Technologie à base de nano-capteurs pour le monitoring des routes

Nanosensor technology for road pavements monitoring

• Auteur / Autrice : Maria Barriera
• Direction : Bérengère Lebental, Simon Pouget
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologies industrielles
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces (Palaiseau, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Cédric Sauzeat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bérengère Lebental, Simon Pouget, John Harvey, Nizar Lajnef, Juliette Blanc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : John Harvey, Nizar Lajnef

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanotechnologie

Systèmes embarqués (informatique)

Constructions, Théorie des

Infrastructures de transport

Mots clés libres

Chaussée

Monitoring

Instrumentation

Modélisation

Nanotechnologie

Road pavement

Monitoring

Instrumentation

Modelling

Nanotechnology

Résumé

Le réseau routier est l'un des atouts majeurs d'un pays. L'évaluation de l’état structurelle des infrastructures de transport routier et de leur évolution dans le temps est essentielle pour l'établissement de plans d'entretien rentables. À cet égard, l'instrumentation des chaussées permet une surveillance continue et à distance sans interruption de la circulation. Cependant, l'instrumentation reste un défi scientifique et technologique majeur en termes de résilience des dispositifs ainsi que de stratégies d'interprétation des données des capteurs. L'objectif global de cette thèse est de prouver la faisabilité du monitoring des routes par technologies de détection embarquées en démontrant l'exploitabilité des données de capteurs pour évaluer le vieillissement de la route et en fournissant une technologie à haute performance et faible intrusion. Nous proposons, via un essai accéléré à l'échelle 1, une validation des jauges de déformation pour la prédiction de l'endommagement par fatigue d'un revêtement routier. Ainsi, nous avons exploré l'utilisation de capteurs embarqués pour le calcul inverse des conditions mécaniques de la chaussée via l'instrumentation d'une route existante avec un réseau de jauges de déformation. La même section d'essai a servi d'environnement pour une première validation d'une nouvelle technologie de détection basée sur l'utilisation de capteurs de déformation flexibles à base de nanocarbone, testés plus tard dans la chaussée dans le cadre d'un essai accéléré. Nous avons ainsi démontré comment la nanotechnologie proposée pouvait répondre aux enjeux de l’instrumentation des chaussées en termes de géométrie, de compatibilité avec l'environnement routier, et de sensibilité.

The road network is one of the major assets in our countries. The assessment of pavement conditions and their evolution with time is essential for the establishment of cost-effective maintenance plans. In this respect, pavement instrumentation allows remote and continuous monitoring with no traffic disruption. However it remains a major scientific and technological challenge in terms of devices resilience to the harsh road environment as well as of strategies for sensor data interpretation. The overall goal of this thesis is to prove the feasibility of embedded pavement monitoring by demonstrating the exploitability of embedded sensor data to assess road ageing, and by providing a high performance, low intrusiveness technology. We propose, via an accelerated pavement test, a validation of asphalt strain gauges as monitoring method for fatigue prediction in a road pavement. Thus, we further explored the use of embedded sensors for inverse calculation of pavement mechanical conditions via the instrumentation of an existing road with a network of asphalt strain gauges. The same trial section was the environment for a first validation of a novel sensing technology based on the use of nanocarbon-based flexible strain sensors, later tested under an accelerated pavement test. Thereby we demonstrated how the proposed nanotechnology can overcome some of the drawbacks of existing sensing devices in terms of geometry, compatibility with the road environment, and sensitivity.