels. « Van Roey Services effectuait déjà la maintenance technique dans les bâtiments de l’entreprise de travail adapté. Bewel nous a par ailleurs demandé de réaliser une mesure de l’état de l’ensemble de son patrimoine immobilier. Ces contacts étroits nous ont permis d’inspirer ce client afin qu’il opte pour un CMPE pour son projet de nouvelle construction, et plus généralement pour une adjudication DBME. La direction de Bewel était bien consciente qu’une telle décision déboucherait sur un bâtiment plus durable et performant tout au long de son cycle de vie et générerait par ailleurs le ‘Total Cost of Ownership’ le plus bas, et a par conséquent décidé de s’engager sur cette voie-là. »

Confort garanti

Le volet E(nergie) du CMPE signifie que Van Roey Services garantit le rendement technique (et donc la consommation d’énergie) des installations techniques (qui assurent la climatisation du bâtiment) sur une longue période, de vingt ans dans le cas de Bewel. La garantie du rendement technique s’accompagne également de promesses en ce qui concerne le confort offert aux utilisateurs du bâtiment. « Le rôle de Van Roey Services consiste à décharger les gestionnaires et utilisateurs du bâtiment de tout souci », explique Bart Cox. « Pour y parvenir, nous garantissons en permanence le respect des exigences qui ont été convenues en matière de confort, et ce sans dépasser un certain niveau de consommation d’énergie. Comme je l’ai déjà souligné, nous laissons au client – sauf s’il en décide autrement – le soin de financer lui-même les installations, qui restent par conséquent à tout moment sa propriété. Nous ne comptons pas non plus évoluer vers un rôle de fournisseur d’énergie et laisserons à nos clients le soin de négocier eux-mêmes leurs contrats d’énergie. Notre plusvalue réside dans la garantie que nous apportons sur le fait que le bâtiment et les installations fourniront pendant vingt ans le confort souhaité, sans que la consommation d’énergie n’explose. « L’avantage pour le client est manifeste dans la mesure où il ne doit plus se soucier de la climatisation de son bâtiment, ni du confort que celui-ci doit offrir à ses collaborateurs », ajoute Jona Michiels. « De surcroît, le client ne doit plus se demander comment gérer le bâtiment et les installations afin que ceux-ci fonctionnent de manière optimale. Qui plus est, il ne doit pas craindre une mauvaise surprise lorsqu’il reçoit sa facture d’énergie puisque nous lui avons garanti que sa consommation ne dépasserait pas un certain niveau. Déchargé de tous ces tracas, le client peut se concentrer pleinement sur son core business, dans un bâtiment durable et performant. »

Une certaine incertitude

Conclure un contrat de performance énergétique pour une durée de vingt ans sans aucun point de référence : le pari paraît osé. Van Roey Services a dès lors bien réfléchi à tous les paramètres lorsqu’il a évalué la consommation d’énergie pour cette période et décidé comment il allait contrôler cette consommation durant la phase d’exploitation. « La méthode la plus précise pour évaluer la consommation et la contrôler en permanence consiste à créer un modèle virtuel de bâtiment qui est adapté chaque année sur la base de nouvelles informations, comme les taux d’occupation mesurés », expose Jona Michiels. « Une telle méthode présente toutefois l’inconvénient de vite devenir relativement complexe et chronophage, pour le client comme pour nous. Une trop grande complexité serait préjudiciable d’un point de vue commercial, d’autant plus que les efforts consentis ne seraient pas proportionnels à la consommation d’énergie des installations, qui est relativement limitée pour un projet de cette envergure, à condition qu’il ait été bien conçu et bien exécuté. Nous avons dès lors délibérément choisi de privilégier la simplicité. Pour évaluer la consommation d’énergie, nous appliquons une formule basée sur les degrés-jours et les jours de refroidissement. Nous utilisons pour ce faire les données de l’IRM tout en échafaudant divers scénarios prenant en compte les changements climatiques, par exemple. »

« Il est important de bien comprendre que nous travaillons sur la base d’une évaluation de la consommation d’énergie », embraie Bart Cox. « La formule reposant sur les degrés-jours et les jours de refroidissement ne donne qu’une approximation. L’occupation du bâtiment peut ainsi être différente du schéma attendu. Vu ces incertitudes, la consommation réelle ne sera de toute manière pas identique aux estimations. Tout l’enjeu consiste à développer une approche pragmatique permettant de composer avec ces incertitudes »

