Brevet FR2703374A1 — publié le 19941007

PROCEDE DE CONDITIONNEMENT D'UN CAPTEUR A PLACER DANS UNE CHAUSSEE ET PROCEDE DE POSE DU PRODUIT OBTENU DANS UNE CHAUSSEE La présente invention concerne un procédé de conditionnement d'un capteur à placer dans une chaussée ainsi qu'un procédé de pose du produit ainsi obtenu dans la chaussée. Elle s'applique plus particulièrement à des capteurs qui par leur positionnement dans la chaussée doivent être protégés des contraintes de charge statique ou dynamique subies par la chaussée Parmi ces capteurs, l'invention trouve un intérêt tout particulier pour des capteurs nécessitant une implantation sur une longueur importante, en particulier la largeur de la chaussée, comme par exemple des capteurs de passage d'essieux. Classiquement, les capteurs de passage d'essieux qui sont de type piézoélectrique et constitués d'une âme conductrice enrobée de céramique piézoélectrique, sont conditionnés pour leur placement en chaussée dans un U en aluminium rempli d'un mélange de sable et de résine Le barreau ainsi obtenu est ensuite placé dans une saignée réalisée dans la chaussée et comblée également par un mélange de sable et de résine; le capteur, son conditionnement et la saignée s'étendant sur toute la largeur de la chaussée. L'inconvénient de cette technique réside dans le fait que le barreau contenant le capteur subit des contraintes importantes notamment en cisaillement au passage de véhicules sur la chaussée et quril casse sous l'effet de ces contraintes en raison notamment des modules d'élasticité différents que possèdent d'une part le mélange de sable et de résine en proportions sensiblement égales et d'autre part le revêtement ou tapis et les couches de forme de la chaussée. On a déjà proposé pour tenter d'amortir ces contraintes, de pourvoir latéralement le barreau de renforts de mousse, mais cette solution n'est pas satisfaisante. En outre cet inconvénient est lié au besoin de disposer d'un enrobage du capteur possédant une dureté suffisante en relation avec la destination du capteur comme par exemple le pesage dynamique, dureté qui est obtenue avec les techniques actuelles et qui est nécessaire pour ne pas perturber le signal électrique issu du capteur. Ce signal électrique est généralement délivré à une extrémité du capteur au moyen d'un câble coaxial raccordé par son âme à l'âme du capteur, son blindage étant à la masse. Les capteurs les plus fréquents sont de type piézoélectrique, capacitif, résistif ou inductif et sont reliés par ce câble à un système d'exploitation des signaux électriques qui reflète les mesures effectuées. L'idée mère de la présente invention est de conférer au conditionnement du capteur et à sa pose, une certaine flexibilité pour limiter les risques de rupture du capteur, tout en conservant une bonne dureté et résistance mécanique pour la fiabilité des mesures. Pour cela et selon sa caractéristique principale, la présente invention concerne un procédé de conditionnement d'un capteur à placer dans une chaussée; caractérisé en ce qu'il consiste à enrober ledit capteur au moyen de fils en matière minérale ou organique s'étendant sur toute la longueur du capteur et à noyer l'ensemble dans un liant durcissant par polymérisation de sorte à obtenir un barreau contenant ledit capteur. Le barreau ainsi obtenu possède une certaine flexibilité grâce à la cohérence donnée par les fils qui s'étendent sur toute la longueur du barreau Il n'en reste pas moins dur sous l'effet de la polymérisation du liant qui est choisi pour cette caractéristique. On préférera notamment utiliser un liant à base de résine époxyde. Parmi les matières organiques ou minérales pouvant être utilisées pour les fils, comme par exemple le carbone, le Kevlar (dénomination commerciale), le verre ou une association de différentes fibres, on préférera employer des fils de verre en raison, outre de leur coût moindre, d'une part de la meilleure flexibilité qu'ils confèrent par rapport aux fils de carbone et d'autre part la facilité qu'ils offrent dans la mise en oeuvre du procédé par rapport aux fils de Kevlar. Les fils de verre ainsi utilisés pour l'enrobage du capteur confèrent d'excellente qualité de flexibilité et de résistance mécanique au barreau, en étant utilisés tel que sans tissage ni entrelaçage. En pratique, on utilise un moule que l'on remplit de fils de verre et dans lequel on positionne le capteur, puis on injecte le liant constitué d'un mélange de résine époxyde et d'un agent durcisseur, pour obtenir après polymérisation, le barreau. On veillera durant le conditionnement à ce que le capteur soit maintenu dans un position dans laquelle il est sur toute sa longueur à équidistance d'une face du barreau qui est de préférence de section parallèlépipédique Ce maintien en position peut par exemple être assuré par une mise en tension du capteur dans le moule durant le