Techniques électrique et électromagnétiques

Une sonde de résistivité multi-électrodes a été développée pour évaluer l'état et l'homogénéité du béton de peau des structures de génie civil. Cette adaptation à la tomographie géophysique permet d'imager les gradients de propriétés du matériau dans les 5-7 premiers centimètres en terme de résistivité électrique - paramètre qui est très sensible à la teneur en eau et en chlorures des bétons.

La sonde de résistivité est composée d’une série de 14 électrodes à points équipées d’embouts conducteurs en éponge (4 mm dia.) afin de minimiser la résistance au contact. Elles sont espacées de 20mm, suffisamment afin de permettre l’auscultation des mélanges de béton avec des tailles d’agrégats allant jusqu’à 13mm, en configuration de Wenner pour avoir une bonne couverture verticale (environ 80 mm pour cette sonde).

Enfin, une sonde multi-électrodes à noyer dans le béton, pour le monitoring in situ, et une cellule multi-anneaux pour la caractérisation d'échantillons en laboratoire, ont également été développées.

La technique capacitive, développée au sein du réseau des départements-laboratoires du Cerema depuis plus d'une vingtaine d'années, permet de donner une information sur l'état d'humidité d'une structure plane en béton (sur les premiers centimètres de profondeur), à travers la mesure d'une fréquence de résonance d'un circuit oscillant de type RLC dont le condensateur est constitué d'électrodes posées sur la structure à ausculter.

La fréquence de résonance mesurée – autour de 33 MHz – varie linéairement en fonction des caractéristiques électromagnétiques du matériau ausculté. C'est pourquoi, elle présente l'avantage d'être très sensible à la teneur en eau, de pouvoir donner des informations en fonction de la profondeur (recherches en cours à travers les divers projets listés ci-dessous).

Ce matériel dispose de plusieurs configurations d'électrodes (profondeurs d'auscultation variables), et doit pouvoir enregistrer les données sur matériel informatique par liaison hertzienne.

La technique radar (ou ground-penetrating radar, GPR) fait partie des techniques d'auscultation polyvalent pour le génie civil, qui peut être sans contact et à grand rendement, dont la principale application est liée à l'information géométrique, sous la forme de localisation d'hétérogénéités ou de mesures d'épaisseur. Son principe repose sur l'étude de la propagation d'onde électromagnétiques (EM) (généralement sous forme impulsionnelle) et des réflexions successives pouvant apparaissant à chaque interface des matériaux constituant la structure/sol ausculté. Les bandes de fréquences vont de la centaine de MHz pour des applications géophysiques à quelques GHz pour des applications hautes fréquences d'END de structures de génie civil.

Les recherches portent principalement sur l'étude de la propagation des ondes EM et modélisation de la dispersion de ces ondes sur des bétons hydrauliques dans le but d'obtenir des informations sur d'éventuels gradients fonction de la profondeur (gradient d'humidité, de carbonatation...).

La technique radar à sauts de fréquence reconstruit des signaux impulsionnels à partir de l'émission/réception de signaux monochromatiques et d'un traitement sous forme de transformée de Fourier. L'avantage principal de cette technique réside dans la possibilité de construire des signaux très hautes fréquences jusqu'à plus de 10 GHz, bien au delà des systèmes commerciaux, et ainsi d'avoir des résolutions bien meilleures.

Les recherches actuelles portent sur la caractérisation des défauts d'interfaces de couches de chaussées en collaboration avec le Cerema.