La surveillance de la santé structurelle des infrastructures clés, telles que les ponts, est cruciale pour prendre des décisions en matière de maintenance et de capacité, ainsi que pour prolonger la durée de vie. Le Dr Jan Winkler d'AtkinsRéalis affirme que les outils numériques, combinés aux smartphones de tous les jours, pourraient s'avérer inestimables
Les propriétaires-exploitants d'infrastructures britanniques seront confrontés à une bataille difficile au cours des prochaines décennies, alors que de nombreux actifs du pays approchent de leur fin de vie.
Avec des ponts de mauvaise qualité qui deviennent un problème Un problème de 6,8 milliards de livres sterling et sans parler de notre infrastructure ferroviaire de l’ère victorienne – une surveillance efficace de l’état des structures et des rapports sur l’état des actifs sont essentiels pour que les ingénieurs puissent prioriser les interventions.
Une détérioration des actifs détectée trop tard peut conduire à une maintenance réactive et intrusive. À l’inverse, les faux positifs peuvent entraîner des interventions inutiles qui gaspillent des ressources.
Notre industrie a besoin de données de meilleure qualité pour éclairer ces décisions. Cependant, nous dépendons encore fortement d’équipements nécessitant un contact avec des surfaces, tels que des capteurs de déplacement et des jauges de contrainte, qui peuvent perturber l’activité publique et économique.
Il existe une opportunité importante pour outils numériques pour augmenter la surveillance de l’état des structures à l’échelle mondiale et la corrélation d’images numériques (DIC) peut aider à combler cette lacune.
DIC implique l’utilisation de caméras – allant des caméras conventionnelles aux caméras de vidéosurveillance et aux drones – pour effectuer des évaluations de zones localisées et étendues afin de comprendre le mouvement, la rotation, les contraintes et la durée de vie des actifs.
Les données sont collectées et analysées par des algorithmes de vision par ordinateur pour fournir des informations à court ou à long terme sur les performances d'un actif, les images captant les détails au pixel près ou à la fraction de millimètre. Ses avantages sont clairs : peu ou pas de perturbations publiques, des délais et des coûts réduits, une sécurité hautement évolutive et améliorée et des données de meilleure qualité.
Bien que le DIC ne soit pas nouveau, son adoption n’a cessé d’augmenter en raison des progrès technologiques. Nous constatons également une demande croissante des clients pour la prochaine itération : des outils basés sur les smartphones améliorés par l'intelligence artificielle.
Gain de temps et d'argent sur le DLR
AtkinsRéalis a utilisé DIC pour aider le Docklands Light Railway (DLR) à Londres à évaluer si son parc de ponts pouvait tolérer une augmentation du nombre de wagons de deux à trois.
Les premiers calculs structurels par modélisation informatique théorique ont conclu qu'un renforcement important était nécessaire pour plusieurs ponts, ce qui entraînerait des coûts et des perturbations importants pour le réseau.
Cependant, à l'aide d'une caméra positionnée à 40 m au cours d'une journée, les déformations et contraintes réelles du pont se sont révélées être 40 % inférieures aux prévisions.
Nous avons surveillé à la fois la déflexion verticale et la déformation maximale et le DIC a révélé la présence d'une rigidité structurelle non modélisée auparavant.
DIC transforme la compréhension d'OLE
Dans un autre cas, AtkinsRéalis a utilisé DIC plus tôt cette année pour aider Network Rail à développer de nouvelles règles nationales pour les concepteurs d'équipements de lignes aériennes (OLE). Nous avons déployé DIC pour surveiller deux points sur deux voies au niveau des bras de pont.
Une fois terminé, nous avons recommandé que la valeur de conception du soulèvement existante soit réduite pour tous les bras du pont, minimisant ainsi le dégagement requis entre l'équipement OLE et les soffites du pont.