Marge de 10%

Cette approche pragmatique consiste à considérer un écart de 10 % par rapport à la consommation d’énergie estimée comme ‘acceptable’, et ce dans un sens comme dans l’autre (sous-consommation comme surconsommation). « Si la consommation réelle ne dépasse pas cette marge de 10 %, toutes les parties concernées considèrent que tout va bien », explique Jona Michiels. « Dans le cas contraire, nous examinons la situation de plus près. Cet écart trop important est-il imputable à notre méthode de calcul ? Le taux d’occupation est il très différent du profil qui avait été défini ? S’il s’agit d’un paramètre dont nous aurions dû tenir compte, nous prenons nous-mêmes en charge le surcoût lié à cette surconsommation. Et si la consommation est inférieure au seuil de la marge, nous recevons un bonus. » « Nous insistons sur le fait qu’un contrat de performance énergétique constitue en réalité un engagement dans un partenariat », ajoute Bart Cox. « Un partenariat qui repose sur une confiance et un respect mutuels entre le client et nous, en tant qu’exécutant du CMPE. L’époque où l’entrepreneur disparaissait dans la nature après la réception des travaux est définitivement révolue. Durant les vingt prochaines années, nous travaillerons ensemble, en tirant sur la même corde. En cas de forte disparité entre consommation estimée et consommation réelle, nous nous sommes entendus avec Bewel pour nous rasseoir autour de la table et chercher ensemble des solutions. Bien entendu, nous mettrons tout en oeuvre afin d’éviter ces scénarios exceptionnels : nous nous rendrons très régulièrement sur place pour des missions de maintenance et de gestion et nous pouvons par ailleurs contrôler en permanence la consommation à distance, avec précision. Nous espérons que ces précautions nous permettront d’éviter les situations désagréables et de renforcer la confiance du client. »

Une équipe de construction comme pilier

Cette notion de partenariat est capitale, non seulement avec le client, mais également avec toutes les parties impliquées dans la construction du projet : tout le monde doit regarder dans la même direction. « Travailler au sein d’une équipe de construction nous a déjà permis d’effectuer un fameux pas en avant », souligne Bart Cox. « Pendant la phase de conception, nous avons pu apporter notre input en matière de maintenance et de gestion durant tout le cycle de vie du bâtiment. Notre expertise a été traduite en un concept qui optimise l’efficacité énergétique tout en veillant à ce que la maintenance et la gestion restent malgré tout gérables. Le grand auvent qui entoure le bâtiment constitue une belle illustration de ce concept. Il recèle une grande valeur architecturale, mais son intérêt va bien évidemment au-delà de cela puisqu’il contribue à éviter la surchauffe pendant l’été et à renforcer la luminosité en hiver. La présence de cet auvent permet de se passer de stores automatiques, ce qui se révélera très intéressant en matière de maintenance. » « Que vous travailliez avec une formule DBME ou une formule équivalente, il est donc très précieux pour l’exécutant du CMPE d’être présent autour de la table dès la phase de conception », conclut Jona Michiels.

Infrabel explore le monitoring dynamique

Kristof Caubergs — Fri, 06 May 2022 06:32:25 +0000

À retenir

Dans la volonté d’Infrabel de chercher en permanence des moyens d’optimiser les infrastructures ferroviaires, le monitoring s’avère être un outil intéressant afin d’améliorer la conception et la maintenance.
Grâce à un monitoring dynamique basé sur des capteurs de déformation à fibres optiques, la KU Leuven est capable de superviser d’une manière compacte et très détaillée la résistance de certaines structures aux vibrations.
Les modes propres de déformation déterminés au moyen des capteurs de déformation à fibres optiques sont beaucoup plus sensibles aux dommages locaux que les modes propres de déplacement plus classiques déterminés à partir des données fournies par les accéléromètres.
Des modifications observées au niveau de la résistance aux vibrations peuvent indiquer un endommagement.

Des capteurs à fibres optiques sur des ponts de chemin de fer

En reliant le pont du chemin de fer KW51 à Louvain à un système de monitoring, la section Mécanique de construction de la KU Leuven a réalisé une grande première. Jamais, un système de suivi continu des propriétés dynamiques basé sur des mesures de déformation opérationnelle au moyen de fibres optiques n’avait été installé sur une structure d’une telle taille. Et les résultats de cette expérience sont à ce point positifs qu’un projet similaire a été lancé sur un pont ferroviaire à Renaix.

Cela fait plusieurs décennies déjà que la section Mécanique de construction de la faculté d’ingénierie de la KU Leuven se livre à des recherches en matière de monitoring. Afin de confronter la théorie à la pratique, les chercheurs ont contacté il y a quelques années Infrabel, le gestionnaire et exploitant du réseau ferroviaire belge. « Nous cherchions un pont de chemin de fer que nous pourrions monitorer en permanence avec notre nouvelle technique basée sur des mesures de déformation par fibre optique », contextualise le prof. Edwin Reynders. « Notre objectif était d’analyser le fonctionnement véritable de ce type d’infrastructure et de le confronter à des modèles théoriques. »

« La KU Leuven n’a pas dû déployer des trésors d’imagination pour nous convaincre de participer à ce projet de recherche », déclare Didier Van de Velde, le responsable de la section Civil Engineering d’Infrabel. « Nous cherchons continuellement à optimiser les infrastructures ferroviaires en en améliorant leur conception et/ou en les entretenant plus efficacement. Si de nouvelles techniques peuvent nous aider dans cette tâche, nous les accueillons à bras ouverts. Cependant, nous ne disposons pas nous-mêmes de l’expertise et des effectifs pour nous livrer à ce genre d’expérimentations. C’est pourquoi nous croyons beaucoup aux synergies win-win avec des centres d’expertise. »

