Brevet FR3007142A1 — publié le 20141219

Système de caractérisation d'un matériau de construction liquide notamment d'un béton fluide La présente invention concerne un système de caractérisation d'un matériau de construction liquide, notamment d'un béton fluide, d'un mortier ou d'une pâte de construction quelconque. Plus particulièrement l'invention se rapporte à un tel système de caractérisation par mise en oeuvre d'un test d'étalement d'un échantillon de ce matériau sur une plaque de test. Ce type de test d'étalement est déjà bien connu dans l'état de la technique, par exemple pour des bétons fluides, et fait partie d'un ensemble de tests ayant pour but d'améliorer le contrôle de la production de ces bétons fluides. Ces bétons ont la propriété de s'étaler sous leur propre poids et certaines particularités d'étalement de ceux-ci peuvent alors être exploitées afin de les caractériser. Ainsi, un test possible consiste à remplir un cône de béton fluide à l'état frais et à le démouler sur une plaque de test horizontale. A la suite de ce démoulage le béton s'étale en formant un cercle jusqu'à un certain diamètre final avec une vitesse d'étalement, ces deux paramètres étant variables suivant la viscosité et le seuil de contrainte du béton. Ce test d'étalement d'un échantillon de béton sur une plaque de test est appelé « essai d'étalement au cône d'Abrams» et est normalisé sous la référence NF EN 12350- 8 de novembre 2010. Ce test s'effectue généralement sur un chantier ou sur un site de production, et seul le diamètre final du cercle d'étalement du béton après démoulage est généralement exploité pour caractériser le béton fluide. Il existe également dans l'état de la technique des systèmes de caractérisation qui permettent d'exploiter toute la dynamique de l'étalement du béton, comme par exemple la vitesse et l'amplitude d'étalement de l'échantillon de béton en fonction du temps. Ceci permet alors de caractériser un paramètre visqueux d'un béton fluide. Ainsi par exemple des systèmes utilisant des moyens de prise de vues constitués par exemple par des caméras, associés à des moyens de traitement des données délivrées par ceux-ci, constitués par exemple par des micro-ordinateurs, ont déjà été utilisés pour analyser les vues prises au cours de l'étalement de l'échantillon de béton, pour en extraire des caractéristiques de vitesse et d'amplitude d'étalement de cet échantillon. II existe également un essai d'écoulement connu sous le nom d' « essai à l'entonnoir en V », normalisé sous la référence NF EN 12350-9 de novembre 2010. Mais ces systèmes sont restés jusqu'à présent confinés dans des laboratoires ou leurs équivalents en raison des difficultés de mise en oeuvre pratique sur le chantier. En effet ces systèmes de caractérisation comprennent une pluralité d'équipements encombrants, fragiles, coûteux, volumineux, et pour certains ont pour vocation à être utilisés dans des conditions protégées comme par exemple en laboratoire. Ces systèmes ne sont donc en aucune manière adaptés pour un déploiement opérationnel sur le terrain. Une autre difficulté réside dans la qualification des personnels destinés à utiliser ces systèmes. L'invention a donc pour but de résoudre ces problèmes en proposant un système de caractérisation d'un matériau de construction liquide, notamment d'un béton fluide, qui soit unique, mobile, portable, résistant, le plus insensible possible aux conditions environnementales, compacte, peu coûteux et ayant ainsi pour vocation à être un outil de terrain facilement déployable et utilisable. A cet effet, l'invention a pour objet un système de caractérisation d'un matériau de construction liquide notamment d'un béton fluide, du type précité, caractérisé en ce que les moyens de prise de vues et de traitement sont intégrés dans un outil unique, mobile et portable et incorporant en plus des moyens d'affichage de données. Selon des modes particuliers de réalisation de l'invention, le système de caractérisation selon l'invention comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les moyens de prise de vues et d'analyse et d'affichage comprennent un téléphone intelligent adapté pour mettre en oeuvre une application de caractérisation ; - les moyens de prise de vues et d'analyse et d'affichage comprennent une tablette intelligente adaptée pour mettre en oeuvre une application de caractérisation ; - l'outil est adapté pour être fixé sur des moyens formant potence de support s'étendant à partir de la plaque de test ; - le système de caractérisation comporte des moyens de calibrage des moyens d'analyse en dimension, en horizontalité et en luminosité; - les moyens de calibrage en dimension comprennent une mire de référence afin de fournir une référence de dimension aux moyens d'analyse ; - les moyens de calibrage en luminosité