conditionnement. Ce positionnement revêt une importance en égard à l'application à laquelle est destiné le capteur pour qu'une fois posé dans la chaussée, il se trouve sensiblement à équidistance de la surface de la chaussée sur toute sa longueur utile, c'est-à-dire sur la longueur o il est sensé capter des informations. Dans la mesure o le capteur est raccordé par une de ses extrémités à un câble de connexion électrique, on prévoit avantageusement toujours dans le souci d'éviter les risques de rupture, d'entourer cette extrémité par un manchon souple de protection en matière plastique de sorte à ne pas rendre cassant ou fragiliser le câble ou le raccord avec le capteur à la limite du barreau lors de la pose dans la chaussée comme on le verra par la suite En cas de conditionnement d'un capteur nécessitant un raccordement électrique à ses deux extrémités, un manchon entourant le raccordement sera prévu à chaque extrémité. Le barreau composite constitué selon ce procédé possède par rapport aux barreaux de l'art antérieur de mêmes dimensions, un seuil de rupture considérablement plus élevé en raison de la flexibilité qui lui est conférée De surcroît on n'a plus besoin d'avoir recours à une enveloppe en aluminium qui est nécessaire en raison de la faible cohésion du barreau sur sa longueur, cette cohésion étant désormais inhérente au barreau lui-même. La présente invention a également pour objet la pose d'un tel barreau dans une chaussée en respectant sensiblement les mêmes objectifs, à savoir conférer au barreau une fois posé, une certaine flexibilité pour limiter les risques de rupture du capteur tout en conservant une bonne dureté et résistance mécanique pour la fiabilité des mesures. Pour ce'faire la présente invention concerne également un procédé de pose dans une chaussée d'un capteur conditionné sous forme de barreau, caractérisé en ce qu'il consiste: à réaliser, dans la chaussée, une saignée de section sensiblement supérieure à la section dudit barreau; à réaliser, dans le fond de la saignée, un stratifié inférieur d'assise constitué d'au moins une nappe de fils en matière minérale ou organique non tissée et noyée dans une composition, durcissant par polymérisation d'un liant organique, et chargée de fibres en matière minérale ou organique; à positionner ledit barreau sur ledit stratifié inférieur d'assise en le maintenant au moyen d'étriers reposant sur les bords de la saignée pour éviter son enfoncement dans ledit stratifié d'assise pendant le durcissement de ladite composition; à réaliser sur ledit barreau un stratifié supérieur de couverture de constitution similaire audit stratifié inférieur d'assise et terminé par une couche de finition constituée par ladite composition venant à affleurement de la chaussée. Pour la pose dans la chaussée du barreau composite selon l'invention, on fait donc également appel à des fils en matière minérale ou organique mais qui sont ici préférentiellement réunis en nappe pour faciliter la mise en oeuvre du procédé qui doit s'effectuer sur le site d'implantation du capteur De plus cela permet d'obtenir un stratifié sur toute la longueur de la saignée conférant ainsi à l'ensemble, une bonne résistance mécanique et une cohésion sur toute la longueur de la saignée. Le fait d'utiliser une nappe unidirectionnelle non tissée dans laquelle des faisceaux de fils sont reliés par tramage, permet une meilleure stratification en ne créant pas d'obstacle pour le coulage du liant permettant ainsi une meilleure cohésion. Avantageusement, le liant organique utilisé est intégré dans une composition chargée en fibres ou fibrettes en matière minérale ou organique. Pour des raisons similaires à celles exposées pour la constitution du barreau, les fils constituant les nappes ainsi que les fibres contribuant à la charge de la composition, sont des fils et des fibres de verre. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse du procédé de pose selon l'invention, ladite composition est constituée d'une charge de fibre de verre et de sable et d'un liant à base de résine époxyde polymérisable. L'emploi de sable dans la charge permet d'absorber partiellement la chaleur dégagée par la polymérisation de la résine et ainsi d'en limiter les effets On cherche en effet à maîtriser l'exothermie lors de la polymérisation d'une part en raison de la mise en oeuvre du procédé dans une chaussée pouvant contenir des couches de forme ou un tapis sensible à la température et d'autre part pour éviter un gonflement de la structure implantée dans la saignée qui induirait un bossage de la surface de la chaussée à cet endroit. Dans le même ordre d'idée on organise de préférence une ventilation forcée de la surface de la chaussée à l'endroit de la saignée pour contribuer à évacuer la chaleur produite par la polymérisation. Pour conforter la tenue de la structure implantée dans la chaussée et donc faciliter