Brevet FR3080864A1 — publié le 20191108

PRODUIT GEOTEXTILE OU DE CONSTRUCTION DE RENFORT INSTRUMENTE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un produit géotextile composite intégrant au moins une grille de renfort obtenue par tricotage, et destiné d'une part, à renforcer une strate de bitume ou de béton, et d'autre part à intégrer des capteurs destinés à la transmission d'informations provenant, d'une part de l'état d'une chaussée routière et du trafic routier ou ferroviaire correspondant, ou de l'état et de la nature du vieillissement d'une chaussée routière ou ferroviaire ou d'une structure réalisée en béton. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE L'entretien des chaussées ou des voies ferroviaires, pose depuis longtemps problème, en raison des coûts associés, outre de l'interruption souvent nécessaire du trafic qu'engendre leur réhabilitation. Ce faisant, dans un souci préventif, il est connu d'intégrer, dans ces voies de circulation, des éléments de renfort, aptes à diminuer les effets inhérents aux conditions climatiques d'une part, et du trafic d'autre part. On a par exemple décrit dans le document EP 2 035 626, un produit géotextile constitué d'une grille de renfort, associé à une couche en textile ajouré, permettant d'optimiser la résistance mécanique et la cohésion des chaussées ou voies ferroviaires. Si incontestablement, la structure géosynthétique ainsi décrite permet d'optimiser la durée dans le temps des chaussées et/ou des voies de chemin de fer ainsi munies d'une telle grille de renfort, les professionnels souhaitent disposer de davantage de renseignements en termes de prédiction sur l'usure de telles voies de circulation et, de manière plus générale, sur le vieillissement des couches de matériau intégrant un liant hydraulique (béton : chaussées rigides), ou bitumineux (chaussées souples ou semi- rigides). A cet effet, il est connu, par exemple du document FR 2 844 874, une structure géosynthétique intégrant une pluralité de fibres optiques comportant des réseaux de Bragg selon une répartition bien déterminée, afin de permettre de localiser les déformations locales de la structure de la couche ou multicouche dans laquelle est intégré une telle structure géosynthétique. Si l'intégration de fibres optiques ainsi 2 instrumentées dans un géosynthétique a permis d'améliorer la détection par rapport à la mise en oeuvre de jauges standard de contrainte, l'expérience démontre cependant qu'en raison de la mise en oeuvre d'un non tissé comme structure de base, typiquement d'un grammage voisin de 290 g/m2, présentant une épaisseur de l'ordre de 4 mm et, 5 s'agissant des chaussées, il nécessite une saturation en bitume, typiquement d'une quantité de 1700 g/m2, afin d'être correctement intégré dans la couche composite constitutive de la chaussée et assurer une bonne cohésion des différents éléments entrant dans sa constitution. Or un surdosage en bitume crée une épaisseur non négligeable d'interface, typiquement voisine de 5 mm, alors même que les modèles 10 mécaniques actuels pour le dimensionnement des chaussées considèrent des interfaces collées ou non d'épaisseur théoriquement nulle. Ainsi donc, lors de la mise en oeuvre d'une interface significativement plus épaisse que la normale, lesdites interfaces constituent une nouvelle couche qui va se déformer d'autant plus que le module du non tissé est faible. Le liant utilisé dans la couche d'accrochage étant typiquement 200 fois 15 plus déformable qu'un enrobé bitumineux, les déformations de cette couche d'interfaces deviennent beaucoup plus importantes que celles des couches qu'elles sont censées mesurer, affectant dès lors de manière importante la pertinence des mesures. Par ailleurs, une autre difficulté réside dans le mode de solidarisation des fibres 20 optiques à la couche géosynthétique, afin de s'assurer d'un positionnement constant desdites fibres optiques dans la voie de circulation définitive réalisée ou dans la structure en béton, afin de permettre l'interprétation fiable des mesures effectuées. Se pose également la problématique des coûts de réalisation de telles structures 25 géosynthétiques, élément non négligeable dans le cadre de la réalisation et de la réfection des chaussées ou des voies ferroviaires. Cette