Comportements de Capteurs à Fibres Optiques, noyés ou fixés en surface d'ouvrages en béton
Résumé
The use of optical fibre sensors is being usual in Civil Engineering, and especially for strain measurements in the core or on surface of the structure materials. The metrological performances reached by such instrumentation in real conditions, particularly in concrete, depend on the filtering effect created simultaneously by the sensor structure, the interfaces between the environment and the active part of the measuring element, the presence of heterogeneities, and the inclusion effect within the medium. Some data are accessible (e.g.: geometrical quantities). In opposite, others data were determined from hypothesis and experimental validations (e.g.: behaviours of an assembling, made up of materials with different physical and mechanical properties). Numerical finite elements modelling were realised in order to understand better the phenomena involved and then, to help the user to analyse the data measured by optical fibres. Several models were tested, specially focussing on the influence of rigidity, of the fastening conditions and the sensors geometry. At the same time, comparisons were made with experiments realised in laboratory. Thus recommendations could be drawn out from these studies, to improve such sensors design and their setting on structures.
L'usage des capteurs à fibres optiques devient pratique courante en Génie Civil, et ce typiquement pour les mesures de déformations à coeur ou en surface des matériaux de structures. Les performances métrologiques atteintes d'une telle instrumentation en conditions réelles d'emploi, et en particulier dans le béton, dépendent de l'effet de filtrage créé à la fois par la structure du capteur, les interfaces entre l'environnement et l'élément sensible, la présence d'hétérogénéités, et l'effet d'inclusion au sein du matériau d'emploi. Certaines informations sont accessibles (ex. : grandeurs géométriques). D'autres au contraire, sont déterminées à partir d'hypothèses et de validations expérimentales (ex. : comportements d'un assemblage de matériaux aux propriétés physico-mécaniques différentes). Pour mieux comprendre les phénomènes mis en jeu, et faciliter ainsi à l'utilisateur l'interprétation des informations délivrées par les fibres optiques, des simulations numériques par éléments finis ont été réalisées. Plusieurs modèles ont été testés, en examinant notamment l'influence de la rigidité, des conditions d'ancrage et de la géométrie des capteurs. Parallèlement, des comparaisons ont été effectuées avec des expérimentations réalisées en laboratoire. Des recommandations ont pu ainsi être tirées de ces études, pour l'amélioration de la conception, et de la mise en place sur ouvrages, de tels capteurs.
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