l'accrochage de cette structure dans la saignée, on réalise de préférence cette saignée en contre-dépouille de forme sensiblement trapézoïdale dirigée vers le dessus de la chaussée. Dans le même ordre d'idée on veillera avantageusement lors de la réalisation de la saignée à ce que son fond ne corresponde pas avec une lisière entre deux couches constitutives de cette chaussée, soit deux couches de forme soit le tapis et la dernière couche de forme. La structure obtenue par la mise en oeuvre du procédé de pose selon l'invention se prête particulièrement bien aux applications auxquelles elle est destinée en améliorant considérablement la durée de vie des capteurs ainsi implantés. M 7 De manière préférée, les stratifiés d'assise et de couverture comportent chacun au moins trois couches de nappe de fils, le nombre maximum de couches de nappes dépend de l'importance des contraintes dynamiques qu'est sensée subir la structure et de la profondeur de la saignée. On décrira par la suite plus en détail une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative Sa description est illustrée par les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective déchirée d'un barreau composite réalisé et posé dans une chaussée selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale de la structure représentée à la figure 1; la figure 3 est une vue de dessus déchirée de la structure représentée à la figure 1; et la figure 4 est une vue partielle en perspective d'un détail de la structure représentée à la figure 1. Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références dans toutes les figures. L'exemple de réalisation représenté aux figures s'applique au conditionnement et à la pose d'un capteur 1 longiforme devant être disposé transversalement dans une chaussée 2 comme par exemple un capteur destiné à mesurer la charge dynamique supportée par la chaussée. Tel que représenté à la figure 1, le capteur 1 s'étend donc sur toute la largeur de la chaussée 2 ou au moins sur toute la largeur d'une bande de cette chaussée sur laquelle doivent porter les mesures. Le capteur 1 est un capteur de type connu en soi constitué par exemple d'une âme métallique 3 enrobée d'une couche de céramique 4 (figure 2) et est raccordé à une de ses extrémités 5 (figure 3) à un câble 6, par exemple de type coaxial, de liaison à un système d'exploitation des signaux électriques qui reflètent les mesures effectuées. Ce capteur 1 est conditionné selon l'invention sous la forme d'un barreau 7 composite réalisé en enrobant le capteur, de fils de verre 8 s'étendant sur toute la longueur et en noyant l'ensemble d'un liant durcissant par polymérisation d'une résine époxyde. Ce barreau réalisé pour des raisons de commodité sous une forme parallèlépipédique est obtenu à partir d'un moule (non représenté) que l'on remplit de fils de verre 8, généralement présentés en faisceau compte tenu de leur faible diamètre, et dans lequel on positionne le capteur 1 en veillant à ce qu'il soit sur toute sa longueur, à équidistance d'une des faces du moule, face qui correspondra pour le barreau 7 fini à la face 9 de dessus lors de sa pose dans la chaussée 2. Cette équidistance peut être obtenue par centrage du barreau dans le moule, ce qui permet avantageusement de ne pas avoir à repérer une face déterminée sur le barreau fini pour sa pose dans la chaussée et de pouvoir réaliser sans risque pour la fiabilité des mesures, un barreau cylindrique. L'extrémité du capteur 1 qui est raccordée au câble de liaison 6 est gainée d'un manchon souple 10 en matière plastique de protection du raccordement Ce manchon 10 s'étend vers le câble 6 pour protéger également ce câble 6 sur toute la portion de sa longueur qui pourrait être contenue dans le barreau 7 et dans la structure qui sera réalisée lors de la pose du barreau 7 dans la chaussée 2. Une fois les fils de verre 8 et le capteur 1 placés dans le moule, ce dernier est fermé et on procède à l'injection du liant à base de résine époxyde Cette injection peut par exemple être effectuée à une des extrémités du moule par aspiration au moyen d'une pompe à vide à l'autre extrémité, de sorte à obtenir un remplissage uniforme. Après polymérisation de la résine on obtient le barreau composite 7 qui, tout en présentant une dureté suffisante par la résine employée, offre une bonne résistance à la rupture par la flexibilité et la cohésion sur toute sa longueur apportée par les fils de verre 8. A titre d'exemple, pour un barreau de section carrée de 15 mm x 15 mm d'une longueur de 3 m, le seuil de rupture obtenu est de 650 kg et la flexibilité est de 6 cm alors qu'un barreau de même section, conditionné selon les techniques connues, présente une flexibilité nulle et un seuil de rupture à 200 kg. Pour la pose du barreau 7 ainsi obtenu dans la chaussée 2, on réalise selon l'invention, une saignée 11 sur toute la largeur de la