notion de solidarisation des fibres optiques à une structure textile est importante. En effet, si l'emploi de fibres optiques pour mesurer des déformations dans les 30 chaussées existe, il se heurte à la difficulté résidant dans la solidarisation des capteurs à base de fibres actuelles sans textile à une structure bitumineuse. Ainsi, les systèmes de pesage sous trafic (mieux connus sous l'expression anglo-saxonne « weigh-in-motion » - WIM) à base de fibres optiques, nécessitent la création de tranchées, puis le remplissage progressif de ces dernières avec des matériaux spécifiques pour 35 positionner le capteur sensiblement en leur milieu. Cela nécessite donc une intervention lourde et coûteuse consécutive à la construction pour réaliser la pose. 3 Par ailleurs, l'emploi de fibres optiques à signal de type Rayleigh, posées directement dans l'enrobé a été réalisé par l'IFSTTAR. Cependant, on a pu montrer que le couplage avec l'enrobé (bitume) n'est pas satisfaisant au regard de la faible qualité des signaux. 5 En d'autres termes, les structures intégrant des fibres optiques à fonction de capteurs, utilisées à ce jour, ne sont pas satisfaisantes, soit en raison des surcoûts générés pour leur mise en oeuvre, soit en raison de la faible qualité des signaux qu'elles génèrent, insuffisante pour les concepteurs de telles voies de circulation ou les réalisateurs de 10 structures de génie civil, ou engendrent un surcoût incompatible avec la destination finale de ces ouvrages. EXPOSE DE L'INVENTION 15 L'invention a pour objectif de surmonter ces différents inconvénients. A cet effet, elle vise un produit géotextile ou de construction composite, destiné à renforcer une couche de matériau intégrant un liant hydraulique (béton) ou bitumineux, comprenant au moins une grille de renfort tricotée obtenue par la technologie à maille 20 jetée chaîne ou Rachel, et constituée de fils mécaniquement résistant selon les directions production et/ou travers. Selon l'invention, ce produit géotextile ou de construction intègre en outre une ou plusieurs fibres optiques insérées en sens production et/ou en sens travers, solidaires de 25 la grille de renfort au moyen des fils de liage résultant du tricotage de la grille. En d'autres termes, selon un premier aspect de l'invention, celle-ci vise une grille alliant à la fois renfort mécanique en sens production et/ou sens travers, et intégration en son sein d'une ou de plusieurs fibres optiques munies de capteurs, et dont la 30 solidarisation à ladite grille est réalisée directement sur métier à tricoter chaîne ou Rachel, permettant, d'une part de disposer d'un produit géotextile économique à réaliser puisque réalisé en une seule opération, et dans lequel lesdites fibres optiques sont correctement positionnées en vue des fonctions de capteurs qui leur sont dévolues. 35 4 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les fibres optiques peuvent en outre être orientées selon un angle spécifique par rapport au sens production ou au sens travers, cette orientation résultant de l'armure mise en place au sein du métier à tricoter. 5 Comme déjà dit, la ou les fibres optiques intègrent des capteurs de technologie Bragg, ou mettent en oeuvre les technologies Brillouin ou Rayleigh. Ce faisant, en fonction de la nature de l'information souhaitée, et notamment la déformation de la structure, la charge à laquelle est soumise la structure, la température, l'homme du métier choisira 10 le type de capteurs ou la technologie le/la plus approprié(e). Ainsi donc, la grille de l'invention ainsi instrumentée de par l'intégration de fibres optiques munies de capteurs ad hoc, permet de disposer d'un géotextile qui, outre sa fonction de renforcement mécanique de la couche d'enrobé bitumineux ou de la strate 15 en matériau traité aux liants hydrauliques, a également pour objectif de permettre la mesure de paramètres tels que la température de cette couche, le poids des charges qui la sollicitent, les déformations qui l'affectent, et, également, s'agissant des voies de circulation, de détecter en particulier les signaux de passage des véhicules. Ce faisant, le produit géotextile de l'invention peut avantageusement être mis en oeuvre dans les 20 systèmes de pesage sous trafic (WIM) et, par exemple, de détecter des véhicules en surcharge sur une route. Ainsi donc, la disposition du produit géotextile de l'invention au sein de la structure, et notamment d'une chaussée, d'une voie ferrée ou d'un ouvrage de génie civil, ainsi que 25 le type de capteurs, sont déterminés de manière précise afin que la grille entrant dans sa constitution travaille en traction/compression et sollicite les capteurs en question pour qu'ils génèrent des signaux exploitables et en parfaite relation avec les déformations ou charges appliquées en surface, notamment d'une chaussée. 