Brevet FR3155300A1 — publié le 20250516

L'invention concerne un procédé mis en œuvre par ordinateur de calcul de paramètres physiques d’une chaussée à partir de mesures de déflexion, le procédé comprenant : (S10) la partition des mesures de déflexion en différents groupes de mesures en fonction des valeurs des mesures ; et (S20) pour chaque groupe de mesures, le calcul de paramètres physiques de la chaussée, ledit calcul comprenant (S21) la définition d’une mesure de référence du groupe de mesures ; (S23) le calcul, à partir de la mesure de référence, d’une solution de référence pour le paramètre physique ; et (S25) le calcul, à partir de la solution de référence, de solutions similaires pour toutes les mesures du groupe. L’invention concerne également un système mettant en œuvre un procédé de calcul de paramètres physique d’une chaussée à partir de mesures de déflexion. Figure pour l’abrégé: Fig. 1 Procédé de calcul de paramètres physiques d’une chaussée à partir de mesures de déflexion Arrière-plan de l'invention Le présent exposé concerne un procédé de calcul de paramètres physiques d’une chaussée en fonction de mesures de déflexion. Les chaussées routières sont des structures multicouches qui sont sollicitées mécaniquement par le trafic routier. Le dimensionnement des chaussées pour résister à ces sollicitations s’effectue généralement par un calcul mécanique prenant en compte les épaisseurs des couches et les propriétés des matériaux (par exemple le module d’Young et le coefficient de Poisson). Afin d’entretenir les chaussées, un diagnostic de ces propriétés est nécessaire pour estimer la solution d’entretien optimale. Ce diagnostic structurel est généralement effectué en exploitant un ensemble de mesures de déflexion réalisées en différents points d’une chaussée selon un itinéraire routier. Les mesures de déflexion sont utilisées en particulier pour déterminer les modules d’Young des différentes couches constituant la chaussée. On s’intéresse ici à un procédé de calcul original permettant d’obtenir des résultats homogènes pour un ensemble homogène de mesures. Généralement lors d’une étude de dimensionnement d’une chaussée, des mesures de déflexion sont réalisées le long d’un itinéraire de plusieurs centaines de kilomètres avec un espacement relativement faible, par exemple environ 100 m, ce qui implique de traiter un très grand nombre de mesures. Les méthodes actuelles de calcul de paramètres physiques à partir de mesures de déflexion effectuent un calcul du paramètre physique voulu pour chaque mesure de déflexion, ce qui les rend donc particulièrement lentes et peu pratiques. De plus, plusieurs solutions admissibles pour les paramètres physiques sont en général proposées à l’opérateur pour lui permettre de prendre en compte des paramètres supplémentaires, ce qui nécessite plusieurs calculs par mesures de déflexion et ralentit donc encore le processus de dimensionnement de la chaussée tout en réduisant la praticité du calcul lorsque de grands volumes de mesures de déflexion sont à traiter. Des solutions ont été proposées afin de réduire ce problème de complexité du traitement de grand nombre de données. Par exemple, il a été proposé de grouper les mesures de déflexion acquises en différents points de la chaussée selon leur appartenance à des zones spécifiques de la chaussée, voir [REF 1]. Toutefois, ceci limite les regroupements à des mesures acquises en des points successifs de la chaussée. Il existe donc un besoin de répondre aux limites des solutions existantes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées, sur lesquelles : FIG. 1 est une illustration schématique des étapes du présent procédé, selon certains modes de réalisation ; FIG. 2 est un diagramme de blocs fonctionnels illustrant le fonctionnement du présent procédé selon certains modes de réalisation. Description détaillée de l’invention La FIG. 1 représente de façon schématique des étapes du présent procédé de calcul de paramètres physiques à partir de mesures de déflexion. La FIG. 1 montre que, dans certains exemples, le présent procédé comprend les étapes suivantes : S10 : Partition des mesures de déflexion en différents groupes de mesure en fonction des valeurs des mesures ; S20 : Calcul de paramètres physiques pour chaque groupe de mesures. L’étape S20 comprend en particulier les étapes suivantes : S21 : Définition d’une mesure de référence du groupe de mesures ; S23 : Calcul, à partir de la mesure de référence, d’une solution de référence pour le paramètre physique ; S25 : Calcul, à partir de la solution de référence, de paramètres physiques solutions pour toutes les mesures du groupe. La FIG. 2 représente des exemples de fonctionnement du présent procédé. Un ou plusieurs paramètres physiques, définis comme les solutions 109, sont donc déterminés à partir d’un ensemble de mesures de déflexion 101 d’une chaussée. Plutôt que d’effectuer un calcul du (ou des) paramètre(s) physique(s) à partir de chaque mesure de déflexion (rétro-calcul), comme cela est généralement le