Brevet FR3131380A1 — publié le 20230630

L’invention porte sur un procédé de détermination de la concentration et de l’orientation de fibres métalliques contenues dans une pièce en béton, comprenant des étapes consistant à (i) balayer tout ou partie de la surface de la pièce en béton à l’aide d’une première sonde ferromagnétique unidirectionnelle dont le champ magnétique est orienté dans la direction de son entraxe et d’une deuxième sonde ferromagnétique multidirectionnelle dont le champ magnétique est isotrope, et (ii) mesurer l’inductance en des points de mesure spécifiques relatifs à des positions déterminées des sondes au niveau de la surface balayée, l’étape de mesure comprenant une première série de mesures avec la sonde unidirectionnelle pour définir un tracé de mesure donné et une deuxième série de mesures d’inductance avec la sonde multidirectionnelle consistant à effectuer des points de mesure a sur le tracé de mesure de la sonde unidirectionnelle. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 3 PROCEDE DE DETERMINATION DE LA CONCENTRATION ET DE L’ORIENTATION DE FIBRES METALLIQUES CONTENUES DANS UNE PIECE EN BETON DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION L’invention concerne un procédé de détermination de la concentration et de l’orientation de fibres métalliques contenues dans une pièce en béton. Le procédé selon l’invention est destiné notammant pour l’estimation de la résistance en traction de pièces de bétons durcis fibrés métalliques. ETAT DE LA TECHNIQUE Les bétons courants sont des matériaux présentant des ruptures fragiles lors de sollicitations de traction (sans comportement plastique). L’ajout de fibres métalliques dans ces bétons en fait des matériaux notamment ductiles, c’est-a-dire des matériaux permettant une déformation plastique en dehors de la zone d’élasticite. Cependant, la reprise de l’effort par les fibres est dépendante, entre autres, du nombre de fibres présentes dans la(les) zone(s) de sollicitation, de leur orientation et des interactions mécaniques entre les fibres et la matrice cimentaire. Afin d’estimer le comportement en traction des bétons de fibres métalliques par une méthode non-destructive, il est donc nécessaire de déterminer la répartition en fibres métalliques au sein de celui-ci. Par répartition, on entend la concentration et l’orientation des fibres. Il existe aujourd’hui des méthodes permettant d’évaluer ces performances par des mesures non destructives en utilisant une sonde couplée à une bobine et à un appareil de mesure de l’inducance. Le principe repose sur des mesures d’inductance, la présence et la position des fibres modifient en effet le circuit magnétique de la sonde, provoquant une variation d’impédance. Les sondes utilisées sont communément des sondes en ferrite, de forme en U ou en C. On connait notamment de la demande de brevet EP3215840 un procédé et un dispositif d'évaluation de la distribution et de l'orientation de fibres ferromagnétiques et électriquement conductrices dans un matériau composite. Le principe consiste en une évaluation répétable de la densité des fibres ferromagnétiques et électriquement conductrices à l'emplacement mesuré, et une telle évaluation est effectuée dans une plage de diffusion garantie des données mesurées et à un taux de précision garanti. Un dispositif pour exécuter le procédé comprend un noyau ferromagnétique en forme de C, U ou E équipé d'au moins deux bobines électriques ménagée sur les deux bras du noyau ferromagnétique. Les bobines sont raccordées à un circuit électrique externe comprenant un générateur de tension électrique à fréquence réglable et un dispositif de mesure. Le procédé décrit est basé sur une première opération de balayage circulaire de la surface à testér avec la sonde (balayage sur 360°) : la position du noyau ferromagnétique est modifiée en le faisant tourner d'un angle de rotation le long de l'axe de l'un des bras du noyau ferromagnétique, et l'impédance complexe est mesurée et enregistrée ; un changement de position de l’angle de rotation du bras et un nouvel enregistrement de l'impédance complexe sont effectués. Il est procédé à un changement de position de l’angle de rotation jusqu'à ce que le bras ait tourné de 360°. Les mesures d’impédance relevées sont utilisés pour évaluer la densité massique des formations ferromagnétiques et/ou électriquement conductrices de l'échantillon de matériau composite. L'évaluation est réalisée à l'emplacement mesuré. Il est ensuite procédé à des opérations de décalage en translation. Le noyau ferromagnétique est décalé par rapport au point de mesure initial d'une distance