Les techniques acoustiques

Les méthodes acoustiques pour l’auscultation du béton s’appuient sur la propagation d’onde mécanique à des fréquences inférieures à 300 kHz. Les techniques acoustiques utilisées ou à l’étude pour détecter la corrosion dans le béton sont :

• le contrôle par ultrasons • radar

• émission acoustique

2.3.2.1.

Le contrôle par ultrasons

Les ultrasons sont des ondes mécaniques générées à partir d’un élément piézo-électrique excité à une fréquence comprise pour de nombreuses applications entre 2 et 5 MHz. Cet élément est souvent fixé d’un côté sur une semelle en matière plastique et de l’autre à un amortisseur, l’ensemble constituant le transducteur [AFGC, 2005].

Le contrôle par ultrasons est basé sur la transmission, la réflexion et l’absorption d’une onde ultrasonore se propageant dans l’élément à contrôler. Le train d’onde émis par le transducteur émetteur se réfléchit dans le fond de la pièce et lorsque les ultrasons rencontrent un défaut favorablement orienté par rapport à l’onde incidente, un écho revient vers le transducteur récepteur.

Cette énergie mécanique réfléchie est transformée en signal électrique par l'élément piézo- électrique et se signale par un écho sur le système de visualisation de l'appareil à ultrasons. D'un point de vue pratique, on utilise un écran d’oscilloscope. Les échos sont représentés par des pics sur l'écran. La position de l'écho permet de déterminer la profondeur à laquelle se trouve l’inclusion dans la pièce et d'en apprécier le caractère volumique ou non.

Transmission

Réflexion

Figure I- 9 : Emission des ondes par ultrason

Suivant la position du récepteur en mode transmission ou réflexion (figure I-9), cela permet d’avoir des informations sur les couches superficielles du béton dégradé, de connaître la mesure d’épaisseur du béton par exemple et de rechercher des défauts comme la corrosion de l’acier.

L’auscultation par ondes ultrasonores permet de contrôler la qualité du béton afin de détecter des zones de différentes natures, de détecter et dimensionner des défauts et d’estimer la résistance à la compression du béton.

récepteur

source

2.3.2.2.

Radar

Le radar est un système générant des ondes électromagnétiques dans une gamme d’hyperfréquences (de l’ordre de quelques MHz à quelques GHz ) [Laurens, 2001]. Les échos sont enregistrés sous forme de traces temporelles.

Ce système est constitué d’une antenne d’émission, d’une antenne de réception, d’un système électronique gérant l’émission et la réception des signaux et d’une unité d’acquisition et de traitement.

Le principe est la transmission d’une impulsion électromagnétique de courte durée à la structure au moyen d’une antenne émettrice (figure I-10).

Cette impulsion électromagnétique de courte durée se propage et se réfléchit sur toute interface présentant un contraste d’impédance électromagnétique [Laurens, 2001].

Figure I- 10 : Schéma de principe d’une mesure Radar

Le radar est utilisé pour mesurer des épaisseurs, détecter des vides par exemple sous une dalle, un radier, ou à l'extrados d'une galerie en éléments préfabriquées, localiser les armatures et les fissures dans le béton armé ou pour caractériser les matériaux.

L'application de cette méthode nécessite néanmoins un accès direct à la surface de l'ouvrage à ausculter. L’utilisation du radar dans l’évaluation de la corrosion des armatures a démontré qu’il détectait les dommages causés par la corrosion, traduisant ainsi un stade avancé de la corrosion. Des essais ont été réalisés sur des dalles de stationnement souterrain d’un hôtel construit depuis plus de trente ans [Dous, 2002] (figure I-11). Le radar a permis d’évaluer le taux d’humidité et la délamination.

L’exemple suivant est extrait de [Dous, 2002]. Antenne

inspection visuelle

Radar- Amplitude d’onde de la fin de dalle

Potentiel de corrosion (mV)

Figure I- 11 : Résultats par mesure radar, potentiel et visuel de la corrosion d’une dalle

Les résultats ont permis de démontrer qu’il y avait des similitudes entre le radar, le potentiel de corrosion et le sondage au marteau. Cela indique essentiellement la probabilité de l’activité de corrosion. Le radar peut donc prévenir des conditions favorisant l’initiation de la corrosion. D’autres applications de la technique radar ont été dévelopées comme la caractérisation de certaines propriétés physiques des bétons telles que la teneur en eau et en chlorures [Sbartaï et al, 2005], des propriétés électromagnétiques comme la permittivité et la conductivité [Klysz, 2004].

2.3.2.3.

Émission acoustique

C’est une technique consistant à détecter un événement acoustique et à localiser son lieu d’émission. Ces événements sont générés par une libération brutale d’énergie mécanique pouvant être attribuée, dans le cas du béton, à la fissuration locale du matériau.

Le temps d’arrivée du signal est différent pour chaque capteur, et dépend de la distance entre le capteur et le lieu de la fissuration. En s’appuyant sur ce principe, il est possible en confrontant les temps d’arrivée des signaux et en connaissant la position des capteurs de localiser géométriquement l’événement détecté. Une des orientations actuelles de l'utilisation de l'émission acoustique en génie civil consiste à étudier les corrélations entre la densité

d'événements acoustiques et l'activité de corrosion des armatures, de manière à détecter précocement les phénomènes de corrosion [Li, 1998]. Cette approche a également été à l'étude en France [Proust, 2001].

Le mode de détection des capteurs utilisés en Emission Acoustique (EA) est basé sur l’effet direct de la piézo-électricité .

On mesure donc des quantités de charge qui se traduisent, une fois amplifiées et conditionnées, en un signal transitoire dont l’amplitude s’exprime en dBEA (NF EN 1330-9).