cas dans l’état de l’art, le présent procédé propose d’effectuer au préalable une partition de l’ensemble de mesures 101 en différents groupes de mesures 103 en fonction des valeurs des mesures de déflexion. Ensuite, les solutions 109 sont calculées pour chaque groupe de mesures 103 en n’effectuant un seul rétro-calcul par groupe de mesures 103. Selon certains exemples, des mesures de référence 105 sont définis pour chaque groupe de mesures 103. Puis des solutions de référence 107 sont calculées (rétro-calcul) pour chaque mesure de référence 105. Ensuite, pour chaque groupe de mesures 103, les solutions 109 correspondant à toutes les valeurs de mesures du groupe sont calculées à partir des solutions de référence 107. Dans la première étape S10 du procédé, un ensemble 101 de mesures de déflexion est décomposé (partitionné) en différents groupes 103 de mesures en fonction des valeurs de mesures. Différentes variantes sont possibles pour réaliser cette étape. Dans un exemple spécifique, les mesures de déflexion sont des mesures obtenues par déflectomètre à masse tombante. Le déflectomètre à masse tombante est généralement composé d’un capteur de force et d’une pluralité de géophones situés à des distances fixes d’une masse appuyant sur la chaussée. Chaque géophone permet l’acquisition d’une mesure de déflexion, ainsi l’ensemble de plusieurs géophones d’un déflectomètre permet l’acquisition d’une pluralité de mesures formant un vecteur de déflexion, communément appelé « bassin de déflexion ». Les mesures de déflexion sont effectuées le long d’un itinéraire selon une succession de point de mesures sur l’itinéraire. Il est possible d’effectuer une seule mesure de déflexion par point sur l’itinéraire ou bien de répéter plusieurs fois la mesure en un même point. Lorsque les mesures sont répétées en un même point, chaque mesure en ce point est généralement considérée comme indépendante des autres. Dans certains exemples, une étape de normalisation est effectuée pour normaliser la mesure et s’assurer que des variations de force appliquée n’affectent pas la précision de la mesure. Dans ce cas, la force moyenne (sur tous les points de mesure) appliquée est calculée, puis le rapport des forces de déflexion est déterminé, par exemple selon l’expression suivante : . Dans l’expression précédente; est la force appliquée lors de la mesure d’indice « j » ; est le vecteur des mesures du géophone (communément appelé « vecteur de déflexion »); et est la force moyenne appliquée. Dans certains exemples, l’étape S10 de décomposition vise à séparer l’ensemble 101 des mesures de déflexion {M} en différents groupes 103 (sous-ensemble) de mesures {M_i} de telle sorte que l’écart entre deux mesures d’un même sous ensemble {M_i} reste inférieur à une limite fixée par l’ingénieur routier et généralement légèrement supérieure à l’incertitude de mesure de l’appareil utilisée pour acquérir les mesures de déflexion sur lesquelles le présent procédé est utilisé. Dans un exemple spécifique, on vise à obtenir un nombre donné, n , de groupes. Pour cela, on va décomposer la population des mesures de déflexion en n gaussiennes caractérisées par une valeur centrale (par exemple la moyenne) et une largeur (par exemple liée à écart-type). Afin d’obtenir une décomposition satisfaisante, l’espérance mathématiques d’appartenance à l’ensemble des gaussiennes est maximisé. En particulier, dans certains modes de réalisation, le processus est initialisé en choisissant deux valeurs centrales pour les gaussiennes (par exemple deux valeurs proche de la valeur minimale parmi toutes les valeurs de l’ensemble 101). On calcule ensuite l’espérance mathématique d’appartenance aux deux gaussiennes pour chaque mesure de l’ensemble 101 en fonction de la valeur de la mesure. On fait ensuite varier les centres et les largeurs des gaussiennes pour calculer de nouvelles probabilité d’appartenance (au milieu). La décomposition retenue est celle qui maximise la probabilité d’appartenance aux deux gaussiennes de l’ensemble des points (en bas). Une fois la décomposition des mesures en différents groupes 103 obtenue, il est possible de vérifier que les gaussiennes définissant les groupes 103 ont des variances proches des performances métrologiques de l’appareil utilisé pour acquérir les mesures. Il est donc avantageusement possible de vérifier que la décomposition est correcte. Dans le cas contraire, il est possible de retirer une information indiquant que le nombre de groupes n’est pas adapté à l’ensemble 101 de mesures auquel est appliqué le présent procédé. Par exemple, lors de l’utilisation du procédé, il est possible d’utiliser cette information afin d’avertir l’ingénieur routier en charge du calcul, et lui proposer diverses options de correction comme la possibilité d’augmenter le nombre de groupe de mesures 103 dans lesquels répartir les mesures de l’ensemble 101 de mesures. Dans un autre exemple spécifique, la décomposition de l’ensemble 101 des mesures en différents groupes 103 de mesures est obtenue en se