30 Comme déjà précisé, la technologie à maille jetée mise en oeuvre par l'invention permet l'intégration directe en production des fibres optiques au sein de la grille, ce qui autorise une excellente solidarisation de la ou des fibres optiques, support des capteurs à ladite grille géotextile. 35 5 Ce faisant, toute sollicitation du matériau dans l'ouvrage est retransmise à la ou aux fibres optiques et donc aux capteurs, laquelle permet l'exploitation informatique et une lecture transposable d'informations pour mesurer les efforts, les passages de charges, du trafic ou toutes autres informations utiles pour la maintenance des voies de 5 circulation ou la gestion autoroutière, aéroportuaire ou ferroviaire, ou de génie civil. Ainsi donc, le produit géotextile de l'invention est obtenu en une seule étape sur un métier à tricoter chaine ou Rachel, permettant de réduire de manière drastique les coûts associés de production. 10 L'utilisation d'un logiciel de dimensionnement de chaussées, tel que par exemple commercialisés ou disponibles gracieusement auprès respectivement de ITECH-SOFT, Shell, Washington State Department of Transportation/University of Washington, ou Auburn University, sous les dénominations Alizé-LCPC, Bisar, Everstress, ou Weslea, 15 génère des calculs numériques permettant de relier directement les signaux obtenus au niveau du géotextile à la sollicitation de surface, connaissant les paramètres résultant des épaisseurs et propriétés mécaniques de chacune des couches composant la structure et la position du géotextile au sein de la structure. 20 Selon une caractéristique de l'invention, on associe à la grille précitée un support léger de type « fleeze », voile ou un non-tissé de faible grammage, typiquement compris entre 8 g/m2 et 90 g/m2, voire un film ou toute autre membrane compatible avec les matériaux qui constituent la chaussée, destiné à assurer une remontée capillaire de l'émulsion de collage (bitumineuse) au sein de la structure textile, garantissant une 25 solidarisation correcte du produit géotextile de l'invention à la couche sur laquelle il est posé, une fois l'émulsion de collage rompue, tout en limitant la quantité d'émulsion nécessaire à son bon collage. Par rupture de l'émulsion bitumineuse, on entend dans le domaine considéré le phénomène physique analogue à la prise d'une peinture à l'eau ; c'est cette rupture qui aboutit à la solidification de la couche bitumineuse, 30 essentiellement en raison de l'évaporation de l'eau qu'elle contient. Ce faisant, les fibres optiques munies du ou des capteurs de l'invention fonctionnent correctement dans la mesure où elles s'intègrent de manière peu intrusive dans la structure. Ce support léger est associé par les fils de liage à la grille lors de la réalisation de cette 35 dernière sur le métier à tricoter chaine ou Rachel, et ne nécessite donc pas d'étape supplémentaire pour la production du produit fini. 6 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la résistance mécanique des fils ou câblés constitutifs de la grille de renfort est comprise entre 1 et 600 kN en sens production et/ou en sens travers, selon l'effet de renforcement ou d'anti-fissuration recherché. Avantageusement, les fils ou câblés constitutifs de la grille de renfort sont réalisés en un matériau choisi dans le groupe comprenant le polyester, les fibres minérales (verre, carbone ou basalte), l'aramide, le polyamide, le polypropylène et le polyvinyle acétate (PVA). Selon l'invention, les fils de liage sont réalisés en un matériau choisi dans le groupe comprenant le polyester, l'aramide, le polyamide, le polypropylène, et le polyvinyle acétate (PVA). 15 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La manière dont l'invention peut être réalisée, et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. 