comprennent des moyens de déclenchement d'une prise de vue de référence lors du test afin de fournir une référence de luminosité aux moyens d'analyse ; - les moyens d'analyse sont adaptés pour calculer les caractéristiques d'écoulement de l'échantillon à partir de l'analyse de l'évolution d'une portion de la surface d'étalement de celui-ci ; - les caractéristiques de vitesse et d'amplitude comprennent des informations choisies dans le groupe comprenant au moins : - l'évolution du diamètre d'étalement en fonction du temps, - le diamètre final d'étalement, - le temps d'atteinte d'un diamètre d'étalement prédéterminé, - la vitesse d'évolution du diamètre d'étalement à un diamètre prédéterminé ; - le diamètre d'étalement prédéterminé est de 500 mm ; et - le diamètre prédéterminé est de 420 mm. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de côté illustrant un mode de réalisation d'un système de caractérisation selon l'invention et les différents moyens de celui-ci requis pour un test d'étalement de béton ; - la figure 2 est un schéma synoptique d'un outil unique, mobile et portable entrant dans la constitution d'un système de caractérisation selon l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique de dessus illustrant le fonctionnement des moyens entrant dans la constitution d'un système selon l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique de dessus illustrant la superposition des moyens de la figure 3 et d'une plaque de test ; - la figure 5 est une vue schématique de côté illustrant un autre mode de réalisation d'un système de caractérisation selon l'invention ; - la figure 6 est une vue schématique illustrant l'application des vues au calcul des caractéristiques du béton ; et - la figure 7 est un graphe illustrant une courbe montrant l'évolution du diamètre d'étalement de l'échantillon de béton en fonction du temps. On a représenté sur la figure 1, un système 10 de caractérisation d'un béton fluide selon un mode de réalisation de l'invention et les différents moyens de celui-ci requis pour un test d'étalement. Ces moyens comprennent un cône de test 11 apte à recevoir un échantillon 12 de béton à caractériser, une plaque de test horizontale 13, un outil 14 qui sera décrit plus en détails par la suite et des moyens 15 formant potence de support pour l'outil 14, au- dessus de la plaque de test 13. Le cône de test 11 est donc destiné à recevoir une quantité déterminée de béton pour constituer l'échantillon 12 sur lequel on va réaliser le test d'étalement afin de caractériser ce béton. Ce cône de test 11 est ainsi posé sur la plaque de test 13 comme cela est illustré sur la figure 1 et est alors prêt à recevoir l'échantillon de béton 12. La position relative de ces différents éléments sera décrite plus en détails par la suite. La plaque de test 13 est formée typiquement par exemple d'une plaque en acier, d'une surface plane et lisse d'au moins 900 mm x 900 mm, c'est-à-dire par exemple carrée, et de couleur sombre par exemple noire. Elle est apte à être placée horizontalement sur une surface par exemple plane et est destinée à assurer l'étalement de l'échantillon 12 de béton lors du test d'étalement et à faire ressortir de façon perceptible cet étalement. Comme illustré sur la figure 1, l'outil 14 est, dans l'exemple décrit, maintenu au- dessus de la plaque 13 à l'aide des moyens 15 formant potence de support. Ainsi, ces moyens 15 comportent à leur extrémité supérieure, des moyens 16 de fixation de l'outil 14, pour faire face à la plaque de test, à leur extrémité inférieure, des moyens 17 de fixation sur la plaque 13 et des moyens 18 de réglage de la position de l'outil 14. Selon un exemple de réalisation, ces moyens 15 sont indépendants de la plaque de test 13, positionnés à côté de cette plaque de test, et comportent un pied tripode. Ces moyens de réglage permettent par exemple à un opérateur de déplacer l'outil horizontalement et verticalement par rapport à la plaque de test afin de positionner correctement cet outil comme cela sera décrit plus en détails par la suite. L'outil 14 est illustré de façon schématique sur la figure 2, et se présente sous la forme d'un outil unique, mobile et portable et incorporant des moyens 21 de prise de vues, des moyens 22 d'analyse de ces vues, des moyens 23 d'affichage de données, des moyens 24 de contrôle/commande de cet outil et des moyens 25 d'émission d'un signal sonore, dont la fonction sera décrite plus en détails par la suite. On conçoit alors que cet outil et plus particulièrement les moyens de prise de vues 21 sont aptes à prendre des vues de l'échantillon de béton 12 lors du test d'étalement. Ces vues forment une séquence chronologique où chaque vue correspond à un instant précis du test. Afin que la dynamique de l'étalement ne soit pas perdue, les vues