Deux types de mesures des vibrations

Ce projet de recherche a permis à Infrabel de découvrir les nombreuses possibilités qui existent en matière de monitoring. Depuis octobre 2018, les vibrations du pont du chemin de fer KW51 à Louvain (l’impressionnant pont bow-string qui surplombe le canal de Louvain, juste en dehors de la ville) sont mesurées de deux manières, comme l’explique le prof. Edwin Reynders : « Nous avons entamé le projet avec un suivi traditionnel de l’accélération et de la déformation dynamique à certains endroits. Nous avons, pour ce faire, utilisé des accéléromètres et des jauges de contrainte. Nous avons toutefois assez vite implémenté des capteurs de déformation par fibre optique qui, combinés à des méthodes hardware et software modernes, permettent de mesurer avec précision les très petites déformations dynamiques opérationnelles en un grand nombre de points de mesure. C’était la première fois qu’une structure d’une telle taille était soumise à un monitoring basé sur cette technique. C’est à partir de là que l’expérience est vraiment devenue intéressante pour nous et pour Infrabel, car nous avons pu identifier dans le détail et avec une grande précision les déformations dynamiques dans le tablier du pont, et en suivre l’évolution dans le temps. »

Des atouts qui sautent aux yeux

Les capteurs mesurent en continu le comportement dynamique de la structure, ce qui a déjà généré une mine d’informations. « Nous disposons désormais d’une vue claire sur l’évolution du pont au fil du temps », explique Didier Van de Velde. « Cela nous permet d’évaluer mieux que jamais l’impact de l’intensité du trafic ferroviaire, du type et du poids de chaque train, des conditions météorologiques, … Nous avons par ailleurs découvert qu’effectuer un travail de monitoring est une manière de préparer le terrain pour la maintenance prédictive. » « Les données brutes relatives aux vibrations mesurées au moyen d’accéléromètres et de fibres optiques permettent d’identifier les fréquences propres à la structure », explique le prof. Edwin Reynders.

« Nous pouvons considérer cela comme les fréquences auxquelles la structure peut entrer en résonance. Les formes de vibrations qui vont de pair avec ces fréquences propres – et que l’on connaît sous le nom de modes propres – sont identifiées de cette manière-là. Si des dommages structurels apparaissent, les fréquences et les modes propres s’en trouveront influencés. Des changements peuvent, par conséquent, indiquer la présence de dommages. Le grand avantage, avec les fibres optiques, c’est que les modes propres de déformation sont beaucoup plus sensibles aux dommages locaux que les modes propres de déplacement plus classiques qui sont déterminés à partir des données des accéléromètres. Un autre atout réside dans la possibilité d’intégrer jus-qu’à vingt capteurs de déformation – Fiber Bragg Gratings (FBG, en abrégé) – dans un même câble en fibre de verre, ce qui permet d’obtenir une photographie détaillée de toute la structure. Si ces capteurs peuvent être reliés à un système d’alarme, cela peut devenir, à terme, un atout important pour Infrabel, qui pourra ainsi réagir aux dommages naissants et, partant, éviter que des pièces se cassent ou que des dommages plus importants soient occasionnés. Les avantages tombent sous le sens : les petites réparations coûtent moins cher et leur impact sur le trafic ferroviaire est plus limité. »

Exploration de la fibre optique

Afin d’explorer davantage les possibilités et les limites du monitoring par fibres optiques, la section Mécanique de Construction de la KU Leuven a lancé, avec le Centre Scientifique et Technique de la Construction (CSTC), le projet VLAIO COOCK ‘Suivi des structures et systèmes à fibre optique’. Ce projet, qui court de 2020 à 2023, a pour objectif principal de faire mieux connaître les capteurs à fibres optiques dans le secteur de la construction et d’y encourager leur utilisation. Cette technologie de mesure peut en effet apporter une grande valeur ajoutée dans plusieurs domaines : développement de produits innovants, contrôle qualité de l’exécution, optimisation de la conception (avec, par exemple, des tests préalables et un suivi à long terme dans le cadre, notamment, de la maintenance prédictive), augmentation de la durée de vie, développement de systèmes d’avertissement précoce…

Projet de suivi intéressant

Dans le cadre de ce projet VLAIO COOCK, la KU Leuven s’est engagée à contrôler la sensibilité aux dommages réels de la technologie de monitoring dynamique qui a été développée au départ de la fibre optique. « Pour les besoins de ce projet, nous avons donc endommagé volontairement une structure existante », explique le prof. Edwin Reynders. « Une nouvelle fois, nous avons pu compter sur la collaboration d’Infrabel et avons également travaillé en concertation avec TUC Rail et le CSTC. Notre choix s’est porté sur un pont ferroviaire enjambant la Nieuwebrugstraat à Renaix, qui sera démoli vers la moitié de l’année 2022 et est hors service depuis quelque temps. En janvier 2022, nous avons utilisé une meule pour occasionner artificiellement de petites fissures dans l’aile supérieure d’une poutre principale. Bien que d’une profondeur limitée, ces fissures ont eu une influence manifeste sur les modes propres de déformations optiques, confirmant ainsi nos simulations et résultats de laboratoire. »

Pour une maintenance plus efficace

Les deux projets constituent une grande source d’inspiration pour Infrabel dans l’optique, surtout, d’une maintenance plus efficace. « Le prof. Edwin Reynders avait déjà mis en avant l’utilité d’un système de monitoring pour éviter que des problèmes prennent des proportions trop importantes », souligne Wendelien Cneut, ingénieure au sein de la section Civil Engineering d’Infrabel. « Nous pensons par ailleurs que le fait de mieux comprendre les risques nous offre une marge de progression, car nous pourrons ainsi consacrer une attention particulière à ces maillons faibles lors de nos contrôles. Nous découvrirons et pourrons réparer plus rapidement les dommages, même sans un monitoring permanent des infrastructures.