20 La figure 1 est une représentation schématique vue du dessus d'un produit géotextile conforme à l'invention. Le figure 2 est une vue en section transversale du produit géotextile de la figure 1. Les figures 3 et 4 sont des variantes de la forme de réalisation de la figure 1. 25 La figure 5 est une représentation schématique en section d'une chaussée mettant en oeuvre le produit géotextile de l'invention. La figure 6 illustre schématiquement l'action d'une charge induite par le passage d'un véhicule sur une couche de roulement renforcée au moyen de la grille géotextile de l'invention. 30 La figure 7 représente le schéma de principe mettant en oeuvre la technologie des capteurs de Bragg. La figure 8 est un graphe illustrant le signal obtenu au moyen du produit géosynthétique de l'invention intégré dans une chaussée, en suite du passage d'un camion sur ladite chaussée. 5 10 35 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION On a donc représenté au sein de la figure 1, une grille géotextile conforme à deux formes de réalisation de l'invention, respectivement une forme perfectionnée en haut à 5 gauche de la figure, et la forme de base en bas à droite. Fondamentalement, la grille proprement dite est constituée, dans l'exemple décrit, de fils de renfort sens production (102) et sens travers (103), les fils de renfort (102) et (103) étant liés entre eux au moyen de fils de liage (105), et ce, consécutivement à un 10 tricotage sur métier Rachel. Ces fils de renfort (102) et (103) présentent une résistance mécanique élevée, notamment en traction, susceptible d'atteindre 600 kN. A cet effet, ils sont réalisés en un matériau connu pour présenter de telles caractéristiques de résistance mécanique, et typiquement en polyester, en fibres minérales notamment verre ou basalte, en fibres d'aramide, de polyamide, de polypropylène encore de 15 polyvinyle acétate. En outre, on a représenté sur la figure 1 et sur la figure 2 qui est une vue en section transversale de la figure 1, une fibre optique (104), solidarisée par les fils de liage (105) à l'un des fils de renfort orienté sens production (102). L'ensemble constitué par 20 la grille et la ou les fibres optiques est réalisé par tricotage sur un métier mettant en oeuvre la technologie à maille jetée typiquement un métier chaine ou Rachel. En d'autres termes, la ou les fibres optiques munies de leurs capteurs sont intégrées dans la structure textile dès le tricotage de cette dernière sur le métier. 25 L'intégralité du produit géotextile est donc susceptible d'être réalisée directement sur le métier à tricoter, permettant d'une part, en raison de la technologie mise en oeuvre, d'assurer la solidarisation recherchée de la ou des fibres optiques aux fils de renfort sens production (figure 1) ou sens travers (figure 3) ; il est même possible, tel que représenté en figure 4, en mettant en oeuvre une machine de type multiaxiale, de 30 disposer les fils de renfort en sens trame selon un angle déterminé par rapport aux fils orientés sens production, orientation susceptible de varier entre 0 et 90°, et en passant par des intermédiaires notamment 45°, et corollairement, tel qu'illustré sur la figure, d'orienter également la ou les fibres optiques (104) selon le même angle. 7 35 8 Cette disposition particulière, irréalisable avec les techniques de l'art antérieur, permet l'installation du produit géotextile de l'invention sur une chaussée avec positionnement des fibres optiques selon un angle choisi par rapport à l'axe de circulation, et ainsi de créer des possibilités de détection différentes, plus sensibles ou plus pertinentes. 5 On a représenté dans la partie supérieure gauche de la figure 1, et au demeurant en section dans la figure 2, un mode de réalisation préféré de l'invention. Dans celui-ci, on associe au géotextile de l'invention un voile ou « fleeze » (106). Ainsi que précisé précédemment, ce voile (106) a pour objectif de favoriser l'accroche du produit 10 géotextile dans la structure plus complexe constitutive de la chaussée, destinée à optimiser la solidarisation dudit produit géotextile avec la couche d'émulsion d'accrochage typiquement réalisée en bitume, de telle sorte à diminuer la quantité de bitume nécessaire pour assurer la cohésion de l'ensemble et ainsi favoriser la qualité des signaux obtenus par les fibres optiques, et corollairement leur interprétation. 