sont prises avec une fréquence déterminée. Ainsi par exemple, cette séquence de vues se présente sous la forme d'un film vidéo en format numérique ou une séquence de photos en format numérique. Ce film ou cette séquence de photos est ensuite traité par les moyens d'analyse 22. Les moyens d'analyse 22 comprennent à cet effet, une application logicielle de caractérisation adaptée pour analyser les vues et en tirer des informations permettant de caractériser le béton. Ainsi par exemple, l'application de caractérisation comprend une pluralité d'outils informatiques permettant de traiter la séquence de vues afin d'en extraire un ou plusieurs paramètres caractérisant chaque instant du test, comme par exemple l'aire d'une portion de la surface d'étalement du béton. Cette application est apte par ailleurs à analyser l'ensemble des paramètres extraits à la fin du test et à fournir des résultats de cette analyse. Ces résultats concernent notamment la dynamique de l'étalement du béton pour toute la durée du test et incluent, par exemple, le diamètre d'étalement de l'échantillon en fonction du temps. Les moyens d'affichage 23 de l'outil permettent alors d'afficher ces résultats. L'outil 14 est propre à être exploité par un opérateur n'ayant pas de connaissances spécifiques en informatique. Selon un exemple de réalisation du système 10, l'outil 14 comprend un téléphone intelligent avec une caméra intégrée et adapté pour mettre en oeuvre l'application de caractérisation. Selon un autre exemple de réalisation, l'outil 14 comprend une tablette intelligente avec une caméra intégrée et adaptée pour mettre en oeuvre l'application de caractérisation. Bien entendu d'autres moyens peuvent être envisagés. L'outil 14 ou au moins la caméra intégrée ou raccordée à celui-ci, est destiné à être placé au-dessus de la plaque 13 de façon que sa position permette aux moyens de prise de vues 21 de fournir les vues de l'étalement de l'échantillon de béton lors du test. Ainsi, sur la figure 1, les moyens de prise de vues 21 sont destinés à être dirigés vers le bas, c'est-à-dire vers la plaque 13 de test. De façon classique l'outil 14 comporte des moyens de contrôle/commande de type connu, permettant à l'opérateur de paramétrer et de lancer l'application. Ainsi, les moyens 24 de contrôle/commande et les moyens 23 d'affichage sont destinés à être dirigés vers l'opérateur. Comme cela a été indiqué précédemment, le système selon l'invention doit pouvoir être mis en oeuvre par du personnel pas ou peu qualifié pour utiliser du matériel sophistiqué tel que par exemple des ordinateurs, etc. A cet effet un certain nombre d'aides sont proposées à l'opérateur pour lui permettre de réaliser le test le plus facilement et rapidement possible. C'est ainsi que sur la figure 3, on a illustré des aides permettant à l'opérateur d'assurer un positionnement correct des différents éléments les uns par rapport aux autres. Ainsi par exemple cette figure 3 illustre différentes aides affichées sur les moyens d'affichage 23 de l'outil 14. Les aides apportées à l'opérateur consistent alors en des marques ou des repères ou des gabarits ou des mires qui lui permettent d'une part de positionner correctement l'outil 14, notamment dans un plan vertical, et d'autre part de placer correctement l'outil 14 et la plaque de test 13 l'un par rapport à l'autre et le cône de test 11 correctement par rapport au reste du système. Ainsi par exemple le moyen d'affichage 23 comporte des moyens formant mire de positionnement relatif de l'outil 14 et de la plaque 13. Ces moyens sont désignés par la référence générale 31 sur cette figure 3 et sont en fait formés par exemple par deux lignes parallèles et espacées l'une de l'autre 31a et 31b. Ainsi, ces lignes servent de repères entre lesquels doit être placée la plaque comme cela sera décrit plus en détail par la suite. De plus les moyens d'affichage 23 sont également adaptés pour afficher un repère de positionnement du cône 11 au début du test. En fait, ce repère est désigné par la référence générale 32 sur cette figure 3 et peut par exemple se présenter sous la forme d'une ligne de repère s'étendant en travers des moyens d'affichage 23 d'information par exemple perpendiculairement aux moyens 31. Enfin il peut également être prévu dans le moyen d'affichage 23 de l'outil 14 des moyens formant niveau d'horizontalité, désignés par la référence générale 33, constitués par exemple par un niveau à bulle informatique et comprenant alors une cible désignée par la référence générale 33a dans laquelle se déplace une bulle 33b. L'opérateur peut alors se servir de ces moyens formant niveau pour positionner correctement, c'est-à-dire à l'horizontale, les moyens de prise de vues. Comme cela est illustré sur la figure 4, ces différentes aides permettent alors à l'opérateur