L’enrobage utilisé ici a déjà été testé et validé pour les mesures de déformations par des CFO longue-base (de 10 à 70 cm) dans [15]. On peut cependant se demander si ses excellentes performances subsistent pour des capteurs plus long. Pour répondre à cette question, une expérience de grande envergure est nécessaire. En effet, la résolution spatiale de 1 m du système de mesure exigerait une extension constante sur une zone d’au moins 1 m (voire 1.20 m à cause de l’incertitude sur la localisation de la mesure). Ceci est très difficile à réaliser sur une poutre de seulement 3 m. La longueur maximale qui a pu être
(théoriquement) mise en place est 80 cm, par une flexion 4 points de la poutre. La figure IV.22 décrit le dispositif expérimental : une presse hydraulique applique un effort réparti sur deux points séparés de 80 cm au milieu de la poutre. Celle-ci repose sur deux supports cylindriques. La moyenne des mesures sur le plan haut (jauge G1 sur le schéma en coupe de la figure IV.23) et sur le plan bas (jauge G2) sera utilisée pour la comparaison avec les capteurs répartis S1 et S2. Durant l’expérience, la presse applique successivement plusieurs paliers d’efforts de 20 à 120 kN, lors de plusieurs cycles.
Figure IV.22: Dispositif de mise en flexion de la poutre : à gauche un schéma, à droite une photographie.
L’expérience a été dimensionnée par les ingénieurs de la dalle d’essai du LCPC, pour que les déformations maximales au niveau des aciers (dans la partie inférieure de la poutre), soient d’environ 1000 µ. Théoriquement, la mise en charge de la poutre doit entraîner une compression axiale dans la partie haute de la poutre et une tension dans la partie basse. Pour de très petits efforts, qui laisseraient la poutre (et le béton) dans sa zone de déformations élastiques, l’axe neutre3 (axe des déformations nulles) serait situé au milieu de la poutre. Cependant, les déformations imposées lors de notre expérience sont nettement au delà du domaine d’élasticité. La principale conséquence est la fissuration du béton, qui entraîne la remontée de l’axe neutre (voir figure IV.23). Notons ici que des flexions 4 points d’amplitudes identiques ont été réalisées préalablement à nos tests sur cette poutre, pour une expérience de nature différente. La fissuration de la poutre (ainsi que la remontée de l’axe neutre) est donc survenue avant le début des mesures présentées. En conséquence, dans notre expérience, le capteur S1 subit une compression, mais le capteur S2 se trouve toujours soumis à une traction.
On peut observer les mesures de ces deux capteurs, superposées avec la mesure de la force appliquée par la presse, sur la figure IV.24. Ces mesures ne manifestent aucune hystérésis, et présentent un écart de reproductibilité d’environ 25 µ, ce qui est proche de la résolution offerte par le système : 20 µ d’après le fournisseur. On note également qu’à cet écart près, le capteur est linéaire. Cependant, les déformations mesurées sont très faibles (moins d’un ordre de grandeur au dessus de la résolution), et ne permettent pas de mettre en évidence le comportement de ce capteur soumis à des efforts beaucoup plus grands, comme lors de l’expérience de détection de remontées de cavités précédente.
Figure IV.23: (Haut) Instrumentation de la poutre pour les mesures de déformations. (Bas) Position de l’axe neutre d’une poutre en béton fissurée.
Figure IV.24: A gauche, mesures de déformations obtenues avec les capteurs S1 et S2 au centre de la poutre. A droite, graphe de la déformation mesurée par S1 et S2 en fonction de la force appliquée sur la poutre par le vérin.
De plus, la comparaison de ces mesures à celles des jauges G1 et G2 montre de grandes différences, comme on peut le constater sur la figure IV.25, sur laquelle est représentée la moyenne (sur tous les cycles) des mesures des 4 capteurs pour chaque valeur de la
force appliquée, en fonction de la position verticale du capteur dans la poutre. En théorie, la dépendance devrait être linéaire (graphe de droite), et les droites qui en résulteraient devraient toutes couper l’axe des ordonnées ( = 0) en un même point indiquant la hauteur de l’axe neutre.
Figure IV.25: (Gauche) Étude des déformations mesurées par les différents capteurs en fonction de leur position verticale dans la poutre. (Droite) Comparaison des mesures de déformations (moyennes) obtenues par les différents capteurs pour la force maximale appliquée (120 kN), avec les prévisions théoriques.
Plusieurs facteurs peuvent être à l’origine de cet écart. Le premier a déjà été évoqué : la zone de déformation constante n’est que de 80 cm alors que la résolution spatiale du système B-OTDR est de 1 m. Ensuite, nous ne donnons ici que la moyenne des valeurs mesurées par les 3 jauges de déformations de chaque plan. La déformation étant supposée constante sur cette zone, les déformations mesurées par 3 jauges voisines devraient être proches. Or en pratique, nous avons obtenu des différences de plus de 300 % sur leurs valeurs dans le plan inférieur. Ceci est probablement explicable par le caractère aléatoire de la position des fissures. On peut donc en déduire que la comparaison de ce type de mesure, avec les mesures d’un capteur continu tel que le B-OTDR, n’est pas pertinente.
En conclusion, nous avons montré la faisabilité de la mesure de déformation grâce à des extensomètres par diffusion Brillouin utilisant l’enrobage ondulé conçu pour des CFO longue-base au LCPC. Ceux-ci ont affiché une sensibilité linéaire à l’élongation positive (traction) comme négative (compression), et un écart de reproductibilité de la chaîne de mesure inférieur à 25 µ. Cependant, la validation complète de ce type de capteur requerrait une expérience de plus grande envergure, permettant d’obtenir des zones de déformation constante plus étendues (au moins 1.5 m).