basant sur l’incertitude, λ, de mesure de l’appareil utilisé pour acquérir les mesures de déflexion sur lequel le présent procédé est utilisé. Dans une première variante de l’exemple, un fuseau est construit à partir d’un « bassin moyen » de déflexion, c’est-à-dire à partir d’un vecteur moyen de déflexion dérivé de l’ensemble des mesures de déflexion le long d’un itinéraire. Par exemple, le vecteur moyen de déflexion, , peut être calculé à partir des vecteurs de déflexion (normalisés), , obtenus en N points de mesures le long d’un itinéraire avec l’expression suivante. Un fuseau centré sur cette moyenne est ensuite déterminé, le fuseau étant caractérisé par une largeur donné, λ. La valeur de la largeur du fuseau utilisée est par exemple définie par l’ingénieur routier en charge du calcul au regard des performances métrologiques de l’appareil utilisé pour les mesures. Les mesures sont ensuite classifiées par rapport à ce fuseau représentant un bassin moyen afin de définir des groupes de mesures. Par exemple, les mesures entièrement incluses dans ce fuseau sont considérés pour constituer un premier groupe 103 de mesures {M_i}. De plus, les populations supérieures au fuseau (ne comprenant que des valeurs supérieures au fuseau), inférieures au fuseau (ne comprenant que des valeurs inférieures au fuseau), et transverses au fuseau (comprenant à la fois des valeurs inférieures et supérieures au fuseau) sont ensuite considérées pour construire, par le même procédé, trois groupes 103 supplémentaires de populations de mesures. Le processus est reconduit de façon itérative jusqu’à ce que chaque mesure de l’ensemble 101 appartienne à un groupe 103 de mesures. Dans une deuxième variante, un algorithme du décalage moyen (d’après le terme anglais « mean shift »), est utilisé pour rechercher des groupes de mesures denses de largeur égale à l’incertitude de mesure, λ, voir par exemple [REF 2]. En particulier, un point de mesure initial est choisi et la moyenne des mesures qui sont à une distance de ce point inférieure à l’incertitude de mesures, λ, est calculée. La même moyenne est ensuite calculée pour les autres points et le point qui minimise cet écart est retenu pour définir le centre d’un groupe de mesures, auquel appartiennent toutes les mesures contenues dans l’intervalle, λ. Les mesures appartenant au groupe ainsi défini sont alors retirées de l’ensemble des mesures à partitionner avant de réitérer le processus autant que de besoin pour définir les autres groupes de mesure avec les mesures restantes. L’étape S10 de partition du présent procédé peut être appliquée à une mesure unique de déflexion en un point de la chaussée ou à une pluralité de sous-mesures de déflexion définissant un vecteur de déflexion représentatif d’un bassin de déflexion en une zone de la chaussée. Ces options dépendent en particulier du type d’appareil utilisé pour acquérir les mesures de déflexion de la chaussée. Dans l’étape S21, le calcul de mesures de référence 105 pour les groupes de mesures 103 peut être effectué en choisissant directement l’une des mesures du groupe 103 ou en appliquant une fonction particulière aux mesures de déflexion du groupe. En particulier, il est possible de choisir la moyenne des mesures de déflexion du groupe de mesures comme mesure de référence 105 du groupe de mesures 103. Dans l’étape S23, l’étape de calcul d’une solution de référence pour le paramètre physique à partir de la mesure de référence du groupe de mesures peut être effectuée de diverses manières. Ceci peut en particulier être effectué avec des méthodes connues basées, par exemple, sur différentes méthodes d’optimisation mathématiques (algorithme du gradient, algorithme de Newton-Raphson, échantillonnages dans une plage des valeurs admissibles), voir par exemple [REF3], chap. 8, pp. 259-266 & chap. 10, pp. 299-234. De plus, selon certains exemples, à partir d’une seule mesure de référence 105, une pluralité de propositions de solutions admissibles est proposée pour le paramètre physique. En fonction du grand nombre des solutions possibles pour une mesure de référence donnée, différents algorithmes peuvent être testés. Le choix de la solution retenue reste dans ce cas fonction de l’expertise de l’ingénieur routier, ce qui augmente l’adaptabilité et la précision du présent procédé. Dans l’étape S25, pour chaque groupe 103 de mesures, les solutions 109 correspondant aux mesures de déflexion autres que la mesure de référence 105 sont calculées en faisant varier d’un certain incrément la solution de référence 107 obtenue. La méthode de variation utilisée peut par exemple être basée sur une méthode d’indicateurs, voir [REF 1]. Dans cette méthode d’indicateur, des fonctions de pondération sont recherchées afin d’une part de maximiser la sensibilité d’un indicateur issu des mesures à un paramètre physique tout en minimisant sa sensibilité aux autres paramètres physiques. Les fonctions sont choisies pour permettre de calculer un indicateur pour chaque paramètre physique. Les variations de ces indicateurs