Il faut en effet savoir que cette technologie a évidemment un coût, qui fait qu’il est financièrement impossible, aujourd’hui, de placer des capteurs partout.» « Bien que le monitoring ait beaucoup d’avantages à offrir, il est effectivement impossible, à l’heure actuelle, d’appliquer cette technologie partout. En premier lieu en raison de son coût, mais aussi, et peut-être surtout, à cause de sa complexité », poursuit Didier Van de Velde. « Chaque structure est différente et demande d’autres types et quantités de capteurs, qui devront de surcroît être installés au bon endroit. À cela s’ajoute la gigantesque quantité de données qu’il faudra traiter et analyser. Voilà pourquoi Infrabel a délibérément choisi de sous-traiter tout ce qui touche au monitoring à des organisations et centres d’expertise spécialisés. Ensemble, nous évoluerons progressivement vers une situation où la technologie se généralisera. Au vu des résultats des deux cas de test, c’est quasi une certitude à mes yeux ! »

De plus amples informations concernant le monitoring sur base de la technique de la fibre optique peuvent être trouvées sur www.ovmonitoring.be

Tuc Rail et Infrabel passent au crible un pont ferroviaire

Kristof Caubergs — Tue, 03 May 2022 09:42:09 +0000

À retenir

TUC Rail et Infrabel explorent les possibilités de la surveillance de l’état des structures pour la maintenance prédictive de l’infrastructure ferroviaire.
Un test sur le pont Vierendeel à Malines a démarré. En raison de la complexité, Zensor a été sollicité à cette fin.
Le monitoring donne des informations utiles sur l’état et le comportement du pont. Cela permettra d’optimiser la rénovation, l’entretien et la durée de vie.

Des données intéressantes grâce au monitoring des structures

La surveillance de l’état des structures appelé plus communément le ‘monitoring des structures’ ou Structural Health Monitoring (SHM) est en plein essor dans le monde entier. TUC Rail et Infrabel ont également pris le train en marche avec un projet pilote qui concerne le pont métallique de Vierendeel à Malines. Il s’agit d’une étape importante d’un processus d’innovation qui devrait conduire à l’optimisation de la maintenance de tous les ponts et tunnels ferroviaires. L’ambition ultime est double : réduire drastiquement les coûts de réparation et les désagréments pour les voyageurs lors des travaux d’entretien, et prolonger considérablement la durée de vie des infrastructures.

Avec une portée de 89,54 mètres et son esthétique remarquable, le pont Vierendeel définit le paysage de la Leuvensesteenweg à Malines depuis près de nonante ans. Ce pont a été construit à la suite de l’électrification de la ligne ferroviaire Anvers-Bruxelles et a été mis en service en 1935. Aujourd’hui, c’est toujours un carrefour extrêmement important sur le réseau ferroviaire belge. Des lignes de chemin de fer très fréquentées passent au-dessus et en-dessous du pont. Sa structure approche du terme de sa durée de vie de cent ans. Le pont Vierendeel fait donc l’objet d’une attention particulière de la part de TUC Rail et d’Infrabel, d’autant plus qu’il est classé « Monument Protégé » depuis 1996.

Karlien Berten, Lead Design Engineer Structures chez TUC Rail, a d’ailleurs déclaré « Nous ne pouvons donc pas simplement le remplacer par un nouveau pont. C’est pourquoi nous prévoyons une rénovation en profondeur d’ici quelques années. »

Rénovation avec un minimum de perturbations

Lors de la rénovation, le pont sera surélevé d’environ 60 centimètres afin que les caténaires des voies ferrées sous-jacentes ne soient plus intégrées au pont, mais suspendues en dessous. Cela simplifiera considérablement la maintenance et réduira l’impact sur le trafic ferroviaire. Le pont sera également repeint. « Nous espérons éviter des rénovations structurelles majeures en appliquant le monitoring des structures », explique Karlien Berten. « Compte tenu de l’âge avancé du pont, il y a de fortes chances que des défauts surviennent dans les années à venir. Leur réparation serait encore plus lourde s’ils n’étaient pas repérés à temps. Actuellement, ces ponts subissent des inspections mineures en moyenne tous les quatre ans et des inspections majeures tous les huit ans. Il est évident que cela ne permet pas de détecter les petits défauts de manière précoce. Plus ceux-ci sont remarqués tardivement, plus il devient difficile – et donc coûteux – de les réparer et plus les perturbations pour le trafic ferroviaire et les passagers sont importantes. »

Vers un entretien prédictif

L’abandon des intervalles fixes pour l’entretien et les inspections de l’infrastructure est une piste envisagée de longue date chez TUC Rail et Infrabel. « Le monitoring des structures ouvre la voie vers un entretien prédictif », précise Karlien Berten. « Mieux vaut prévenir que guérir. À l’aide de capteurs, nous pouvons surveiller en temps réel l’état des ponts et des tunnels ferroviaires. De cette façon, les problèmes sont détectés et résolus à temps avant qu’ils ne puissent vraiment se développer. Il est même possible d’aller plus loin et de prédire les défauts avant qu’ils ne surviennent.