15 Ainsi donc, selon cette version avantageuse de l'invention, on associe un support léger de faible épaisseur à la grille, solidarisé à celle-ci au moyen des fils de liage et caractéristique de cette couche. La figure 5 représente une vue en section d'une voie de circulation dans laquelle a été 20 disposée le produit géotextile de l'invention. On y distingue les couches de base ou de fondation (110), par exemple réalisées à base de matériau granulaire, surmonté d'une couche liée inférieure (111), réalisée en grave-bitume par exemple, d'une épaisseur typique de l'ordre de 12 centimètres. De manière 25 connue dans le domaine technique considéré, la grave-bitume est un enrobé pour couche de base défini dans la norme NF EN 13108-1 sur les enrobés bitumineux sous les dénominations EB14 Assise ou EB20 Assise. La couche liée inférieure (111) est alors enduite d'une couche d'accrochage (117) 30 réalisée en bitume pur ou additivé, et destinée à servir de liant, sur laquelle est positionnée le produit géotextile de l'invention, comprenant la grille de renfort (102, 103), typiquement réalisée à base de fibres de verre, associée à des fibres optiques (104) et éventuellement à un voile polyester. 35 9 Une fois la rupture obtenue (résultant de l'évaporation de l'eau contenue dans les couches d'accrochage), on répand une couche de roulement (112), par exemple réalisée en BBSG (béton bitumineux semi-grenu) d'une épaisseur comprise entre 5 et 10 centimètres. Le BBSG est un enrobé pour couche de roulement défini dans la norme 5 NF EN 13108-1 sur les Enrobés Bitumineux sous les dénominations EB10 Roulement ou EB14 Roulement. Afin d'aboutir au résultat recherché, à savoir la réalisation de mesures fiables, par exemple de la charge exercée sur la chaussée ainsi constituée, ou du nombre de 10 véhicules circulant sur ladite chaussée, la ou les fibres optiques doivent être positionnées en dessous de l'axe neutre de l'ensemble des couches bitumineuses ainsi constitué, afin de pouvoir se déformer en extension lorsque ledit ensemble est sollicité (sous l'action d'une charge), et ainsi générer et envoyer un signal exploitable. 15 La figure 6 illustre schématiquement le résultat d'une charge (114) induite par le passage d'un véhicule (113) sur une couche de roulement renforcée et instrumentée, tel qu'illustré à la figure 5. On observe ainsi que la charge entraîne une déformation détectée par la fibre optique équipée de capteurs, engendrant un signal exploitable. 20 La figure 7 illustre la mise en oeuvre de fibres optiques intégrant des capteurs (115) à technologie de Bragg. Figure schématiquement un boîtier d'analyse (116), auquel est reliée la fibre optique (104) munie de plusieurs capteurs de Bragg, ledit boitier délivrant un signal exploitable, apte à indiquer la déformation subie par la chaussée intégrant une telle fibre optique, outre la température au sein de la chaussée. De 25 manière connue, les capteurs à réseau de Bragg sont réalisés par exposition de la fibre optique qui les contient à un rayonnement UV. Il en résulte une zone de miroirs, qui va réfléchir la lumière incidente en renvoyer un rayonnement avec une longueur d'onde particulière. 30 Ainsi, en fonction de la déformation subie par la fibre optique associée au produit géosynthétique de l'invention, en traction ou en compression, ou de la température du milieu dans lequel elle est noyée, la longueur d'onde réfléchie par le capteur de Bragg est différente de quelques nanomètres de la longueur d'onde incidente. 