de placer correctement l'outil 14 au dessus de la plaque de test 13, en prenant comme référence de position les lignes 31a et 31b. Le cône de test, désigné par la référence générale 11, est également placé en position telle que définie par la ligne de référence 32. Le cône 11 vient alors tangenter cette ligne lors du lancement du test d'étalement. On conçoit alors que de telles aides peuvent être mises à la disposition de l'opérateur pour faciliter et simplifier au maximum la mise en oeuvre du système selon l'invention de façon opérationnelle sur le terrain. De plus, les moyens 25 d'émission d'un signal sonore sont aptes à émettre un signal sonore à destination de l'opérateur, si le système a été correctement mis en place afin de lancer le test par exemple en soulevant le cône. Ainsi, grâce à ces aides, l'outil 14 peut être fixé à l'extrémité des moyens de support ou même tenu simplement à la main par un opérateur comme ceci est illustré sur la figure 5. Dans ce mode de réalisation, l'outil 14 comprend un téléphone intelligent simplement porté par l'utilisateur et placé au-dessus de la plaque. Le déroulement du test d'étalement à l'aide du système de caractérisation 10 selon l'invention va maintenant être décrit. La première phase du test d'étalement consiste donc tout d'abord à mettre en position correcte les différents éléments les uns par rapport aux autres. Si par exemple un système conforme à la figure 1 est utilisé, il convient donc de monter les moyens de support 15 de l'outil 14 sur la plaque 13. Les moyens 15 sont alors fixés sur la plaque de test 13 et l'outil 14 est fixé en position correcte à l'extrémité des moyens de support. Les moyens de réglage 18 sont ensuite utilisés pour mettre en position correcte l'outil par rapport à la plaque et les moyens de contrôle/commande de l'outil 14 sont utilisés pour assurer les réglages de celui-ci. Si par exemple un système conforme à la figure 5 est utilisé, un opérateur se place à coté de la plaque de test 13 et tient dans ses mains l'outil 14. Il positionne correctement l'outil par rapport à la plaque et les moyens de contrôle/commande de l'outil 14 sont utilisés pour assurer les réglages de celui-ci. A l'issue de cette première phase de mise en oeuvre du système, l'outil 14 et la plaque 13 sont donc en position correcte telle que définie par les aides affichées à l'opérateur sur les moyens d'affichage de l'outil. L'outil est également fixé dans une position horizontale. Cette position est confirmée par exemple par l'émission d'un signal sonore par les moyens 25. Ensuite le cône de test 11 est placé, par l'opérateur ou par un autre intervenant, en position correcte telle que définie par la ligne d'aide 32 décrite précédemment. Une fois que cette position correcte est atteinte, la phase de préparation du système est terminée et le système est prêt pour le test d'étalement. Le système selon l'invention peut également comporter des moyens de calibrage des moyens d'analyse en dimension et en luminosité. Ainsi par exemple les moyens de calibrage en dimension peuvent comporter une mire de référence afin de fournir une référence de dimension aux moyens d'analyse. Cette mire de calibrage peut alors par exemple être posée ou formée sur la plaque afin de constituer une sorte de gabarit de taille pour le reste de l'outil. Les moyens de calibrage en luminosité comprennent quant à eux par exemple des moyens de déclenchement d'une prise de vue de référence lors du déclenchement du test afin de fournir une référence de luminosité aux moyens d'analyse. Ceci permet alors au reste de l'outil d'avoir une référence de luminosité pour la suite du traitement. Le test d'étalement est lancé dès que le cône 11 est soulevé verticalement en un mouvement rapide sans faire obstacle à l'écoulement du béton. Le béton fluide commence alors à s'étaler sur la plaque 13 en formant un cercle de diamètre D comme illustré sur la figure 6. Il est à noter que ce cercle est rarement parfait et est plus généralement proche d'une ellipse avec des contours discontinus. Le diamètre D s'agrandit avec le temps en partant d'une valeur initiale d correspondant au diamètre du cône de test, jusqu'à une valeur finale Df à la fin de l'étalement. Les moyens de prise de vues de l'outil prennent alors des vues de cet étalement avec une fréquence déterminée afin de former une séquence ou un film comme décrit précédemment. A la fin du test, ces vues sont délivrées aux moyens d'analyse 22 de l'outil 14 qui déterminent l'aire de la surface d'étalement tronquée par la ligne 32 comme ceci est montré sur la figure 6. Le diamètre d'étalement D correspondant à chaque vue est déterminé à l'aide d'une relation mathématique reliant l'aire de la surface d'étalement tronquée à ce diamètre. Cette relation mathématique est une équation