Eu égard à leur faible taille (2.8 m), les capteurs répartis utilisés seront considérés comme ponctuels dans la suite. En effet, seule l’information sur la température dans une zone de 1 m située au milieu de la poutre sera utilisée. Quatre points de mesures sont alors disponibles dans la ligne de mesures que nous nommerons par les noms de leurs capteurs S1, S2, P2 et P3. Le système d’interrogation des capteurs répartis ayant connu un problème de logiciel en début d’expérience, les mesures ne sont malheureusement disponibles qu’à partir de la 13ème heure. À cette date, nous avons considéré que la fréquence Brillouin mesurée correspondait exactement à la température mesurée par le capteur de référence le plus près de chaque capteur réparti. La variation de température mesurée ensuite est calculée à partir de la fréquence mesurée via le coefficientC0T défini par l’équation (IV.3).
L’écart maximal entre les mesures de (S1,S2) et leurs références respectivement associées (Ref1,Ref2) est 2 oC, ce qui constitue un résultat prometteur, si l’on le compare aux résultats disponibles dans la littérature [9, 10].
Un problème intrinsèque à la mesure de température par un CFO noyé intervient dans les résultats de mesures. En effet, grâce à l’équation (IV.3) nous avons uniquement pris en compte l’influence de l’enrobage du capteur sur sa sensibilité à la température. Mais, à partir du moment où le capteur est effectivement solidaire de la structure, il est entièrement soumis aux déformations de celle-ci. C’est pourquoi dans notre expérience, dès l’instant où le capteur est solidaire du béton, le coefficient d’expansion thermique utilisé pour la correction de la sensibilité en température ne doit plus être celui du capteur, mais celui du béton que l’on peut estimer à : αbéton = 10× 10−6/oC. On obtient cette fois la relation :
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 −10 0 10 20 variation de température (°C) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 −100 0 100
temps après coulage (hours)
déformation (
µε
)
déformation mécanique déduite filtrage de fourier mesure compensée
mesure de référence Ref1 mesure Brillouin "brute"
αbeton = 10
−5/°C
Figure IV.20: Mesure de température du capteur S1 et sa référence associée. Interprétation
suivant 2 hypothèses : prise en compte seulement des déformations thermiques du béton via (courbe grise), interprétation de la différence de mesure entre S1 et la mesure référence comme présence de déformations mécaniques liées au retrait du béton au jeune âge.
et les valeurs du nouveau coefficient de sensibilitéC00 T :
C00SM FT = 1.42± 0.03 MHz/oC (IV.11a)
C00P AN DAT = 1.78± 0.03 MHz/oC (IV.11b)
Il est connu dans le domaine de la maturométrie [20] que la prise du béton a lieu au début début de la réaction chimique. On peut donc considérer contrairement à ce que nous avions décrit dans [21] que le capteur est solidaire du béton dès le début de la mesure. On constate sur la figure IV.20, qu’il existe un écart visible entre la mesure de température Brillouin et la mesure de référence issue du capteur électronique Ref1. La variation de température semble en effet sous-estimée. Ceci est assez logique car si nous avons bien pris en compte les déformations liées à la dilatation thermique du béton, ses déformations d’origine chimique, provenant du retrait au jeune âge, ont été ommises. On peut estimer ce retrait en soustrayant la mesure de température de Ref1 de la fréquence Brillouin : χ= 1 C ∆νB− C00T∆T (IV.12) La figure IV.20 montre un retrait de l’ordre de 80µ. La courbe dite "compensée" de la figure IV.20 est obtenue à partir de la soustraction du retrait (approché par filtrage de Fourier), elle ne peut donc pas être comparée sans précaution à la mesure de référence ni être considérée comme représentative des performances de la chaîne de mesure. Par contre, dans la suite, nous considèrerons le retrait déduit comme homogène dans la poutre et nous soustrairons son effet sur la fréquence Brillouin des capteurs S2, P2 et P3. On peut observer que les capteurs ont été correctement étalonnés, car les variations de températures mesurées par S2 et P2 (qui sont situés dans le même plan de la poutre) sont proches. Néanmoins, les mesures issues de P2 et P3 souffrent d’un manque évident de fidélité, avec des écart maximaux de 2.9oC et 3.5oC respectivement. Nous attribuons cela à des pertes
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 −2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
Temps écoulé depuis le bétonnage (h)
Variation de température (°C) Ref2 S2 P2 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 −2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
Temps écoulé depuis le bétonnage (h)
Variation de température (°C)
Ref3 P3
Figure IV.21: (Gauche) Mesures de température des capteurs S2, P2 et leur référence associée. (Droite) Mesures de température du capteur P3 et sa référence associée.
optiques induites par de mauvaises soudures réalisées à l’aide d’un appareil défectueux, qui ont entraîné une baisse du rapport signal sur bruit de l’instrument de mesure. Bien que les fibres PANDA permettent de réaliser des capteurs plus sensibles (voir les valeurs de C0
T
et C00T plus haut), ils n’ont donc pas été en mesure d’apporter l’amélioration attendue.
Plus regrettable, lors de l’expérience de mise en flexion de la poutre décrite dans la suite, les capteurs P2 et P3 ont été "perdus", car la fibre qui les reliait aux capteurs S1 et S2 à l’extérieur de la poutre a été endommagée.
Les résultats obtenus pour les capteurs S1 et S2 ont montré la faisabilité de la mesure de température par des capteurs noyés dans le béton. Nous avons également observé qu’à partir du moment où le capteur est attaché et solidaire de la structure, sa sensibilité s’en trouve modifiée. En conséquence, dans le cas du béton durcis, la sensibilité en température est supérieure à celle affichée par le fournisseur (d’environ 50% dans notre cas) et dépend de la nature du béton. De plus, nous avons du estimer le retrait à l’aide du capteur S1, ce qui n’est pas très satisfaisant pour cette étude de faisabilité. Pour cette raison, les capteurs Brillouin sont usuellement considérés plus comme des capteurs de déformations que comme des capteurs de température. Pour une mesure de température seule, un capteur à diffusion Raman aurait certainement affiché de meilleures performances.
Cependant, la température étant un paramètre qui varie lentement spatialement dans la plupart des structures en béton, quelques capteurs électroniques de température placés dans la structures (éventuellement associés à des simulations numériques) peuvent suffire à l’étude de ce paramètre . Compensé en température, le capteur Brillouin est alors un capteur de déformation, qui nous a permis ici d’évaluer le retrait endogène du béton au jeune âge.