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Moyens matériels

Grand équipement IFSTTAR : Banc de fatigue de câbles (BFC)

Présentation de l’équipement

Le Banc de Fatigue des Câbles (BFC) permet de tester en capacité réelle des câbles de génie civil ou des systèmes techniques de géométrie tubulaire. Ce type de test est une nécessité  pour valider toute solution technique innovante et s’assurer de la durabilité/intégrité du produit lorsqu’il est soumis à ces contraintes réelles d’exploitation.

L’IFSTTAR s’est doté en 1989 de cet équipement unique en France. Historiquement, il était dédié aux essais de tenue à la fatigue des câbles et ancrages des ponts précontraints, suspendus, à haubans et plus récemment des installations offshore. C'est un des trois bancs d'essais de ce type recensés au niveau mondial.
Le câble et ses ancrages sont placés sous tension statique puis soumis à une variation cyclique de force. Les forces appliquées varient de quelques % à 80 % de la force nécessaire à la rupture. Des capteurs acoustiques permettent de détecter et localiser les ruptures pouvant se produire en cours d’essai.
Les dernières évolutions de l’équipement permettent d’effectuer des essais de fatigue complexe en combinant des efforts de traction et de flexion.

Le BFC en quelques chiffres :

            - mise en charge statique : 3 vérins hydrauliques, charge max 24000 kN
            - sollicitation de flexion : 1 vérin hydraulique, course de 100 mm, charge max 250 kN

Activité R&D actuelle et prospective à moyen terme

Les partenaires historiquement les plus présents sont les grands groupes du BTP qui utilisaient le BFC pour qualifier leurs systèmes de haubanage pour des mises en œuvre en France et à l’international (ponts Rion-Antirion, Millau,...). D'autres partenaires s’intéressent au comportement en grandeur réelle de solutions techniques développées dans le cadre de problématique liées à l'exploitation offshore ou à la prévention des risques sismiques.

Les recherches menées par l'Ifsttar à l'aide de cet "équipement remarquable", en partenariat avec d'autres établissements de recherche et/ou des industriels du domaine, ont permis de mieux comprendre le vieillissement de ces types des câbles utilisés en génie civil, et de proposer des solutions pour anticiper ou prévenir ces dégradations.
Dans les années à venir, les champs d'intervention du BFC vont considérablement s'élargir, notamment vers les thématiques de recherche liées à l’offshore comme l’augmentation de la sûreté des installations d’extraction pétrolière ou les problématiques de l'exploitation des Energies Marines Renouvelables, domaine à très forts enjeux économiques.

Dans ce contexte, le laboratoire SMC de l'Ifsttar qui a en charge le BFC a un rôle majeur à jouer, en mettant à la disposition des projets de R&D qui se mettent en place un équipement expérimental quasiment unique au monde. Les gains de temps de développement de solution innovante que permettent les essais accélérés en vraie grandeur peuvent se révéler cruciaux dans le contexte mondial de compétition scientifique, technique et économique autour de l'exploitation des énergies marines.   



Bâtis de relaxation

Le laboratoire SMC dispose de plusieurs bâtis, adaptés aux produits à tester. Un bâti de 3,50 mètres muni d’un vérin de capacité 3000kN et d’un peson de 1800kN est dédié aux essais de relaxation sur barres. Trois bâtis permettent de réaliser des essais sur fils et petits torons, deux de capacité de 100kN, et un autre d’une capacité plus importante de 250kN. Ces bâtis fonctionnent selon un système de fléau et de contrepoids, permettant l’application de la force initiale. Un extensomètre à air comprimé détecte le moindre allongement de l’échantillon (>1µm), entraînant un déchargement de la masse du contrepoids. Cette diminution de masse en cours d’essai est traduite en une perte de charge en relaxation.

Bâti pour barres
Bâtis pour fils
Bâti pour toron

Presses de traction

Les 4 machines d’essai de capacité de 250, 300, 600 et 2500 kN, nous permettent de réaliser des essais R&D ainsi que de certification (essais normalisés) sur diverses éprouvettes telles que des armatures du béton armé ou précontraint, des composites, des assemblages métalliques, etc…. Un 5ème banc d’essai d’une capacité de 300kN est dédié à la traction déviée sur torons. Ce parc de matériel offre des possibilités d’adaptations afin de réaliser d’autres essais spécifiques : compression, flexion, etc…

Presse de traction de 250kN
Presse de traction de 2500kN

Instrumentation

Le laboratoire SMC dispose pour ses actions R&D de capteurs de mesure (jauges extensométriques, capteurs de déplacement, capteurs de force… ) dont certains sont très spécifiques ainsi que les centrales d’acquisition adéquates.

Accéléromètres
Jauges
Lasers
Capteurs de force
Centrale d'acquisition
Quantum MX840A-MX879B-MX1601-MX1615B

Plus spécifiquement, le laboratoire SMC est spécialisé dans les méthodes non destructives basées sur les ondes acoustiques. Cela se décline en méthodes et techniques à différents niveaux de maturité  R&D

Surveillance Acoustique

Lors d’un événement (ex : rupture de fil), l’onde mécanique créée se propage et est détectée par des capteurs équipés d’accéléromètres (22 khz). Ces capteurs  transmettent par wifi l’information au superviseur, ce qui permet en temps réel de dater et de localiser l’événement.

Un système de surveillance acoustique  appelé  CASC 2 « Contrôle Acoustique Surveillance des Câbles » a été développé par l’IFSTTAR pour répondre à cette méthode spécifique de surveillance.

Principe de la méthode de surveillance acoustique des câbles
Capteur WiFi

Emission Acoustique

L’émission acoustique repose sur le même principe que la surveillance acoustique mais pour des ondes acoustiques beaucoup moins énergétiques (fissuration, corrosion…) mais plus nombreuses.

Les méthodes d’analyse sont alors basées sur des traitements paramétriques, statistiques en lien avec l’endommagement que l’on souhaite suivre au sein du matériau. Les capteurs utilisés sont de type piézoélectrique et ont une fréquence de résonance plus élevée (ex : 150 KHz).

Le laboratoire possède différentes chaines d’émission acoustique multivoies ayant chacune des caractéristiques propres :

- Système  Sensor Highway à 16 voies de mesure
- Système DISP à 8 voies de mesure
- Systèmes PCI2  à  4 voies de mesure et à 2 voies de mesure

Chaine émission acoustique type Sensor Highway

Acousto-Ultrasons

Cette méthode proche des ultrasons classiques est enrichie par un traitement des données dans le formalisme émission acoustique. Les signaux acoustiques sont traités à la fois comme des ultrasons, énergie, temps de vol et comme des signaux d’émission acoustique, nombre de coups, temps de montée…

Un capteur  émetteur à basse fréquence (centaines de KHz) et haute puissance émet une onde ultrasonore  à travers le matériau exploré et un autre capteur récepteur  placé à une distance fixe reçoit les ondes transmises  ou réfléchies. Les informations recueillies sont liées aux changements dans le milieu, discontinuités, délaminages …    et permettent de caractériser la dégradation affectant le matériau

Chaine Acousto-Ultrasons
Auscultation non destructive d'un bois lamellé collé par acousto-US

Dernière mise à jour le 21/02/17