Il s'agit du premier projet à grande échelle du Royaume-Uni mesurant le soulèvement OLE au niveau des ponts supérieurs et a réduit ou éliminé le besoin de mettre en œuvre des modifications d'infrastructure coûteuses pour les futurs projets d'électrification, tels que la reconstruction de ponts ou l'abaissement de voies, à mesure que les nouvelles règles sont intégrées.
La révolution des smartphones DIC
Malgré son efficacité, le DIC nécessite généralement un équipement et une formation spécialisés, ce qui le rend inaccessible à certains professionnels de l'ingénierie et difficile à mettre à l'échelle.
Les applications DIC pour smartphone promettent de démocratiser cela. Grâce aux coûts initiaux inférieurs, à la portabilité élevée et aux interfaces intuitives des smartphones, la technologie DIC pourrait être rendue plus accessible aux ingénieurs de différents niveaux et applicable à grande échelle, augmentant ainsi de manière exponentielle la profondeur de notre compréhension et de notre analyse de la santé structurelle.
Certains défis demeurent. Les applications mobiles DIC peuvent être compromises par des facteurs environnementaux, tels que l'éclairage ou les conditions météorologiques. Cependant, ceux-ci peuvent être atténués en tenant compte des mouvements de caméra et des améliorations itératives.
Les résultats d’une évaluation peuvent également être influencés par la qualité du matériel du smartphone, ce qui signifie que certaines évaluations doivent être confiées à des équipements plus avancés. Ces applications émergentes doivent également être rigoureusement testées et validées pour garantir qu’elles répondent aux normes.
Mais il existe un potentiel important pour que cette technologie soit améliorée par l’intelligence artificielle, avec sa capacité à traiter de grandes quantités de données et à identifier des anomalies, rendant cette technologie encore plus accessible.
Chez AtkinsRéalis, nous avons renforcé notre capacité DIC mobile en nous associant à la startup pionnière Digital Engineering Solutions (DES) pour utiliser son application certifiée ISO.
L'application DES capture et analyse les déplacements structurels avec une précision millimétrique jusqu'à 10 m de distance, donnant à nos ingénieurs une indication immédiate de l'état des actifs et des informations supplémentaires sur la façon dont une structure fonctionne indépendamment de sa complexité ou des chemins de charge cachés, ainsi que la validation des informations de d'autres modèles ou instruments.
Au cours des deux dernières années, nous avons utilisé l'application smartphone DES sur plusieurs sites tels que :
1. Pont de Newport à Middlesborough : les déformations ont été surveillées à divers endroits en quelques heures pour comprendre la réponse structurelle à une défaillance d'un roulement et pour soutenir une campagne de surveillance structurelle.
2. Parking à plusieurs étages à Birmingham : le déplacement dû à la charge du véhicule a été capturé et utilisé pour soutenir l'évaluation structurelle dans le but de prolonger la durée de vie du parking.
3. Construction d'un nouveau gratte-ciel à Dubaï : L'application a été utilisée pour compléter un système de surveillance des clients pendant une phase critique de construction.
4. Pont suspendu du Grand Belt au Danemark : l'application a surveillé une rotation de roulement qui a déclenché une action de maintenance immédiate, garantissant ainsi un fonctionnement sûr des composants structurels critiques.
Le DIC n’est en aucun cas une solution miracle, mais sa prolifération représente un changement transformateur dans la façon dont notre industrie pourrait aborder la santé structurelle.
Aujourd’hui, les propriétaires-exploitants d’infrastructures se concentrent particulièrement sur les coûts et l’empreinte carbone. Ils ont donc besoin de données de qualité pour maximiser la valeur des actifs existants grâce à une intervention efficace et proportionnée sur les actifs, en s’appuyant sur des informations basées sur les données. DIC montre quelle innovation peut être réalisée en exploitant les ressources existantes et en développant des outils numériques accessibles.
Dr Jan Winkler
Responsable professionnel de la surveillance de la santé des structures
AtkinsRéalis
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