35 10 Comme indiqué supra, les mesures peuvent mettre en oeuvre la technologie Brillouin. Dans ce cas, la ou les fibres optiques sont dépourvues de capteur. La mesure (réflectométrie) est réalisée tout au long de ladite fibre optique. Cette technologie permet également de mesurer la température du milieu dans lequel est noyée la fibre 5 optique, mais également les déformations de ladite fibre. La technologie Rayleigh peut également être mise en oeuvre dans le cadre de l'invention. Tout comme pour la technologie Brillouin, la fibre optique est également dépourvue de capteurs proprement dits. Ce sont les imperfections intrinsèques 10 inhérentes au matériau constitutif de la fibre optique qui jouent le rôle de capteurs, et qui permettent d'identifier la déformation de la chaussée et la température au sein de ladite chaussée. Selon un exemple de réalisation de l'invention, le produit géosynthétique de 15 renforcement combine une géogrille de verre de résistance de 100kN/m mètre et un voile polyester de 17 g/m2. Une fibre optique à réseaux de Bragg est ajoutée pendant la fabrication du textile dans le sens longitudinal (ou sens production). Ce géosynthétique est positionné dans une structure routière constituée d'une couche de fondation de 30 centimètres d'épaisseur de matériau granulaire sur plateforme de classe PF1 (selon la 20 norme NF P 98-086), d'une couche de base en grave-bitume (GB) de 12 centimètres d'épaisseur, et d'une couche de roulement en béton bitumineux semi-grenu (BBSG) de 6 centimètres d'épaisseur. Le produit géosynthétique de l'invention est positionné entre la couche en grave-bitume et la couche en béton bitumineux semi-grenu, dans une couche d'accrochage dosée à 600 g/m2 de liant résiduel. 25 Le signal obtenu lors du passage d'un camion chargé est reproduit sur la figure 8, illustrant la déformation (exprimée en microdef : 1 pdef = 0,0001%) d'une fibre optique intégrée dans le produit géosynthétique de l'invention, exprimée en micromètres (à confirmer) en fonction du temps. 30 On observe de manière très distincte le passage des deux essieux, respectivement avant et arrière du camion, et donc, REVENDICATIONS1. Produit géotextile ou de construction composite, destiné à renforcer une couche de matériau intégrant un liant hydraulique (béton) ou bitumineux, comprenant au moins une grille de renfort (102, 103) tricotée obtenue par la technologie à maille jetée chaîne ou Rachel, et constituée de fils ou câblés mécaniquement résistant selon les directions production et/ou travers, caractérisé en ce que le produit géotextile ou de construction intègre en outre une ou plusieurs fibres optiques (104) insérées en sens production et/ou en sens travers, lesdites fibres optiques étant solidaires de la grille de renfort au moyen des fils de liage (105) résultant du tricotage de la grille. 2. Produit géotextile ou de construction composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les fibres optiques intègrent des capteurs de Bragg. 3. Produit géotextile ou de construction composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les fibres optiques mettent en oeuvre la technologie de Brillouin ou de Rayleigh. 4. Produit géotextile ou de construction composite selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ou les fibres optiques est/sont en outre orientées selon un angle spécifique par rapport au sens production ou au sens travers, cette orientation résultant de l'armure mise en place au sein du métier à tricoter. 5. Produit géotextile ou de construction composite selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un support léger (106) de type «fleeze », voile de faible grammage ou non-tissé de faible grammage est associé par les fils de liage à la grille (102, 103). 6. Produit géotextile ou de construction composite selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la résistance mécanique des fils ou câblés (102, 103) constitutifs de la grille de renfort est comprise entre 1 et 600 lc.N en sens production et/ou en sens travers. 12 7. Produit géotextile ou de construction composite selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les fils ou câblés (102, 103) constitutifs de la grille de renfort sont réalisés en un matériau choisi dans le groupe comprenant le polyester, les fibres minérales (verre, carbone ou basalte), l'aramide, le 5 polyamide, le polypropylène et le polyvinyle acétate (PVA). 8. Produit géotextile ou de construction composite selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les fils de liage (105) sont réalisés en un matériau choisi dans le groupe comprenant le polyester, l'aramide, le polyamide, le 10 polypropylène, et le polyvinyle acétate (PVA). 9. Produit géotextile ou de construction composite selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est réalisé en une seule étape sur un métier à tricoter chaine ou Rachel. 15