dX et d'une distance dY et l’impédance. Il est ensuite procédé à un décalage de distances -dX, dY par rapport au point de mesure initial , à un décalage de distances dX, -dY par rapport au point de mesure initial, puis à un décalage de distances -dX, -dY par rapport au point de mesure initial, l'impédance étant mesurée à chacun des décalages. Les mesures d’impédances relevées sont alors utilisées pour calculer la valeur moyenne de la densité et du volume du composant surveillé.Le procédé de la demande de brevet EP3215840 présente cependant l’inconvénient d’être longue et fastidieuse à mettre en œuvre. La sonde utilisée étant uniquement unidirectionnelle, elle présente l’inconvénient d’être à la fois sensible à l’orientation des fibres et au dosage en fibres : il est alors très difficile d’interpréter un résultat. Le procédé de la demande de brevet EP3215840 fait intervenir en outre un générateur de tension et un analyseur d’impédance complexe rendant d’autant peu facile la mesure et son interprétation. L’invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un procédé permettant de déterminer rapidement, simplement et de manière précise et non destructive la concentration et de l’orientation de fibres métalliques contenues dans une pièce en béton et qui soit reproductible. L’invention a également pour objectif de proposer un procédé permettant la détermination de la concentration et de l’orientation de fibres métalliques contenues dans une pièce en béton, quelle que soit sa composition ou sa géométrie. Il s’agit ainsi de proposer un procédé adaptable à tout type de pièce en béton contenant des fibres métalliques et ferromagnétiques en terme de composition et de forme. OBJET DE L’INVENTION A cet effet, et selon un premier aspect, l’invention propose un procédé de détermination de la concentration et de l’orientation de fibres métalliques contenues dans une pièce en béton, caractérisé en ce qu’il comprend des étapes consistant à : - balayer tout ou partie de la surface de la pièce en béton à l’aide d’une premiere sonde ferromagnétique unidirectionnelle dont le champ magnétique est orienté dans la direction de son entraxe, en forme de C ou de U, chacun des bras de la sonde étant pourvu d’une bobine électromagnétique et d’une deuxième sonde ferromagnétique multidirectionnelle dont le champ magnétique est isotrope, en forme de I, pourvue d’une bobine électromagnétique, les bobines desdites sondes étant raccordées à un dispositif d’alimentation en courant et de mesure d’inductance, - mesurer l’inductance en des points de mesure spécifiques relatifs à des positions déterminées des sondes au niveau de la surface balayée et représentatifs de la concentration et/ou de l’orientation des fibres métalliques, l’étape de mesure d’inductance comprenant : une première série de mesures d’inductance avec la sonde ferromagnétique unidirectionnelle suivant des positions déterminées de ladite sonde pour définir un tracé de mesure donné, comprenant : une mesure suivant une position, dite position de référence, de la sonde au niveau de la surface de la pièce, au moins deux mesures suivant respectivement deux positions de la sonde perpendiculaires à la position de référence, au moins une mesure suivant une position de la sonde parallèle à la position de référence, au moins deux mesures suivant respectivement deux positions de la sonde, correspondant à des positions de la sonde à 45° par rapport à la position de référence et à 90 degrès entre elles, une deuxième série de mesures d’inductance avec la sonde ferromagnétique multidirectionnelle consistant à effectuer des points de mesure associés à des positions déterminées sur le tracé de mesure de la sonde unidirectionnelle, la concentration et l’orientation des fibres métalliques étant déterminées par corrélation des première et deuxième séries de mesures d’inductance. En combinant les mesures effectuées avec la sonde unidirectionnelle avec des mesures réalisées avec une sonde multidirectionnelle, les informations obtenues permettent de s’assurer de la présence d’un amas de fibres ou d’une orientation préférentielle. En effet la sonde unidirectionnelle (qui est impactée par la concentration mais aussi l’orientation des fibres) donne des valeurs d’inductance plus élevées lorsque la sonde unidirectionnelle est alignée avec les fibres ou si elle est située sur ou proche d’un amas de fibres. La sonde multidirectionnelle (qui est impactée seulement par la concentration locale en fibres) permet alors d’indiquer si une forte ou faible inductance locale est liée à une forte ou faible concentration locale en fibres ou à une