chaussée 2 Cette saignée 11 peut être réalisée par tout moyen classiquement employé On veillera cependant à ce que le fond 12 de la saignée 11 ne corresponde pas avec la lisière 13 entre le tapis 14 et la dernière couche de forme 15 de la chaussée 8 ou, si le barreau est placé plus profondément, entre deux couches de forme de la chaussée. Dans le même ordre d'idée, pour assurer une meilleure tenue à la structure réalisée, la saignée 11 est préférentiellement réalisée en contre dépouille, c'est-à-dire qu'elle présente une section en forme trapézoïdale dirigée vers le dessus de la chaussée 8, comme on le voit à la figure 2 L'inclinaison des parois de la saignée n'a pas besoin d'être importante, elle a seulement pour objectif d'empêcher tout risque de déchaussement de la structure réalisée. Cette inclinaison peut être remplacée par des aspérités laissées dans les parois latérales de la saignée permettant un accrochage de la structure lors de son durcissement. On coule ensuite dans la saignée 11 une première couche 16 d'une composition préalablement préparée à base d'un liant organique, durcissant par polymérisation d'une résine époxy, et chargée en sable et en fibres de verre. Cette première couche 16 est répartie sur le fond 12 avec une épaisseur suffisante pour récupérer les différences de niveau et d'aspérités issues de la réalisation de la saignée 11. On entend par fibres ou fibrettes de verre, des tronçons de faible longueur pouvant s'incorporer à la composition, sans entraver la fluidité qu'on lui recherche pour la couler dans la saignée. On dépose ensuite par couches successives, des nappes 17 de fils de verre non tissées sur chacune desquelles on coule une nouvelle couche de la composition de sorte à obtenir un stratifié inférieur d'assise 18. Ce stratifié d'assise 18 comporte de préférence un nombre de nappes 17 compris entre 3 et 10 en fonction de la profondeur de la saignée 11 et du niveau auquel on souhaite placer le barreau 7. Les nappes 17 de fils de verre (figure 4) sont constitués de faisceaux 17 a de fils non entrelacés, non torsadés et unidirectionnels, pour que les nappes soient noyées dans la composition plus facilement; les faisceaux étant reliés entre eux par un tramage 17 b pour en faciliter la pose Le nombre de faisceau 17 a de chaque nappe 17 dépend de la largeur de la saignée 11 et de la section des faisceaux 17 a, il est par exemple compris entre 5 et 15. On positionne ensuite le barreau 7 dans la saignée au moyen d'étriers 19 en forme de U venant à affleurement du stratifié d'assise 18 et étant suspendus en reposant par des rebords 19 a qu'ils comportent sur le dessus de la chaussée 2. Ces étriers ont pour objet d'empêcher l'enfoncement du 1 1 barreau 7 dans le stratifié d'assise 18 pendant le durcissement de la composition. Une couche intermédiaire 20 de la composition est coulée pour recouvrir le barreau 7 et un stratifié supérieur de couverture 21 est réalisé de manière similaire au stratifié inférieur d'assise 18, c'est-à-dire par dépôt de couches successives de nappes 17 de fils de verre sur chacune desquelles est coulée une couche de la composition Ce stratifié de couverture 21 se termine par une couche de finition 22 de la composition venant à affleurement du dessus de la chaussée 8. Une fois que la structure ainsi réalisée est durcie, c'est-à-dire à la fin de la polymérisation de la résine contenue dans la composition, les étriers 19 sont coupés à affleurement de la chaussée 2 pour éliminer leurs rebords 19 a et ainsi obtenir une continuité de la surface de la chaussée 2. A titre d'exemple, pour un barreau 7 de section carrée de 15 mm x 15 mm, on réalisera une saignée 11 d'une profondeur de 70 mm et d'une largeur de 50 mm. Les proportions utilisées dans la composition durcissante sont par exemple d'une charge constituée par rapport au volume de la composition de 10 à 40 % de fibres de verres, de 10 à 40 % de sable, et de 20 à 80 % de liant à base de résine époxyde. Pour éviter un gonflement de la structure sous l'effet de la chaleur dégagée par la polymérisation et bien que l'on limite déjà ce dégagement de chaleur par l'adjonction de sable dans la charge de la composition, on organise une ventilation forcée de la surface de la chaussée 2 au niveau de la saignée 11. On utilise par exemple à cet effet, un tunnel (non représenté) en tôle ou en matière plastique posé sur la chaussée sur toute la longueur de la saignée 11 et on place un ventilateur à une de ses extrémités pour provoquer une circulation d'air forcée et ainsi évacuer la chaleur dégagée. Ce tunnel a également le rôle de protéger la surface de la structure pendant son durcissement, de la pluie ou de corps étrangers qui pourraient venir se déposer à sa surface. