Structural health monitoring

Présentation

Sujet : Structural Health Monitoring

Enseignants : D. Donsez, GP. Bonneau

Auteur : Quentin TORCK

Synthèse

Le Principe

Qu'est ce que Le Structural Health Monitoring ?

Le SHM que l'on appel en français vieillissement sous contrôle, permet de prendre une structure (corps humain, bâtiments, avions…) pour en étudier son vieillissement. Cette Technique est mise en place grâce à des capteurs(température mouvements,ondes...), ou drones qui permettent d'étudier la structure en question. Le système SHM ne détermine pas seulement l'intégrité structurelle globale, mais il fournit également des informations sur la charge de trafic excessif. Le système de suivi personnalisé (capteurs, ou drones) fournissent des informations de santé global, et permettent d'évaluer les dégâts dans les zones où l'accès est difficile. Le SHM permet par conséquent d'optimiser l'entretien, et les réparations de la structure.

Qu'est ce qui caractérise le SHM?

le SHM permet les points suivants:

• Détection de défauts
• Localisation des défauts, grace aux capteurs
• Réparation du défaut
• Surveille la santé structurelle à long terme pour déterminer la fiabilité en temps réel, et fournit des informations de prise de décision
• Moniteurs propagation des fissures dues à la fatigue et / ou une charge excessive
• Surveille le stress de points chauds et la souche

Quels sont les domaines d'activités ?

Les principaux domaines d'applications du SHM concernent le génie civil (ponts et barrages),les centres producteurs d'énergie (plates-formes d'extraction de pétrole et de gaz, éoliennes) et l'aéronautique.

Fig. 1 : Ou trouve t'on du SHM aujourdh'ui

L'aéronautique est une véritable opportunité pour les technologies SHM.En effet, ces technologies répondent à plusieurs besoins de ce secteur, comme accroître la sécurité par des contrôles systématiques et automatisés en temps réel des structures des appareils, en diminuant les coûts de maintenance. De plus, avec les normes environnementales les avions doivent moins polluer. Le SHM permet donc d'étudier la résistance de certains matériaux, afin de créer des avions plus léger et par conséquent plus économes en énergie.

Les Technologies Liées au SHM

Quand nous parlons de SHM nous pouvons l'assimiler au Contrôle ou de l’Essai non Destructif (CDN). Nous retrouvons donc de nombreuses technique communes. Bien sûr, le suivi continu empêche le recours à certaines techniques,pour cause (la taille, l’impact sur l’environnement direct). Par conséquent en SHM, nous ne retrouvons pas de techniques utilisant la tomographie à rayon X, ni la thermographie infrarouge

Dans la plupart des structures, les différents capteurs sont positionnés aux différents points critiques. Ils communiquent entre eux via un réseau Peer to Peer, cela permet de transférer les donner beaucoup plus facilement. Les réseaux peer to peer permettent une plus faible consommation d’énergie pour la communication. Celle-ci est plus importante, mais elle se fait à courte distance. De plus, cette architecture s’affranchit des risques de défaillance d’un nœud de transfert de données. Les données sont ensuite collectées par un collecteur de données pour finalement être retransmise aux cloud où ces données pourront être analysées.

Fig. 1 : Système d'analyse d'un pont

Les Capteurs utilisés et leurs utilités

Dans SHM, différents capteurs sont intégrés aux structures cibles pour obtenir des informations de structure différente, par exemple la température, la contrainte, la déformation, la vibration et ainsi de suite. Les capteurs connus sont SHM résistance des jauges de contrainte, des capteurs à fibres optiques, des capteurs piézoélectriques, des capteurs à courants de Foucault et les systèmes micro-électromécaniques (MEMS) de capteurs.

• les capteurs piézoélectriques:

Ces capteurs peuvent être intégrés dans les vis, afin de vérifier le serrage de structures. Les vis ou capteurs piézo-électriques placés aux zones critiques de la structure permettent de simplifier la maintenance des structures difficiles d'accès.

• les capteurs à fibre optique:

Les capteurs à fibre optique que l'on peut également appeler capteurs de type réseaux de Bragg est un petit segment de fibre optique dont le cœur est fait de silice dopé au germanium. il présente une modulation périodique et permanente de l’indice de réfraction. Le coeur de cette fibre agit comme un miroir et permet de réfléchir une longueur d'onde particulière. si l'on modifie un des paramètres ( la température, ou la déformation) il y aura une répercussion sur la longueur d'onde particulière. L'avantage d'utiliser des capteurs à fibre optique est que l'information est codée directement dans la longueur d'onde. Le codage en longueur de la l'information permet ainsi le multiplexage des capteurs. Par conséquent avec une unique fibre optique contenant plusieurs capteurs nous pouvons récolter l'information à divers points sensibles.

Fig. 1 : Fonctionnement d'un capteur à fibre optique

• les capteurs électromagnétiques:

Les capteurs électromagnétiques sont utilisés pour surveiller le stress , le magnétisme des cables de pont.

Les caractéristiques des capteurs électromagnétique pour le SHM sont les suivantes :

-->il n'y pas de contact direct avec l'élément structurel

-->Haute durabilité pour surveillance à long terme

-->le Stress est mesurée directement plutôt que par inférence à partir des mesures de contrainte

-->la lecture des informations n'est pas affectés ou dégradés par la gaine du câble

Fig. 1 : Fonctionnement de capteurs éléctromagnétiques

Les Grandes Techniques Pour le SHM

• Comparative Vacuum Monitor (CVM)

La méthode CVM est une technique très ancienne ( 1995), qui est très adaptée pour détecter les fissures de surface, ou détecter la corrosion dans les métaux. Ces capteurs sont embarqués sur la structure.

Le système CVM a trois composantes principales: un capteur de CVM, un débitmètre de fluide et source de vide. Le capteur de CVM est directement collée à la surface de la structure surveillée pour former une série de longues et étroites galeries qui sont alternativement placés dans les vide ou sous atmosphère états bas.Avec la référence stable à vide fourni par la source de vide, la pression d'air de galeries de vide est mesuré par le débitmètre. Si aucune faille n'est présente, les galeries restent scellés et il devrait y avoir aucune fuite. Toutefois, si un défaut se développe et brise les galeries, l'air circule le long du passage de la rupture de l'atmosphère vers les galeries sous vide, ce qui augmente la pression.et déclenche une alerte.

Fig. 1 : Méthode CVM

• Méthode par émission acoustique