En conséquence, le nombre d’interventions augmentera peut-être, mais les actions requises seront plus courtes et coûteront beaucoup moins cher. En outre, une telle approche nous permettrait de standardiser notre maintenance. Aujourd’hui, la rapidité et le mode d’intervention varient encore trop fortement d’une région à l’autre et même par individu. »

Large spectre de données

Grâce au monitoring des structures, TUC Rail et Infrabel espèrent également prolonger la durée de vie de l’infrastructure ferroviaire. « D’une part parce que nous pouvons réagir plus rapidement aux défauts, d’autre part parce que nous connaîtrons l’état réel des ponts et tunnels », explique Karlien Berten. « C’est une donnée très importante car une grande partie de l’infrastructure existante devra théoriquement être remplacée d’ici dix à vingt ans. D’un point de vue social et économique, ces investissements ne peuvent être justifiés si les tunnels et les ponts sont encore en bon état. Enfin, nous avons un aperçu de ce qu’ils peuvent vraiment supporter à l’heure actuelle. Il y a nonante ans, personne n’aurait pu prédire l’intensité du trafic ferroviaire et le poids du matériel roulant. Le monitoring nous permet désormais aussi de déterminer dans quelle mesure l’infrastructure de l’époque est compatible avec la situation actuelle. Il se pourrait que nous devions dévier certains itinéraires ou éviter que des trains de marchandises ne circulent, car ils sont trop lourds. Cependant, il est également possible que nous découvrions que l’infrastructure a une plus grande capacité qu’on ne le supposait auparavant. Bref, le monitoring des structures peut nous fournir de nombreuses nouvelles données. »

Un travail de spécialistes

la méthodologie de monitoring des structures ou Structural Health Monitoring sur le pont Vierendeel sur la Leuvensesteenweg à Malines. « Malheureusement, c’est complètement nouveau pour nous. Nous avons donc rapidement été confrontés à de nombreuses questions », déclare Karlien Berten. « Où devons-nous placer les capteurs ? Quels types génèrent les informations que nous recherchons ? Quelle fréquence de mesure devons-nous utiliser ? De plus, le traitement des données est une matière complexe qui nécessite des algorithmes et de l’intelligence artificielle. Même l’interprétation de base des énormes flux d’informations nécessite des connaissances spécifiques et, surtout, une automatisation. C’est pourquoi nous avons décidé de faire appel à Zensor, spécialiste du contrôle d’infrastructures complexes et d’installations industrielles depuis de nombreuses années. Ensemble, nous avons développé un concept avec des capteurs filaires qui peuvent être reliés au réseau Infrabel. »

Analyses automatiques

Zensor a commencé à installer les capteurs en mai 2021. Il a fallu procéder par étapes en fonction de la « disponibilité » du pont (c’est-à-dire lorsqu’il n’y avait pas de trafic ferroviaire). Yves Van Ingelgem, CEO de Zensor : « Le but est d’obtenir un large éventail d’informations avec un nombre limité de capteurs. Ces données constituent le point de départ d’analyses approfondies que TUC Rail peut utiliser. Dans ce cas précis, le flux continu de changements est particulièrement intéressant. À court terme, on parle de l’effet du type de train et de l’intensité du transport sur l’infrastructure. À long terme, on peut penser à l’effet de la température qui fait rétrécir ou dilater le pont. Nos algorithmes peuvent lier les variations des mesures à des phénomènes sousjacents, surtout une fois que nous avons accumulé une certaine quantité de données antérieures. TUC Rail pourra également effectuer une analyse comparative pour déterminer pourquoi un certain pont vieillit plus rapidement qu’un autre du même type, par exemple. Bien que ces analyses soient presque entièrement automatisées sur la plateforme Zensor, les résultats doivent encore être vérifiés et interprétés. C’est pourquoi nous veillons à ce que TUC Rail ait facilement accès à ces informations. Les ingénieurs peuvent suivre sur un tableau de bord les principaux résultats de mesure en temps réel. Grâce à un suivi automatisé et à un système d’alarme intégré, le service technique reçoit également une notification lorsque des défauts ou des déviations sont enregistrés sur la base de l’analyse continue. »

Large gamme de mesures

Zensor utilise ce projet comme cas de validation, principalement pour tester différents types de capteurs et différentes techniques pour certaines mesures. « C’est pourquoi nous prévoyons plus d’unités que ce que TUC Rail et Infrabel avaient prévu », explique Yves Van Ingelgem. « Une première catégorie concerne les capteurs de déplacement que nous avons installés à l’extrémité de la structure, à hauteur des appareils d’appui. D’une part, ils enregistrent le mouvement horizontal – la mesure dans laquelle le pont se dilate/se contracte – en fonction de la température. D’autre part, le mouvement vertical est mesuré également : dans quelle mesure la structure en acier s’affaisse-t-elle lorsqu’un train la traverse ? Cela permet de définir le poids des trains, mais donne aussi une idée de l’état et du bon fonctionnement des appareils d’appui. De plus, nous avons installé des jauges de contrainte électriques sur les montants des maillages rectangulaires du pont qui mesurent l’allongement de ces éléments. Les capteurs d’inclinaison enregistrent à leur tour la flèche du tablier du pont. »