orientation préférentielle locale. La mesure s’effectue avantageusement directement au contact de la pièce en béton à analyser. Elle permet de réaliser une carte des concentrations en fibres métalliques sur la pièce en béton et ainsi mettre en relief les zones fortement ou faiblement chargées en fibres. Le couplage des deux sondes permet d’avoir une information sur l’orientation et le dosage des fibres dans la zone analysée. La concentration locale en fibres pourra être par ailleurs déterminée au moyen d’un abaque n°1 établi pour le type de fibres contenu dans la pièce en béton. L’abaque n°1 sera nécessaire pour chaque type de fibre et sera déterminée au moyen d’essais préliminaires. Dans le cas où l’estimation de la résistance à la traction du béton fibré est souhaitée, un abaque n°2 sera nécessaire pour chaque formulation de béton fibré. L’abaque n°2 sera créé, entre autres, au moyen des informations suivantes : classe de résistance du béton, type de liants et dosage en liants, rapport eau efficace sur liant équivalent E eff /L eq , dosage en fibres et type de fibres, teneur en air du béton, natures des granulats, types de granulats. Pour la création de cet abaque n°2, des essais préliminaires de traction par flexion selon la norme NF EN 14651+A1 seront nécessairement réalisés. Avantageusement, les points de mesure de la deuxième série de mesures d’inductance correspondent à chacune des positions des bras de la sonde unidirectionnelle établies lors de la première série de mesures. Avantageusement, dans la première série de mesures d’inductance, la position de référence, les positions perpendiculaires à la position de référence et la position parallèle à la position de référence de la sonde unidirectionnelle sont telles que les points de mesure de ladite sonde définissent un tracé de mesure carré. Avantageusement, les positions de la sonde unidirectionnelle correspondant à des positions à 45° par rapport à la position de référence définissent les diagonales du tracé de mesure carré. Avantageusement, la première série de mesures d’inductance comportent deux mesures complémentaires correspondant à des positions additionnelles de la sonde unidirectionnelle définissant les médianes du tracé de mesure carré. Avantageusement, les positions additionnelles définissent avec les positions de la sonde unidirectionnelle à 45° par rapport à la position de référence un tracé de mesure définissant des segments de mesure délimités par les bras de la sonde unidirectionnelle, lesdits segments de mesure étant sécants entre eux en un point d’intersection commun. Avantageusement, la deuxième série de mesures d’inductance comporte un point de mesure additionnel correspondant au point d’intersection commun. Avantageusement, les première et deuxième séries de mesures d’inductance sont répétées en tout ou partie de la surface de la pièce. Avantageusement, la sonde unidirectionnelle utilisée pour effectuer la première série de mesures d’inductance est une sonde comprenant deux barreaux de ferrite formant les bras de la sonde, reliés entre eux par un ou une pluralité de barreaux de jonction aboutés entre eux. Le dispositif d’alimentation en courant et de mesure d’inductance est de préférence un dispositif exerçant la double fonction d’alimentation en courant et de mesure d’inductance. Il peut s’agir d’un inductancemètre ou d’un LCR mètre. Cela a pour avantage de faciliter les mesures et leur interprétation. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées et dans lesquelles : La représente une première sonde utilisée pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention ; La représente une deuxième sonde utilisée pour mettre en œuvre le procédé ; La représente un exemple de tracé de mesure effectué avec la première sonde illustrée sur la ; La représente les points de mesure effectués avec la deuxième sonde illustrée sur la ; La représente un graphique montrant les inductances relevées selon le tracé de la et les points de mesure de la d’une plaque de béton fibré sans orientation préférentielle des fibres ; La représente un graphique montrant les inductances relevées selon le tracé de la et les points de mesure de la d’une plaque de béton fibré avec une concentration homogène et la présence d’une orientation préférentielle des fibres ; La représente un graphique montrant les inductances relevées selon le tracé de la et les points de mesure de la d’une plaque de béton fibré avec la présence d’amas de fibres et d’une zone moins concentrée en fibres ; La représente un autre exemple de tracé de mesure effectué avec la première sonde illustrée sur la ; La représente un autre exemple de tracé de mesure effectué avec la première sonde illustrée sur la . Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures. Procédé de détermination de la concentration et de l’orientation de fibres métalliques contenues dans une pièce en béton, caractérisé en ce qu’il comprend des étapes consistant à : - balayer tout ou partie de la surface de la pièce en béton à l’aide d’une première sonde ferromagnétique unidirectionnelle (1) dont le champ magnétique est orienté dans la direction de son entraxe, en forme de C ou de U, chacun des bras (10, 12) de la sonde étant pourvu d’une bobine électromagnétique et d’une deuxième sonde ferromagnétique multidirectionnelle (2) dont le champ magnétique est isotrope, en forme de I, pourvue d’une bobine électromagnétique, les bobines desdites sondes étant raccordées à un dispositif d’alimentation en courant et de mesure d’inductance - mesurer l’inductance en des points de mesure spécifiques relatifs à des positions déterminées des sondes au niveau de la surface balayée et représentatifs de la concentration et/ou de l’orientation des fibres métalliques, chaque mesure correspondant à une position donnée desdites sondes, l’étape de mesure d’inductance comprenant : une première série de mesures d’inductance avec la sonde ferromagnétique unidirectionnelle (1) suivant des positions déterminées de ladite sonde pour définir un tracé de mesure donné, comprenant : une mesure suivant une position, dite position de référence, de la sonde au niveau de la surface de la pièce, au moins deux mesures suivant respectivement deux positions de la sonde perpendiculaires à la position de référence, au moins une mesure suivant une position de la sonde parallèle à la position de référence, au moins deux mesures suivant respectivement deux positions de la sonde, correspondant à des positions de la sonde à 45° par rapport à la position de référence et à 90 degrès entre elles, une deuxième série de mesures d’inductance avec la sonde ferromagnétique multidirectionnelle (2) consistant à effectuer des points de mesure associés à des positions déterminées sur le tracé de mesure de la sonde unidirectionnelle (1), la concentration et l’orientation des fibres métalliques étant déterminées par corrélation des première et deuxième séries de mesures d’inductance. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les points de mesure de la deuxième série de mesures d’inductance correspondent à chacune des positions des bras (10, 12) de la sonde unidirectionnelle (1) établies lors de la première série de mesures. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que dans la première série de mesures d’inductance, la position de référence, les positions perpendiculaires à la position de référence et la position parallèle à la position de référence de la sonde unidirectionnelle (1) sont telles que les points de mesure de ladite sonde définissent un tracé de mesure carré. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les positions de la sonde unidirectionnelle (1) correspondant à des positions à 45° par rapport à la position de référence définissent les diagonales du tracé de mesure carré. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que la première série de mesures d’inductance comportent deux mesures complémentaires correspondant à des positions additionnelles de la sonde unidirectionnelle (1) définissant les médianes du tracé de mesure carré. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les positions additionnelles définissent avec les positions de la sonde unidirectionnelle (1) à 45° par rapport à la position de référence un tracé de mesure définissant des segments de mesure délimités par les bras (10, 12) de la sonde unidirectionnelle (1), lesdits segments de mesure étant sécants entre eux en un point d’intersection commun. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième série de mesures d’inductance comporte un point de mesure additionnel correspondant au point d’intersection commun. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et deuxième séries de mesures d’inductance sont répétées en tout ou partie de la surface de la pièce. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sonde unidirectionnelle (1) utilisée pour effectuer la première série de mesures d’inductance est une sonde comprenant deux barreaux de ferrite formant les bras (10, 12) de la sonde, reliés entre eux par un ou une pluralité de barreaux de jonction (11) aboutés entre eux. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d’alimentation en courant et de mesure d’inductance comprend un inductancemètre ou un LCR mètre.