Durabilité des systèmes de mesures réparties par fibres optiques fixées en parement des structures

La surveillance des structures de génie civil constitue un enjeu majeur et fait encore l'objet de nombreuses recherches. En particulier, les problématiques de coût, de durabilité des capteurs et de fiabilité des mesures restent des aspects fondamentaux à prendre en compte pour toute nouvelle solution d'instrumentation. Les capteurs à fibre optique (FO) rencontrent un intérêt croissant pour l'acquisition de mesures réparties de déformation/température dans les ouvrages en béton armé (BA) et pour le monitoring de structures en général, en raison des avantages offerts en termes de précision, de déport de la mesure sur de longues distances et d'une faible intrusivité par rapport aux capteurs traditionnels. Dans ces applications, des câbles à FO sont généralement collés en parement ou noyés à l'intérieur de la structure en béton. Selon la configuration, ils sont alors exposés aux conditions climatiques ou soumis à l'environnement alcalin de la matrice cimentaire, et leurs caractéristiques physiques/mécaniques peuvent alors évoluer dans le temps sous l'effet des vieillissements. La durabilité des capteurs et la fiabilité des mesures sur le long terme restent encore mal connues dans ces environnements de service complexes, et sont également peu documentées par les fabricants ou dans la littérature. Le travail mené dans cette thèse vise donc à mieux appréhender ces problématiques à travers une vaste étude expérimentale de durabilité en laboratoire, complétée par une étude de terrain sur des corps d'épreuves massifs instrumentés par capteurs à FO. Le premier volet de la thèse propose un programme expérimental complet portant sur des éprouvettes de béton instrumentées par deux câbles à FO du commerce, qui sont exposées à des vieillissements accélérés représentatifs des applications considérées et à un vieillissement naturel sur site extérieur. Des caractérisations mécaniques, physico-chimiques et géométriques de ces échantillons sont alors réalisées à différentes échéances de temps au cours des vieillissements et permettent d'évaluer la durabilité de ces deux câbles à FO pour les deux configurations d'instrumentation possibles (câbles noyés / collés en parement). L'évolution du transfert d'effort du béton vers le cœur de la FO est ensuite évaluée numériquement en intégrant les résultats expérimentaux dans un modèle aux éléments finis simplifié.

En parallèle de cette étude de laboratoire, plusieurs blocs de béton du projet ODOBA de l'IRSN, destinés à subir des cycles de vieillissement accéléré pour déclencher les pathologies de gonflement du béton, ont été instrumentés au moyen de câbles à FO noyés et collés en parement. Ce second volet de la thèse vise à démontrer l'aptitude de cette technologie pour la détection et le suivi à long terme des pathologies de gonflement potentiellement rencontrées sur les enceintes de centrales nucléaires (réaction sulfatique interne : RSI, réaction alcaligranulat : RAG et couplage RAG/RSI). Les résultats obtenus contribueront à établir des critères objectifs permettant de choisir l'instrumentation des structures de centrales nucléaires ainsi que des méthodes facilitant l'interprétation des mesures sur le long terme.​