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus. On pourra notamment utiliser le procédé de conditionnement et le procédé de pose selon l'invention à d'autres types de capteurs, par exemple des capteurs ponctuels noyés dans la structure de pose De même, les fibres de verre et les fils de verre peuvent être remplacés par d'autres matières minérales ou organiques pourvu que ces matières répondent aux mêmes objectifs, et le sable pourrait être remplacé par une autre charge, comme par exemple du gel de silice pourvu que cette charge remplisse les fonctions souhaitées. De même, bien que le procédé de pose ait été décrit pour une réalisation à affleurement du tapis de la chaussée, ce procédé peut s'appliquer à la pose d'un capteur dans une couche de forme lors de la réalisation de la chaussée, la structure étant ensuite recouverte par le tapis de la chaussée. REVENDICATIONS 1/ Procédé de conditionnement d'un capteur ( 1) à placer dans une chaussée ( 2), caractérisé en ce qu'il consiste à enrober ledit capteur ( 1) au moyen de fils ( 8) en matière minérale ou organique s'étendant sur toute la longueur du capteur ( 1) et à noyer l'ensemble dans un liant durcissant par polymérisation, de sorte à obtenir un barreau ( 7) contenant ledit capteur ( 1). 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit liant organique est à base de résine époxyde polymérisable. 3/ Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits fils ( 8) sont des fils de verre. 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste: à remplir de fils de verre ( 8) un moule de section parallèlépipédique; à positionner dans ce moule le capteur ( 1) à équidistance sur toute sa longueur d'une face du moule; à injecter, ledit liant organique dans le moule après fermeture de celui- ci de sorte à obtenir après polymérisation de ladite résine, ledit barreau ( 7) contenant ledit capteur ( 1). / Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à entourer ledit capteur ( 1), préalablement à son positionnement dans le moule, et à au moins une de ses extrémités ( 5) liée à un câble ( 6) de raccordement électrique, d'un manchon souple ( 10) de protection de la liaison entre ledit capteur ( 1) et ledit câble ( 6); ledit manchon ( 10) s'étendant hors de l'extrémité dudit barreau ( 7). 6/ Barreau composite contenant un capteur ( 1) à placer dans une chaussée ( 2), caractérisé en ce qu'il est obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7/ Procédé de pose dans une chaussée ( 2), d'un capteur ( 1) préalablement conditionné sous la forme d'un barreau ( 7) conformément à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser, dans la chaussée ( 2), une saignée ( 11) de section sensiblement supérieure à la section dudit barreau ( 7); à réaliser dans le fond ( 12) de la saignée ( 11) un stratifié inférieur d'assise ( 18) constitué d'au moins une nappe ( 17) de fils ( 17 a) en matière minérale ou organique non tissée et noyée dans une composition, durcissant par polymérisation d'un liant organique, et chargée de fibres en matière minérale ou organique, à positionner ledit barreau ( 7) sur ledit stratifié inférieur d'assise ( 18) en le maintenant au moyen d'étriers ( 19) reposant sur les bords de la saignée ( 11) pour éviter son enfoncement dans ledit stratifié d'assise ( 18) pendant le durcissement de ladite composition; à réaliser sur ledit barreau ( 7) un stratifié supérieur de couverture ( 21) de constitution similaire audit stratifié inférieur d'assise ( 18) et terminé par une couche de finition ( 22) constituée par ladite composition venant à affleurement de la chaussée ( 2). 8/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits stratifiés d'assise ( 18) et de couverture ( 21) comportent chacun au moins trois couches de nappe ( 17) de fils ( 17 a). 9/ Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que lesdites fibres participant à la charge de la composition sont des fibres de verre. / Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que lesdites nappes de fils ( 17) sont des nappes de fils de verre. 11/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que ladite composition est constituée d'une charge de fibre de verre et de sable et d'un liant à base de résine époxyde polymérisable. 12/ Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la proportion en volume de la charge est de 10 à 40 % de fibres de verre et de 10 à 40 % de sable. 13/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que la profondeur de ladite saignée ( 11) est choisie notamment pour que son fond ne corresponde pas avec une lisière ( 13) entre le tapis ( 14) de la chaussée ( 2) et une couche de forme ( 15) ou entre deux couches de forme. 14/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que la saignée ( 11) est réalisée en contre-dépouille dans la chaussée ( 2). 15/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 14, caractérisé en ce qu'il consiste à organiser une ventilation forcée de la surface de la chaussée ( 2) pour évacuer la chaleur produite par la polymérisation.