Il est proposé l'étude de la modification, par l'utilisation d'un lubrifiant, des contraintes mécaniques stabilisées de fonctionnements dans les contacts interfilaires soumis à petits débattements alternatifs pendant un nombre fini de cycles (simulant l'écoulement du produit de remplissage des câbles) et l'étude des conditions de fonctionnement (contraintes) lorsqu'un revêtement métallique a été éliminé localement par usure sans que le métal n'ait été soumis lui-même au phénomène d'usure, qui est l'un des modes d'adaptation des contacts interfilaires pour les contacts linéiques entre fils ou entre fils et pièces d'appui (colliers déviateurs).

L'étude fera intervenir une modélisation numérique poussée de la zone de contact interfilaire, des développements théoriques, ainsi qu'une confrontation avec les résultats expérimentaux. Le but étant de parvenir à une meilleure compréhension des mécanismes de fatigue.

De ces mécanismes, il sera possible de déduire des recommandations sur :

- la nécessité ou non d'utiliser un matériau de remplissage pour les câbles de fils galvanisés (galfanisés) ;
- les propriétés lubrifiantes éventuellement nécessaires pour que le produit de remplissage constitue un facteur d'amélioration de la tenue à la fatigue ;
- les dispositions à prendre pour le maintien d'un produit lubrifiant au sein des câbles.

I - Contexte de l’étude
Il n'existe pas actuellement de méthode fiable et opérationnelle permettant de connaître l'état des câbles dans leurs parties cachées. Seuls sont disponibles des moyens de surveillance détectant les ruptures de fils lorsqu'elles se produisent (système CASC,…), donc sans prise en compte de ruptures antérieures à leur installation. Il est ainsi hasardeux pour un gestionnaire d’ouvrages de faire des pronostics de ruine sur un ouvrage qui peut présenter plus d’anciennes ruptures de fils que de ruptures détectées depuis la mise en place de la surveillance.

L’objectif final de cette étude est de développer une technique fiable de détection de fils déjà rompus sur câbles. La durée d’inspection par cette nouvelle technique sera courte, de quelques heures à quelques jours suivant les dimensions de la zone contrôlée. Cette auscultation permettra d’obtenir un diagnostic vis à vis de l’état de dégradation des câbles de l’ouvrage afin de choisir la voie la plus adaptée concernant sa gestion.

Cette thèse entre dans le cadre du travail programmé au sein de l’unité MACOA sur l’application des méthodes acoustiques à la détection et la caractérisation des désordres affectant les câbles. Cette dernière thématique rentre dans le cadre de l’opération 11A024 du programme « Auscultation, surveillance et diagnostic des ouvrages et reconnaissance de sols » et sera intégrée au projet ACTENA en cours de montage entre le LCPC et la division Recherche d’EDF.

II - Méthode d’émission acoustique
Parmi les techniques de CND disponibles, il a été choisi d’utiliser l’émission acoustique car elle possède plusieurs avantages pour l’auscultation des câbles métalliques. C’est une technique dont les résultats sont exploitables en temps réel, qui détecte seulement les défauts actifs et qui permet surtout de détecter les défauts dans les parties inaccessibles des structures. Cette méthode est déjà employée et relativement bien maîtrisée dans des domaines autres que le Génie Civil pour l’inspection des structures métalliques (appareils à pression, réservoirs de stockage d’hydrocarbure, structures aéronautiques, etc.). L’émission acoustique (EA) est le phénomène de libération d’énergie sous forme d’ondes élastiques transitoires résultant des micro-déplacements locaux internes au sein d’un matériau soumis à sollicitation.
Dans le cadre de cette thèse, l’EA sera utilisée pour détecter les frottements produits sous excitation vibratoire par les ruptures de fils déjà présentes dans le câble. Ces frottements produisent une onde élastique (différents modes de propagation) recueillie à l’aide de capteurs type piézo-électriques puis numérisée par la chaîne d’EA. Plusieurs logiciels d’exploitation sont présents sur la chaîne servant au traitement du signal afin d’en extraire les paramètres les plus pertinents.

III - Programme de travail
Ce sujet a débuté par une étude de faisabilité entreprise dans le cadre d'un Travail de Fin d'Etudes de l'ENTPE (N. Guillou). Ce stage a permis de mettre en évidence les premiers paramètres influant sur la possibilité de détection et de localisation par EA de défauts sur toron multicouche. Ce travail de thèse s’inscrira donc dans le prolongement de l’étude de faisabilité et comportera une partie expérimentale et une partie interprétation-modélisation des paramètres acoustiques.

La partie expérimentale concernera l’amélioration de la détection (caractérisation et localisation) de défauts artificiellement présents sur des câbles métalliques employés en Génie Civil. Pour ce faire, ces câbles seront élaborés avec des défauts maîtrisés (défauts dans un culot d’ancrage, défaut sous un collier,…) et sollicités de manière transversale à l’aide d’un système d’excitation vibratoire dont on maîtrise l’amplitude et la fréquence. Pour ces essais, les limites expérimentales de détectabilité de la technique suivant la sollicitation et la morphologie du câble seront recherchés.

La seconde partie de cette thèse, menée de front avec les essais, comprendra l’analyse et la modélisation des caractéristiques de l’onde acoustique liées aux conditions spécifiques de propagation dans des câbles. Ceci devrait nous permettre d’étudier correctement l’influence des défauts sur la forme des signaux recueillis et donc d’ajuster les paramètres expérimentaux pour optimiser la détection des désordres structuraux. Le recours à ces modèles servira également à mieux interpréter les résultats de l’étude multiparamétrique et statistique des événements acoustiques émis en cours d’essai.

La synthèse de ces deux approches devra permettre de passer à une phase de validation de la technique par des tests "en grandeur nature". En tenant compte des limites d’utilisation de la technique, on visera à développer une méthodologie d’évaluation de l'état du câble et de sa capacité résiduelle.

Ce stage post-doctoral a pour objectif une meilleure compréhension des mécanismes de corrosion sous contrainte appliquée aux aciers à haute limite élastique, plus précisément l'impact des sollicitations mécaniques sur les mécanismes de corrosion et donc sur la durée de vie des éprouvettes testées, sur la base d'essais de type " traction lente " ou " fatigue-corrosion ". Comme paramètres principaux d'étude, on peut citer l'intensité de la contrainte, l'application d'une variation de contrainte (fatigue), le milieu corrosif et la présence d'ions de chlorures dans le milieu (piqûration).

Cette recherche vise à étudier la durabilité des câbles métalliques dans les ouvrages d'art. Elle consiste à modéliser expérimentalement et numériquement leur dégradation issue du couplage entre aspects mécanique (fatigue) et physico-chimique (corrosion).

Plusieurs études ont déjà démontré la possibilité de détecter la corrosion par émission acoustique. Le but est donc de mettre au point cette méthode afin de l'utiliser pour l'auscultation de certains points particulièrement sollicités et difficiles d'accès tels que les zones de déviation des câbles ou leurs ancrages.