Mesures Réparties par Fibres Optiques pour le suivi des Fissures dans les Structures en Béton

Distributed fiber optics sensing for crack monitoring of concrete structures

• Auteur / Autrice : Antoine Bassil
• Direction : Dominique Leduc, Odile Abraham, Xavier Chapeleau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 26/11/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux (France ; 2011-2019)
• Jury : Président / Présidente : Eugen Brühwiler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Marin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lutte contre

Béton -- Détérioration

Fibres optiques

Mots clés libres

--

Résumé

Le travail de thèse présenté dans ce mémoire vise à développer et valider une technique de suivi d’ouvertures de fissures à l'aide de mesures réparties de déformation par fibres optiques. Dans un premier temps les différentes théories existantes sur le transfert de déformation du matériau hôte vers la fibre optique sont présentées avec leurs domaine de validité. Le problème de l’adhésion parfaite entre couche est ensuite étudié et un modèle analytique à trois couches tenant compte d’une adhésion imparfaite est élaboré. Ce modèle est ensuite généralisé aux systèmes multicouches. Les études expérimentales validant ce nouveau modèle sont alors présentées. Elles montrent qu’il est possible de suivre les ouvertures de fissures jusqu’à 1000 μm avec une erreur inférieure à 10% avec un câble à fibre optique collé en surface. Les câbles noyés dans le béton donnent des résultats moins justes. La justesse des mesures est aussi influencée par le type de câble, la longueur d’ancrage et le durcissement du béton. Enfin, les résultats des études de cas sur des échantillons en béton armé de laboratoire sont présentés. Elles montrent la capacité des fibres à détecter des fissures aussi précocement que les capteurs acoustiques à ultrasons et de surveiller l’ouverture de micro fissures multiples.

This thesis work aims to develop and validate a method for monitoring crack openings using distributed fiber optics strain measurements. First, the various existing theories on strain transfer from the host material to the optical fiber are presented, with their validity domain. The problem of perfect interfacial bonding is then studied and a three-layer analytical model capable of handling imperfect bonding case is proposed. This model is then generalized to multi-layer systems. Experimental studies validating this new model are presented. They show that it is possible to monitor crack openings up to 1 mm with an error of less than 10% for a fiber optic cable glued on the surface. Cables embedded in concrete show less accurate results. The type of cable, the bonding length and the hardening of the concrete material also influence the accuracy of the estimated crack openings. Finally, the results of case studies on laboratory-size reinforced concrete samples are presented. They show the optical fibers capacity to detect cracks as early as ultrasonic sensors and to monitor the opening of multiple micro cracks.