non-linéaire et est résolue à l'aide d'une méthode numérique itérative. On notera qu'en conditions réelles d'exploitation, la forme du cercle peut ne pas être parfaite et qu'un traitement informatique de type classique peut s'avérer utile pour gommer ces imperfections. A la fin de l'analyse, une courbe de variation du diamètre D en fonction du temps est établie. Cette courbe est illustrée qualitativement sur la figure 7 où l'axe du temps est dénoté par t et l'axe de l'évolution du diamètre est dénoté par D. Il est à remarquer que la courbe est limitée par une droite asymptote D=Df où Df correspond au diamètre final d'étalement. Comme expliqué précédemment seul ce paramètre Df est généralement exploité dans l'état de la technique. Selon la présente invention toute la courbe d'évolution du diamètre est exploitée. Ainsi, le béton fluide peut être caractérisé en exploitant des informations choisies dans le groupe comprenant au moins : - l'évolution du diamètre d'étalement en fonction du temps, ce qui correspond à la courbe entière ; - le diamètre final d'étalement, ce qui correspond à Df ; - le temps d'atteinte d'un diamètre prédéterminé, ce qui correspond à une valeur de t pour une valeur de D fixée ; - la vitesse d'évolution du diamètre d'étalement à un diamètre prédéterminé, ce qui correspond à la valeur de la dérivée de la courbe du diamètre D en fonction du temps au diamètre prédéterminé. Sur la figure 7, les diamètres prédéterminés D1 et D2 correspondent respectivement aux instants t1 et t2 du test et selon un exemple de réalisation, les valeurs de t1 et t2 correspondent, de manière générale, respectivement à D1=420 mm et à D2=500 mm qui sont utilisées pour caractériser le béton. Bien entendu de nombreux autres modes de réalisation des différents éléments qui viennent d'être décrits peuvent être envisagés. REVENDICATIONS1.- Système de caractérisation (10) d'un matériau de construction liquide, notamment d'un béton fluide, par mise en oeuvre d'un test d'étalement d'un échantillon de matériau (12) sur une plaque de test (13), du type comportant des moyens (21) de prise de vues de l'étalement de cet échantillon lors de ce test et des moyens (22) d'analyse de ces vues pour en extraire des caractéristiques de vitesse et d'amplitude d'étalement de cet échantillon, caractérisé en ce que les moyens de prise de vues (21) et de traitement (22) sont intégrés dans un outil (14) unique, mobile et portable et incorporant en plus des moyens (23) d'affichage de données. 2.- Système de caractérisation (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de prise de vues (21) et d'analyse (22) et d'affichage (23) comprennent un téléphone intelligent adapté pour mettre en oeuvre une application de caractérisation. 3.- Système de caractérisation (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de prise de vues (21) et d'analyse (22) et d'affichage (23) comprennent une tablette intelligente adaptée pour mettre en oeuvre une application de caractérisation. 4.- Système de caractérisation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'outil (14) est adapté pour être fixé sur des moyens (15) formant potence de support s'étendant à partir de la plaque de test (13). 5.- Système de caractérisation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de calibrage des moyens d'analyse en dimension, en horizontalité et en luminosité. 6.- Système de caractérisation (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de calibrage en dimension comprennent une mire de référence afin de fournir une référence de dimension aux moyens d'analyse. 7.- Système de caractérisation (10) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de calibrage en luminosité comprennent des moyens de déclenchement d'une prise de vue de référence lors du test afin de fournir une référence de luminosité aux moyens d'analyse. 8.- Système de caractérisation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (22) sont adaptés pour calculer les caractéristiques d'écoulement de l'échantillon à partir de l'analyse de l'évolution d'une portion de la surface d'étalement de celui-ci. 9.- Système de caractérisation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les caractéristiques de vitesse et d'amplitude comprennent des informations choisies dans le groupe comprenant au moins : - l'évolution du diamètre d'étalement en fonction du temps,- le diamètre final d'étalement, - le temps d'atteinte d'un diamètre d'étalement prédéterminé, - la vitesse d'évolution du diamètre d'étalement à un diamètre prédéterminé. 10.- Système de caractérisation (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le diamètre d'étalement prédéterminé est de 500 mm. 11.- Système de caractérisation (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le diamètre prédéterminé est de 420 mm.