1855
Auscultation des fondations d’un ouvrage en terre par des capteurs à fibre optique
Monitoring earthwork foundations by fibre optic sensors
Artières O.
TENCATE GEOSYNTHETICS, Bezons, France
RÉSUMÉ : La mesure des déformations dans un ouvrage en terre est maintenant plus facile à réaliser en utilisant la technologie des
capteurs à fibres optiques, qui associée aux propriétés des géotextiles, comme par exemple leur excellent frottement d’interface avec
les sols, permet un bon transfert des mouvements du sol vers le capteur. Leur faible taille moins intrusive que celle des capteurs
électromécaniques classiques donne l’accès à des mesures plus fines. Ils ont une sensibilité élevée, inférieure à 0,01% en déformation,
mais aussi de 0,1°C en température, combinée avec une haute résolution spatiale de l’ordre du mètre et une bonne durabilité des
capteurs dans le sol. Ils sont polyvalents tant pour ausculter des ouvrages locaux, comme des murs ou des talus, que des
infrastructures linéaires de plusieurs dizaines de kilomètres, comme les routes, les voies ferrées ou les digues avec la même résolution.
Plusieurs dizaines d’ouvrages sont maintenant auscultés depuis plus de 8 ans, preuve de la durabilité de ces capteurs, comme des
remblais sur cavité ou sur inclusions. La détection de cavités en fond d’un grand bassin de stockage d’eau industrielle est décrite
ABSTRACT: Strain in earthworks is now easier to measure by using fibre optic sensing technologies combined with geotextile
properties, such as very good soil friction interface enhancing the transfer of soil displacement to the sensors. More accurate
measurements can be obtained due to their smaller and less intrusive size than those of the usual electro-mechanical strain gages.
They have high sensing sensitiveness below 0.01% on strain measurement, but also temperature measurement with 0.1°C accuracy,
that is combined with a high spatial resolution in the range of 1 m or less and a good durability of the sensors into soil. They can be
used to monitor either local earthworks such as walls and slopes or long infrastructures of several tenths of kilometres such as roads,
railways and dikes, all with the same accuracy. Several tenths of earthworks are now monitored globally with this solution for more
than 8 years demonstrating its durability, for example on foundations of embankments on piles, cavities or soft soils. The detection of
cavities in the foundation of a large polluted water storage basin is described.
MOTS-CLES: Fontis, Cavité, Inclusion rigide, Fondation, Auscultation, Détection, Alerte, Géotextile, Capteur à fibre optique
KEYWORDS: Sinkholes, Piles, Foundation, Embankment, Monitoring, Detection, Warning, Geotextile, Fiber optic sensor.
1 INTRODUCTION
Les capteurs ponctuels de mesure des déformations des
ouvrages en terre sont difficiles à installer et occasionnent
parfois des problèmes de fiabilité à long terme. Les capteurs à
fibre optique solutionnent ces inconvénients. Ils associent les
propriétés des géotextiles, comme par exemple un frottement
d’interface avec le sol élevé, avec plusieurs technologies de
capteurs utilisant les fibres optiques pour mesurer des
paramètres importants comme la déformation et la température.
Les avantages principaux de cette solution sont sa sensibilité
élevée, sa résolution spatiale de l’ordre du mètre voire moins, la
durabilité des capteurs dans le sol, leur capacité à mesurer soit
des ouvrages ponctuels comme des murs ou des talus, ou de
longues infrastructures de plusieurs dizaines de kilomètres
comme les routes, les voies ferrées ou les digues, toutes avec la
même précision.
Plusieurs dizaines d’ouvrages sont auscultés dans le monde
avec cette solution depuis plus de 8 ans, démontrant ainsi sa
durabilité. Par exemple, une pile de pont renforcée est auscultée
avec succès depuis juillet 2004. A côté des ouvrages en terre,
plusieurs ouvrages en terre, tels que bassins, barrages, digues et
levées ont été auscultées pour détecter des problèmes de
stabilité et de fuite.
Après avoir introduit les principes de la solution
d’auscultation et les principaux résultats obtenus sur plusieurs
projets anciens, cet article se concentrera sur son emploi pour
ausculter les fondations de remblais sur cavités : seront décrits
en premier lieu, une section de voie ferrée auscultée en continu
depuis octobre 2004, puis la fondation d’un grand bassin de
stockage d’eau ausculté depuis 2011.
2 LA SOLUTION D’AUSCULTATION
Les capteurs à fibre optique ont été largement utilisés depuis
plusieurs années dans les applications de génie civil, en
particulier pour la surveillance des conduites d’hydrocarbure,
dans des systèmes de surveillance de l’état de structure, ou des
applications hydrauliques comme des barrages ou des digues en
béton ou en terre. En associant des fibres optiques sur un
géotextile (Figure 1), TenCate GeoDetect
®
est un capteur
géotextile innovant qui améliore les performances des fibres
optiques lorsqu’elles sont utilisées en contact avec le sol, du
béton ou du bitume : le géotextile crée une excellente interface
d’ancrage avec le milieu environnant. Grâce au très bon ancrage
du géotextile dans le sol et à la bonne liaison des câbles
optiques sur le géotextile, de très faibles déformations du sol
peuvent être détectées. Cette interface de frottement améliore
également le transfert des mouvements de géotextile vers la
ligne optique. De plus, et quand cela est nécessaire, des
propriétés de renforcement et raideurs en traction élevées
peuvent être associées au capteur comme cela est indiqué au §3.
Différentes technologies de capteurs par fibre optique
peuvent être utilisées : les réseaux de Bragg (Fiber Bragg
Gratings ou FBG) employés dans le premier exemple
d’application au §3, ou la mesure répartie décrite dans le
deuxième exemple d’application au §4.
