Vers des infrastructures intelligentes grâce à la technologie des capteurs

Les défaillances des infrastructures surviennent rarement sans signe avant-coureur. Cependant, les premiers signes de détérioration passent souvent inaperçus, et les dommages ne sont identifiés que lorsque l’intervention devient urgente ou inévitable.

Les progrès récents en matière de capteurs et d’analyse de données permettent de passer d’un système d’inspections périodiques à une surveillance continue des structures, fondée sur les données.

À l’Université du Luxembourg, le professeur Numa Bertola et son équipe contribuent à cette évolution en développant des approches avancées en matière de capteurs, améliorant ainsi la manière dont les infrastructures sont surveillées.

De l’évaluation par inspection à la surveillance continue

Les pratiques actuelles de gestion des infrastructures reposent en grande partie sur des inspections visuelles périodiques associées à des modèles analytiques simplifiés. Bien qu’elle soit bien établie, cette approche reste subjective et imprécise.

L’installation de capteurs sur le pont permet une surveillance continue du comportement structurel au fil du temps, dans des conditions réelles d’exploitation. « Cela améliore la capacité à détecter les anomalies à un stade précoce, réduit l’incertitude dans l’évaluation de l’état et favorise une planification de l’entretien mieux informée », explique le professeur Numa Bertola.

Une nouvelle technologie de détection est actuellement validée dans des environnements opérationnels, comme sur le pont de Ferpècle en Suisse. Le prochain défi de développement consiste à intégrer des flux de données haute résolution dans des flux de travail standardisés capables de soutenir la prise de décision à grande échelle.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Ces travaux de recherche s’appuient sur des technologies de détection par fibre optique distribuée appliquées directement à des infrastructures à taille réelle.

Ces systèmes mesurent la déformation avec une résolution de l’ordre du millimètre le long des éléments structurels. Sur un pont de 35 mètres, cela correspond à environ 11 000 points de mesure, contre seulement une poignée de points de mesure avec les capteurs conventionnels.

Ce niveau de résolution spatiale permet une compréhension plus détaillée du comportement structurel dans des conditions de charge réelles, y compris l’identification d’effets localisés tels que des fissures qui, sans cela, resteraient indétectables.

Valeur économique et opérationnelle pour les propriétaires d’actifs

Pour les propriétaires d’infrastructures, la principale valeur ajoutée réside dans la gestion de l’optimisation du cycle de vie.

La surveillance de l’état des structures permet de planifier les interventions en fonction de l’état réel des structures plutôt que sur la base d’hypothèses. Elle prolonge également la durée de vie des infrastructures existantes, réduit la fréquence des inspections invasives et optimise le calendrier et l’étendue des travaux d’entretien. Compte tenu du faible coût de la surveillance par rapport aux coûts d’entretien, les activités de surveillance peuvent apporter des avantages économiques significatifs aux gestionnaires d’actifs.

Dans plusieurs cas, les résultats de la surveillance ont révélé une réserve supplémentaire de capacité portante. « On a constaté qu’un pont équipé d’instruments de surveillance présentait des performances supérieures d’environ 20 % à ce que suggéraient les estimations initiales », déclare le professeur Bertola. En fournissant des données concrètes qui prouvent que la structure reste en bon état, nous pouvons non seulement réaliser d’importantes économies, mais aussi éviter des interventions inutiles, limitant ainsi notre impact environnemental.

Domaines d’application

Cette technologie est particulièrement pertinente pour les organisations gérant de vastes portefeuilles d’infrastructures critiques pour la sécurité et soumises à des exigences de performance à long terme.

Cela inclut les autorités chargées des infrastructures publiques telles que Ponts et Chaussées, les opérateurs ferroviaires comme la CFL, ainsi que les gestionnaires d’actifs responsables de réseaux de ponts et de tunnels, pour lesquels l’amélioration de l’évaluation de l’état des ouvrages et la maîtrise des risques constituent des priorités essentielles.

Les bureaux d’études devraient jouer un rôle important dans l’intégration de ces approches de surveillance dans les processus existants d’évaluation et de maintenance, à mesure que celles-ci se généralisent.

« Au-delà des ponts, cette technologie est directement transposable aux tunnels, aux ouvrages de soutènement, aux dalles industrielles et aux infrastructures énergétiques, où la dégradation structurelle est lente, répartie et difficile à évaluer à l’aide des méthodes conventionnelles. » – Prof. Numa Bertola.

Collaboration industrielle et transfert de technologie

La recherche est étroitement liée au déploiement industriel grâce à des collaborations avec des propriétaires d’infrastructures et des entreprises spécialisées dans la surveillance, notamment des spin-offs suisses spécialisées dans la surveillance des ponts telles que SwissInspect et IRMOS Technologies.

Elle s’appuie également sur des partenariats avec des fournisseurs de premier plan de technologies de détection par fibre optique, tels que Luna Innovations et Smartec, qui fournissent les systèmes de mesure sous-jacents utilisés lors des déploiements sur le terrain.

Bien qu’aucune spin-off dédiée n’ait encore été officiellement créée autour de la couche d’analyse des données, ce domaine reste essentiel pour la future industrialisation, en particulier pour le développement d’outils d’aide à la décision qui transforment les données brutes des capteurs en informations techniques exploitables.

Dans ce contexte, la prochaine phase de développement se concentrera sur la mise à l’échelle de ces solutions et leur intégration dans les pratiques standard d’ingénierie et de gestion des actifs. À mesure que son adoption progressera, la surveillance de l’état des structures devrait jouer un rôle de plus en plus central dans l’amélioration de la fiabilité, de la durabilité et de la rentabilité des systèmes d’infrastructures critiques.