Contrôle sous plusieurs angles

Outre les capteurs déjà cités, des accéléromètres mesurent les vibrations du pont dans trois directions principales. « Le but est de surveiller l’intégrité structurelle du pont », déclare Karlien Berten. « Nous voulons également vérifier la présence de vibrations qui perdurent, car cela pourrait indiquer un changement dans la structure. Les vibrations sur les deux poutres principales et les plus petites poutres longitudinales sont également mesurées. Nous voulons surtout savoir combien de vibrations produites par les trains se répercutent réellement sur la structure principale. De cette façon, nous pouvons obtenir une bonne interprétation de l’état du tablier du pont et de la façon dont il est attaché à la structure principale. Cela nous permettra également de détecter rapidement les dommages et les fissures en stade précoce. Enfin, la température et le taux d’humidité sont mesurés à divers endroits. L’ objectif est d’identifier les effets des conditions météorologiques sur la structure afin que nous puissions distinguer les effets des conditions météorologiques de ceux liés à la charge des trains. »

Les attentes sont satisfaites

Tous les capteurs sont reliés par des câbles à un boîtier situé au pied du pont. Les données sont transmises en continu à la plateforme Zensor via le réseau 4G. « Bien que nous ne collections des données que depuis fin mai 2021, nous pouvons déjà tirer quelques conclusions », déclare Karlien Berten. « La plus importante est que le pont ne se comporte pas différemment de ce que nous pensions. Nous n’avons pas été en mesure de détecter d’anomalies pour le moment. Cela implique que la rénovation prévue n’apportera normalement aucune surprise. En revanche, nous avons découvert que les trains deviennent plus lourds durant la période estivale, ce qui est un fait étrange. C’est pourquoi nous enquêtons à présent sur la raison sous-jacente. » Yves Van Ingelgem : « Plus nous effectuons de mesures, plus les données deviennent intéressantes, car nous pouvons établir davantage de corrélations. Normalement, ce test durera deux ans, ce qui devrait suffire à donner à TUC Rail et Infrabel une image adéquate des points à contrôler en priorité et à quelle fréquence. Ce dernier point est important pour, à terme, pouvoir passer à des capteurs sans fil. La durée de vie des batteries sera en effet beaucoup plus longue si les mesures sont prises environ une fois par semaine au lieu de toutes les cinq minutes. Bref, ce test explore le monde de la surveillance de l’intégrité structurelle d’une manière très large. »

De plus amples informations concernant le monitoring sur base de la technique de la fibre optique peuvent être trouvées sur www.ovmonitoring.be

Uniwall optimisé grâce à des campagnes de mesure

Kristof Caubergs — Mon, 02 May 2022 09:08:49 +0000

À retenir

Grâce au monitoring, Prefaxis a pu mieux comprendre le comportement du système innovant Uniwall, à la fois pendant le coulage du béton et pendant le processus de durcissement.
Les câbles de mesure fibre optique fournissent une image très détaillée des déformations et des températures qui se produisent dans le mur.
Sur la base des résultats de mesure, le processus de conception et d’exécution a pu être optimisé étape par étape.

Le monitoring, moteur du parcours d'innovation

Il n’est pas toujours chose aisée de faire adopter des techniques innovantes aux acteurs du secteur de la construction. Ceux-ci veulent en effet disposer de garanties solides quant au fait que la nouvelle approche ne mettra en péril ni la qualité ni la sécurité. Au cours du développement de l’Uniwall par Prefaxis, le monitoring a apporté une contribution importante à ce sentiment de confiance. Grâce à celui-ci, le fabricant de produits préfabriqués a pu se faire une bonne idée des pressions de coffrage, du retrait empêché et des déformations thermiques agissant au sein de ce système révolutionnaire de parois enterrées.

Dans un contexte urbain, les parois contre terre à la fois étanches et porteuses sont traditionnellement construites par le coulage d’un béton entre d’une part un coffrage de panneaux et d’autre part une paroi en sol stabilisé au moyen d’une des techniques de soutènement disponibles (pieux sécants, parois berlinoises, murs en soilmix, etc). Ce type de processus est particulièrement chronophage, car un dispositif d’étaiement assez lourd doit être mis en place, ainsi que des ancrages dont l’alignement doit être parfait. De plus, le coulage du béton ne constitue pas la phase finale des travaux puisqu’il reste alors encore à décoffrer le les panneaux. « Ces dernières années, le monde de la construction a recherché activement des processus et des techniques plus efficaces », déclare Bert Bekaert, chargé de projet chez Prefaxis et force motrice du développement de l’Uniwall.