sont linéaires par rapport aux variations du paramètre physique au voisinage de la solution de référence 107. La méthode de variation utilisée peut aussi être basée sur la déflexion maximale de la chaussée. Dans ce cas, on fera varier les solutions dans le même sens (variation de signe constant) et dans des proportions similaires à la variation des déflexions maximales. Par exemple, si une mesure donnée, , parmi le groupe de mesures a une variation par rapport à la mesure de référence, , qui est caractérisée par un facteur tel que , alors la solution homogène correspondant à ladite mesure peut être estimée en fonction de la solution de référence à partir de l’expression suivante : La rigidité flexionnelle pourra être prise en compte ou ne pas être prise en compte selon les cas. Par exemple, le facteur de variation, , peut être pondérée pour tenir compte de la rigidité de chaque couche. Il y aura ainsi une variation de la solution qui sera différente pour chaque couche. La méthode de variation utilisée peut aussi être basée sur des indicateurs classiques (LLI, BLI) connus dans le domaine des mesures de déflexion plutôt que sur la déflexion maximale. Quoique le présent exposé ait été décrit en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. Procédé mis en œuvre par ordinateur de calcul de paramètres physiques d’une chaussée à partir de mesures de déflexion, le procédé comprenant : - (S10) la partition des mesures de déflexion (101) en différents groupes de mesures (103) en fonction des valeurs des mesures ; et - (S20) pour chaque groupe de mesures (103), le calcul de paramètres physiques de la chaussée, ledit calcul comprenant : - (S21) la définition d’une mesure de référence (105) du groupe de mesures (103) ; - (S23) le calcul, à partir de la mesure de référence (105), d’une solution de référence (107) pour le paramètre physique ; et - (S25) le calcul, à partir de la solution de référence (107), pour chaque mesure du groupe de mesures (103), d’une solution similaire (109) pour le paramètre physique. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape (S10) de partition des mesures de déflexion en différents groupes de mesures en fonction des valeurs des mesures comprend : - la partition des mesures de déflexion de telles sorte qu’un écart entre deux mesures d’un même groupe soit strictement inférieur à une limite connue. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape (S10) de partition des mesures de déflexion en différents groupes de mesure en fonction des valeurs des mesures comprend : - la classification des mesures de déflexion par rapport à une valeur moyenne des mesures de déflexion. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’étape (S10) de partition des mesures de déflexion en différents groupes de mesure en fonction des valeurs des mesures comprend l’application d’un algorithme de regroupement aux mesures de déflexion, l’algorithme de regroupement résultant en la définition des groupes de mesures comme des distributions gaussiennes en fonction des valeurs de mesures, les largeurs et écart-types desdites distributions gaussiennes étant ajustées pour maximiser l’espérance mathématique d’appartenance de chaque mesure à un des groupes de mesures. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la mesure de référence du groupe de mesures est une des mesures du groupe de mesures ou une pseudo-mesure calculée à partir des mesures du groupe de mesures. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape (S23) de calcul, à partir de la mesure de référence, d’une solution de référence, comprend l’utilisation d’au moins l’une quelconque des méthodes suivantes : algorithme du gradient ; algorithme de Newton-Raphson ; et échantillonnage dans une plage de valeurs admissibles. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape (S23) de calcul d’une solution de référence pour le paramètre physique à partir de la mesure de référence comprend : - le calcul de plusieurs solutions admissibles pour le paramètre physique à partir de la mesure de référence ; et - la sélection d’une solution retenue parmi les solutions admissibles, ladite solution retenue étant utilisé comme solution de référence dans les étapes suivantes du procédé. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’étape (S25) de calcul, à partir de la solution de référence, pour chaque mesure du groupe de mesures, d’une solution similaire pour le paramètre physique, comprend le calcul de solutions similaires à la solution de référence en utilisant une méthode d’indicateur. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : - chaque mesure de déflexion comprend une pluralité de sous-mesures de déflexion formant un vecteur de déflexion qui correspond à un bassin de déflexion en un point de la chaussée ; et - les étapes suivantes du procédé sont appliquées à l’une ou à plusieurs des sous-mesures formant le vecteur de déflexion. Système de calcul de paramètres physiques d’une chaussée mettant en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.