Brevet FR2807829A1 — publié le 20011019

DESCRIPTION "Détecteur de flexion et/ou tassement différentiel(s) et procédé pour surveiller une structure" La présente invention concerne un détecteur de flexion et/ou de tassement différentiel(s). La présente invention concerne également un procédé pour surveiller la flexion et/ou tassement différentiel(s) d'une structure. L'invention s'intéresse tout particulièrement à certains types de déformations différentielles rencontrées en géotechnique, et de changements de formes dans les tunnels, pour le suivi de la stabilité géométrique des ouvrages. On appelle "tassement différentiel" une déformation telle que celle de la surface d'un terrain qui s'abaisse de façon inégale d'un point à un autre, cet exemple n'étant nullement limitatif. On connaît d'après le WO-A-97/42 463 un procédé consistant à associer intimement à la structure un corps appelé "modèle"- longiligne dans lequel est incorporée au moins une fibre optique. Lorsque la structure se déforme, le modèle suit la déformation. La déformation du modèle est détectée par une variation de l'atténuation de la lumière transmise par la fibre optique. 'Ce procédé fournit une détection qui est dite "en base longue". Ceci signifie qu'on ne s'intéresse pas aux déformations locales mais au cumul des déformations affectant la structure le long du modèle ou même, par extrapolation, sur toute la longueur correspondante de la structure elle-même lorsque le modèle ne la couvre pas entièrement. Les travaux d'installation préalables à la mise en oeuvre du procédé connu sont relativement conséquents sur le site. Ils nécessitent également, dans bien des cas, une certaine précision, notamment en ce qui concerne le positionnement de la ou des fibres optiques dans le modèle. Le but de la présente invention est de proposer un détecteur et un procédé plus faciles à installer et capables de fournir des résultats plus localisés. Suivant l'invention, le détecteur de flexion et/ou tassement différentiel (1) est caractérisé en ce qu'il comprend: - une succession d'au moins deux éléments reliés entre eux par des moyens d'articulation, et destinée à être installée pour épouser un profil d'une surface de la structure dont la flexion et/ou tassement différentiel (s) sont à détecter; et - des moyens de détection de la déviation angulaire relative entre éléments voisins. Le détecteur selon l'invention est particulièrement simple à installer puisqu'il suffit de le fixer sur la surface de la structure à surveiller. Dans des cas extrêmes, par exemple si l'on utilise de simples serre-joints pour réaliser l'installation du détecteur par fixation, ou même si l'on fait simplement reposer le détecteur sur le dessus d'une surface, l'installation peut être assurée en quelques dizaines de secondes. Ceci est important dans certaines applications, par exemple dans des milieux susceptibles d'être radioactifs. Le détecteur selon l'invention délivre un signal correspondant à l'angle formé entre éléments successifs à chaque articulation. on peut en déduire des informations sur les déformations locales et une image de la structure déformée. Mais on peut également, comme avec la détection en base longue connue, calculer le cumul des déformations sur une certaine longueur. La mesure en base longue repose sur la constatation que pour les ouvrages de génie civil, une intégrale (au sens mathématique du terme) des déformations est plus représentative du risque encouru par la structure que telle ou telle déformation mesurée localement. Suivant un second aspect de l'invention, le procédé pour surveiller la flexion et/ou le tassement différentiel(s) d'une structure, est caractérisé en ce qu'on installe le long d'une partie au moins d'une surface de la structure plusieurs éléments successifs reliés entre eux par des moyens d'articulation, et on détecte les déviations angulaires entre éléments successifs. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après, relative à des exemples non-limitatifs. Aux dessins annexés - la figure 1 est une vue schématique en perspective du détecteur de flexion et/ou tassement différentiel(s) selon l'invention; - la figure 2 illustre un mode de montage rapide du détecteur sous une poutre appartenant à la structure à surveiller; - la figure 3 est une vue en élévation du détecteur fixé sous la poutre; - la figure 4 est une vue d'un détail du mode de mise en #uvre de la figure 3, la poutre étant à l'état déformé; - la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 mais avec le détecteur monté sur le dessus de la poutre; - la figure 6 est une vue en coupe transversale d'un tunnel équipé de détecteurs selon l'invention; et - la figure 7 est une vue d'un détecteur selon l'invention posé sur un sol dont la géométrie est à surveiller. Le détecteur de flexion et/ou de tassement différentiel(s) 10 suivant l'invention comprend une succession d'éléments 1 reliés entre eux par des articulations 2. Les axes 3 des articulations 2 sont parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction de succession des éléments 1. Chaque élément 1 comprend une semelle 4 de forme générale plane. Les axes d'articulation 3 sont sensiblement situés dans le plan des semelles 4 et permettent aux semelles 4 d'être mutuellement alignées. Les semelles 4 peuvent ainsi être plaquées toutes ensemble, par leur surface d'appui inférieure 6, contre une surface plane d'une structure susceptible de fléchir. Chaque élément 1 a la forme générale d'une cornière dont l'une des ailes est constituée par la semelle 4. L'autre aile 7 de la cornière se dresse à partir de la semelle 4 en direction opposée à la surface d'appui 6. Les ailes 7 sont coplanaires. Elles ont des bords d'extrémité 8 qui sont obliques par rapport au plan de la semelle 4 respective de manière à former entre les deux bords 8 en regard de deux éléments 1 adjacents une échancrure 9 en forme de V lorsque les semelles 4 sont coplanaires. Ceci permet aux éléments 1 de pivoter les uns par rapport aux autres autour des axes d'articulation 3 même dans le sens où les bords d'extrémité 8 se rapprochent l'un de l'autre à partir de la situation où les semelles 4 sont coplanaires. Chaque semelle 4 comprend des moyens pour fixer l'élément 1 contre la surface de la structure. Dans l'exemple représenté, chaque semelle 4 comporte à cet effet deux trous 11 situés en position intermédiaire entre les extrémités longitudinales de l'élément, et avec une certaine distance entre eux mesurée parallèlement à la direction de succession des éléments. De préférence, l'ensemble des deux trous 11 de chaque élément est situé à égale distance entre les deux extrémités de l'élément et avec entre eux un écartement relativement faible par rapport à la longueur de l'élément. Comme le montre la figure 4, ceci permet de fixer les éléments à la structure, ici une poutre 12, en appliquant la face d'appui 6 de la semelle 4 contre la surface 13 de la structure qui est convexe, ou susceptible de devenir convexe sous l'effet de la flexion. On utilise pour cela des éléments de fixation 14 qui ne sont pas représentés en détail mais qui peuvent être des boulons. Grâce aux deux moyens de fixation correspondant chacun à l'un des trous il de chaque élément, la face d'appui 6 de la semelle 4 de chaque élément est maintenue sensiblement tangente à la surface 13 au milieu de chaque élément. On est ainsi assuré que la succession des semelles 4 reproduit assez fidèlement, sous la forme d'une ligne brisée, le profil curviligne de la surface 13. Les éléments 1 ne doivent donc pas fléchir avec la structure. Leur forme en cornière contribue à éviter qu'ils fléchissent. Il est possible que le détecteur doive dans certaines applications être installé sur des surfaces non planes ou encore sur des surfaces qui devraient être planes mais qui présentent des défauts de planéité. A cet effet, comme le montre la figure 1, les semelles 4 peuvent posséder un ou plusieurs moyens d'appui 16 réglables (un seul est représenté, sur un seul des éléments), constitués par exemple chacun d'une vis 17 pouvant être plus ou moins vissée dans un trou fileté de la semelle 4 de façon que son extrémité d'appui 18 fasse une saillie réglable sur la surface 6. En service, on règle les moyens d'appui 16 pour que chaque élément soit appuyé de manière stable sur la structure. Des moyens 19 de détection de la déviation angulaire entre éléments 1 successifs sont montés avec un corps 21 fixé à l'aile 7 d'un élément 1 et une extrémité 22 de captation de mouvement fixée à l'aile 7 de l'élément 1 voisin. Les points des deux ailes 7 où le