« Avec nos murs préfabriqués en terre cuite et nos prémurs en béton, nous fournissons déjà des produits qui répondent parfaitement à cette tendance. Néanmoins, nous continuons à rechercher des innovations qui font une réelle différence pour les acteurs de la construction. C’est pourquoi nous nous sommes concentrés il y a quelques années sur le développement d’un système de murs en sous-sol qui élimine les inconvénients de l’approche traditionnelle. Avec succès, puisqu’en 2019 nous avons pu présenter l’Uniwall. »

L’efficacité grâce au gain de temps

Le système Uniwall utilise en fait des panneaux préfabriqués en béton en lieu et place des panneaux de coffrage traditionnels. « Les panneaux sont disposés devant le mur de soutènement et ancrés dans le radier à l’aide d’étais tirant-poussant spécialement dimensionnés », explique Bert Bekaert. « Une fois que le béton de remplissage a été coulé entre la paroi de soutènement et les panneaux préfabriqués, l’ensemble forme une paroi étanche qui présente également une apparence avantageuse. En effet, les éléments préfabriqués en béton sont parfaitement adaptés en tant que murs de finition pour le sous-sol ; d’autant qu’il suffit d’enlever les étais après le durcissement du béton de remplissage pour obtenir une surface parfaitement finie. Selon nos estimations, l’utilisation de la technique Uniwall peut entraîner un gain de temps de 30 à 40 % par rapport à une méthode traditionnelle. De plus, la pratique montre que cette solution offre une valeur ajoutée dans les petits comme dans les grands projets. »

Un scénario traditionnel comme point de départ

Le processus de développement s’est logiquement accompagné de nombreux calculs de stabilité. « L’enveloppe préfabriquée doit bien sûr être capable de reprendre les pressions horizontales générées par le béton frais durant sa mise en oeuvre comme du béton de remplissage », explique Bert Bekaert. « Cependant, des simulations ont montré que la pression du béton frais était trop élevée si nous coulions ce béton en une seule phase sur toute la hauteur de l’Uniwall – dont l’épaisseur de paroi se limite à 7 centimètres. C’est pourquoi nous sommes partis du scénario traditionnellement adopté pour les murs creux, où le béton est coulé par passes d’un mètre par heure. »

Des réponses grâce au monitoring

La question s’est posée Prefaxis de connaître l’état de viscosité du béton au fur et à mesure de sa mise en place : si la couche inférieure était toujours à l’état liquide après trois heures, les diagrammes de pression réduite ne pouvaient être appliqués. « Nous avons présenté ce problème au Prof. Peter Minne de la KU Leuven – Campus Rabot à Gand, qui a eu l’idée du monitoring et nous a renvoyés vers le CSTC », déclare Bert Bekaert. « Une voie que nous avons effectivement suivie à l’occasion d’un projet particulier. En effet, l’entreprise de construction C. Deblaere voulait appliquer l’Uniwall sur des murs en sous-sol de 4,2 mètres de haut sur l’un de ses chantiers à Knokke. Selon nos calculs de stabilité, cela était parfaitement possible. Pourtant, nous n’avions jamais franchi le cap des 2,8 mètres. C’est pourquoi il nous a semblé plus prudent de monitorer la construction. »

Mesurer la pression du béton

Après une étude approfondie de ce cas spécifique, le CSTC a décidé d’effectuer des mesures de pression sur site lors du coulage du béton. « Nous avons percé quelques petits trous dans l’enveloppe préfabriquée et y avons installé des capteurs qui ont enregistré la pression générée par le béton de remplissage sur l’enveloppe préfabriquée », explique Petra Van Itterbeeck, chef de projet principal au CSTC. « En plaçant de tels capteurs de pression sur deux lignes et à trois hauteurs sur chacune d’elles, nous avons obtenu une bonne image des pressions réellement développées par le béton frais pendant le processus de sa mise en oeuvre. »

Du monitoring à l’optimisation constructive

Les résultats obtenus se sont en réalité révélés meilleurs que ce que Prefaxis avait espéré. Au bas du mur, dans la première couche de coulage d’environ un mètre de haut, les pressions du béton frais semblaient décroître assez rapidement. Sur base de ces informations, Prefaxis s’est attelé à l’optimisation de l’armature de l’enveloppe préfabriquée. Bert Bekaert : « Le monitoring nous a également permis de mieux comprendre la relation entre la composition du béton et les pressions développées par le béton frais. Pour que ces dernières diminuent assez rapidement, il faut les prendre en compte lors de la préparation du mélange de béton. Les connaissances acquises nous permettent maintenant d’accompagner de manière optimale les entrepreneurs : d’une part en fournissant des enveloppes préfabriquées parfaitement adaptées à l’application qu’ils souhaitent en faire ;. d’autre part en les informant sur la composition optimale du béton à mettre en oeuvre. La campagne de monitoring a également permis de garantir que nous pouvons désormais appliquer notre solution en toute sécurité à des hauteurs plus élevées. Aujourd’hui, nous avons même des chantiers où l’Uniwall est utilisé pour des murs en sous-sol de 5,20 m de haut. Convaincus par la valeur ajoutée du monitoring, nous avons demandé au CSTC de mener une seconde campagne – dans le cadre d’un mémoire de master – sur le chantier de C. Deblaere à Knokke. L’objectif en est d’identifier et quantifier les phénomènes de retrait empêché et de déformations thermiques afin de définir des longueurs de passes de bétonnage maximales admissibles. »

Éviter la fissuration

La fissuration à la suite du retrait empêché et des déformations thermiques est un phénomène de détérioration bien connu dans les murs en sous-sol. Petra Van Itterbeeck : « Le sol du sous-sol cause une restreinte à la base de l’élément à couler. Des segments de mur adjacents, qui ont déjà été coulés, peuvent en outre empêcher la libre déformation de l’élément à couler. En outre, en raison de la réaction d’hydratation du ciment, une certaine chaleur s’accumule dans le béton pendant la phase de durcissement. Une fois le pic d’hydratation atteint et le béton déjà partiellement durci, le mur aura tendance à se contracter sous l’effet de son refroidissement.

Il est vrai que plusieurs sources de restreintes s’opposent à cette libre déformation du mur, de sorte que des contraintes de traction se développent dans le béton. Dans les premiers jours/semaines, cela peut entraîner des fissures verticales dans toute l’épaisseur du mur. Évidemment, celles-ci peuvent être très préjudiciables à l’étanchéité des parois enterrées. Le risque d’une telle fissuration peut être minimisé en optimisant l’exécution – y compris en limitant les longueurs des sections à couler – et le renforcement des murs en béton au moyen d’une armature appropriée. »

Thèse étudiée grâce au monitoring

Prefaxis souhaitait s’appuyer sur la pratique pour obtenir une image claire de la taille maximale d’une phase de coulage. « Les bureaux d’études se basent actuellement sur l’Eurocode », explique Bert Bekaert. « Ils imposent une armature identique à celle des murs en sous-sol à coffrage double traditionnels, donc généralement importante en pied de mur. J’avais toutefois le sentiment que le phénomène se produisait dans tout le mur en soussol, du moins dans les chantiers où l’Uniwall était appliqué contre une structure de soutènement. Cela signifierait qu’une armature complète sur toute la hauteur serait beaucoup plus efficace que la version partielle qui est actuellement la norme. » Petra Van Itterbeeck poursuit : « Le monitoring constituait le moyen le plus logique de le savoir. Nous avons décidé d’installer des extensomètres sur fibre optique, attachés aux barres d’armature avant de couler le béton. Grâce à la technologie de « détection distribuée » (distributed sensing), nous avons obtenu des centaines de points de mesure sur toute la longueur du mur à l’aide d’un seul câble de mesure. »

Des résultats intéressants

En plaçant le câble de mesure par fibre optique à quatre hauteurs différentes (et ceci à l’avant et à l’arrière du béton de remplissage), il a été possible de déterminer les mouvements au sein de l’Uniwall. « Les minuscules câbles mesurent à la fois la température et la déformation du béton de remplissage coulé sur place », explique Petra Van Itterbeeck. « Ici non plus, les résultats n’ont pas démenti nos attentes. Nous avons clairement vu que les déformations différentielles se produisaient principalement dans les premières heures de durcissement du béton. Les tensions internes s’accumulent donc lors de cette phase. De plus, il est apparu que celles-ci se manifestaient sur toute la hauteur du mur et pas seulement dans la partie inférieure. » Bert Bekaert : « Grâce à ces informations, nous savions qu’une armature partiellement distribuée ne suffirait pas à combattre la fissuration causée par le retrait empêché et les déformations thermiques. En d’autres termes, nous avons prouvé que l’approche traditionnelle est insuffisante à ce niveau. »

Une composition de béton fibré passée au crible

Les résultats ont mené Prefaxis sur une autre piste de réflexion. « Nous avons demandé conseil à Adfil, qui produit des fibres polymères pour l’armature du béton », explique Bert Bekaert. « Ils ont pu nous montrer que leurs fibres pouvaient contribuer à la résistance à la traction du béton, même après quelques heures seulement. C’est ainsi qu’est née l’idée d’une armature supplémentaire au sein même du béton de remplissage à l’aide de fibres polymères, comme alternative aux treillis d’armature traditionnels, laborieux en termes de mise en oeuvre. Nous nous sommes associés à Interbeton pour développer un mélange de béton fibré optimal pour notre Uniwall. Cela a donné de bons résultats lors d’une nouvelle campagne de monitoring sur un chantier de l’entreprise de bâtiment Bouillon à Knokke. Grâce au monitoring, nous pouvons donc maintenant définir un phasage optimal. Nous pouvons également conseiller l’entrepreneur et le bureau d’études lors de la commande du béton de remplissage afin de limiter les pressions du béton frais, de réduire/éviter la fissuration due aux déformations empêchées et d’optimiser l’étanchéité de la paroi enterrée. »

Un parcours d’innovation continu

Impressionné par les possibilités du monitoring, Prefaxis a initié à l’été 2021 une nouvelle étude. « Nous avons l’ambition de développer un modèle aux éléments finis pour déterminer l’impact de certains paramètres sur le phasage », explique Bert Bekaert. « La raison est évidente. Maintenant que nous avons montré que l’approche actuelle est insuffisante pour éviter la fissuration due au retrait empêché et à la déformation thermique, nous devons proposer une alternative qui réponde aux découvertes faites sur le terrain. De cette façon, nous voulons être en mesure de conseiller encore mieux nos clients sur leurs projets de construction. »

De plus amples informations concernant le monitoring sur base de la technique de la fibre optique peuvent être trouvées sur www.ovmonitoring.be