corps 21 et l'extrémité 22 sont respectivement fixés sont choisis de façon que la ligne 23 selon laquelle un déplacement est détecté passe à distance de l'axe 3 de l'articulation 2 correspondante, autrement dit que la ligne 23 et l'axe 3 ne soient pas sécants. Ainsi, on détecte la déviation angulaire entre éléments 1 voisins en détectant la variation de distance entre les éléments 1 voisins le long de la ligne 23. Le moyen de détection 19 est de préférence un capteur conforme au DE 39 02 997 ou à la demande japonaise déposée sous le numéro JP 6-291 249. Selon ces documents, une fibre optique forme une spire autour de deux plots montés dans le boîtier 21, l'un étant fixe par rapport au boîtier et l'autre monté sur un coulisseau solidaire de l'extrémité capteuse de mouvement 22. Les tronçons de spire s'étendant entre les deux plots forment une sinuosité dont la courbure varie lorsque la distance varie entre le boîtier 21 et l'extrémité capteuse 22. L'une des extrémités 24 de la fibre optique est alimentée par une source lumineuse 26. L'autre extrémité 27 de la fibre optique est raccordée à un moyen 28 de détection de l'intensité lumineuse reçue. Lorsque la position angulaire relative de deux éléments 1 successifs change, l'extrémité capteuse 22 se déplace par rapport au boîtier 21 du capteur 19 correspondant. Cela fait changer la courbure de la sinuosité ou des sinuosités de la fibre optique dans le boîtier 21 et cela modifie l'atténuation de la lumière dans la fibre optique. Cette modification d'atténuation est détectée dans l'appareil 28. Les intensités lumineuses détectées par l'appareil 28 sont transmises, par exemple sous forme numérisée, à une unité de traitement 29 qui peut par exemple visualiser sur un écran 31 le profil déformé 32 de 1a surface 13 de la structure, ou encore fournir des résultats numériques, par exemple des mesures de flèche en différents points de la longueur de la surface 13, ou encore des valeurs de contrainte correspondantes. La figure 2 montre que le dispositif selon l'invention peut être fixé de manière très rapide à la structure 12 au moyen de simples serre-joints 33, par exemple un par élément 1 du détecteur. On est ainsi parvenu à monter le détecteur en quelques dizaines de secondes. La figure 3 montre que les éléments 1 peuvent être de longueur très différente les uns des autres. On peut placer des éléments 1 très courts dans des zones où l'on s'attend à des déformations importantes, ou a de grandes variations de la déformation entre des points proches l'un de l'autre, par exemple au voisinage d'un pilier supportant la poutre 12 ou d'une charge appliquée à la poutre 12. La figure 3 montre également que le détecteur 10 peut ne s'étendre que sur une partie de la poutre 12 ou autre structure à surveiller. On peut par exemple placer le détecteur 10 dans une zone susceptible d'être la plus contrainte. I1 est également possible que les déformations du reste de la poutre 12 puissent se déduire des déformations de la zone associée au détecteur, par extrapolation. La figure 5 montre que le détecteur 10 peut également être placé sur une surface 34 concave ou susceptible de devenir concave sous l'effet de la déformation. Dans ce cas, il est préféré de fixer les éléments 1 par des moyens 36 non représentés en détail, qui coïncident avec les articulations 2. Ceci permet à la zone des éléments 1 et en particulier à la zone des semelles 4 qui est éloignée de leurs articulations 2, de s'écarter en tant que de besoin de la surface 34 en fonction de la concaveté. Quel que soit le montage, il est toujours tel que les axes d'articulation 3 soient sensiblement parallèles à l'axe de la courbure produite par la déformation attendue. Dans l'exemple représenté à la figure 6, des détecteurs 10 ont été placés contre la face intérieure des pied-droits 41 d'un tunnel 42 et contre la face inférieure 43 de la voute du tunnel, chaque fois le long du profil transversal intérieur du tunnel. Dans l'exemple de la figure 7, un détecteur 10 est placé sur un sol 44 pour détecter un éventuel tassement différentiel. Le détecteur 10 repose sur le sol par gravité, c'est à dire par son propre poids, les éléments 1 pouvant être réalisés relativement lourds pour assurer un bon couplage entre chaque élément 1 et la partie du sol 44 sur laquelle l'élément 1 repose. Dans ce mode de réalisation et de mise en #uvre du procédé, le détecteur n'a pas besoin de comporter de moyens de fixation. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. Bien que la détection de mouvement entre éléments par voie optique soit préférée pour sa grande fiabilité et sa grande insensibilité aux perturbations, tout autre mode de détection de la déviation angulaire entre éléments est envisageable. Les articulations peuvent être remplacées par des pseudo-articulations, par exemple sous la forme de liaisons élastiquement flexibles. REVENDICATIONS 1- Détecteur de flexion et/ou de tassement différentiel(s), caractérisé en ce qu'il comprend - une succession d'au moins deux éléments (1) reliés entre eux par des moyens d'articulation (2), et destinée à être installée pour épouser un profil d'une surface (13, 34) de la structure (12) dont la flexion et/ou le tassement différentiel(s) sont à détecter; et - des moyens (19) de détection de la déviation angulaire relative entre éléments voisins (1). 2- Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection (19) de la déviation angulaire comprennent des moyens de détection de la distance entre deux points appartenant chacun à l'un des deux éléments, ces deux points étant situés sur une ligne (23) s'étendant à distance de l'axe (3) des moyens d'articulation (2). 3- Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de détection de distance (19) comprennent au moins une fibre optique (24, 27) montée fonctionnellement entre les deux points. 4- Détecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque élément (1) comprend une semelle de fixation (4) et une aile (7) dressée à partir de la semelle, en ce que les moyens d'articulation (2) relient les éléments (1) au voisinage de leurs semelles (4), et en ce que les moyens (19) de détection de la déviation angulaire sont reliés aux ailes (7) des éléments. 5- Détecteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (11) de fixation de chaque élément (1) à la structure, ces moyens de fixation étant situés en position intermédiaire entre les extrémités de l'élément (1). 6- Détecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de fixation (11) sont agencés pour plaquer tangentiellement l'élément (1) contre la surface (13) de la structure (12). 7- Détecteur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de fixation comprennent deux moyens individuels (11) espacés sensiblement selon la direction de succession des éléments. 8- Détecteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (36) de fixation de la succession d'éléments (1) dans la région des moyens d'articulation (2) entre éléments voisins (1). 9- Détecteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les éléments (1) sont d'au moins deux longueurs différentes mesurées selon la direction de succession des éléments. 10- Détecteur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'un au moins des éléments (1) comprend des moyens (16) d'appui réglables pour stabiliser son appui sur la surface de la structure (12). 11- Procédé pour surveiller la flexion et/ou le tassement différentiel(s) d'une structure, caractérisé en ce qu'on place le long d'une partie au moins d'une surface (13, 34) de la structure (12) plusieurs éléments successifs (1) reliés entre eux par des moyens d'articulation (2) et on détecte les déviations angulaires entre éléments successifs. 12- Procédé selon la revendication il, caractérisé en ce qu'on place le détecteur sur une surface susceptible de convexité (13) et pour cela on fixe les éléments (1) de façon que leur région médiane soit sensiblement tangente à la surface (13). 13- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on fixe chaque élément (1) par deux moyens de fixation (14) se suivant sensiblement selon la direction de succession des éléments (1). 14- Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on fixe la succession d'éléments (1) à la structure (12) au voisinage des moyens d'articulation (2). 15- Procédé selon la revendication 11 à 14, caractérisé en ce qu'on associe la succession d'éléments (1) avec la surface (13, 34, 44) en utilisant des moyens de serrage rapides, tels que des serre-joints (33) ou en faisant reposer la succession d'éléments (1) par gravité sur la surface (44).