Modélisations et monitoring des sols et des structures, systèmes intelligents

Le pôle MS3I s’intéresse aux mêmes objets et aux mêmes thématiques que les autres pôles du laboratoire IMSE en se plaçant à l’échelle de l’ouvrage, du quartier, de la ville.

Activités

Modélisation directe

Le laboratoire IMSE porte le développement du logiciel de calcul par éléments finis CESAR, dédié à la modélisation des ouvrages de génie civil au sens large. Le projet comporte plusieurs volets :

• le solveur CESAR est le noyau de calcul proprement dit,
• le Pilote de CESAR est une interface textuelle en Python, développée pour des applications de recherche, qui permet d’organiser et de structurer les données du calcul et les résultats (https://cesar.univ-gustave-eiffel.fr),
• le progiciel CESAR-LCPC, constitué par la combinaison du solveur avec des pré et post-processeurs graphiques pour Windows et distribué par la société Itech (https://cesar-lcpc.com).

CESAR permet notamment d’effectuer des calculs mécaniques non linéaires dans différents domaines : au cours des dernières années, un certain nombre de développements ont été conduits pour répondre aux problématiques posées par la construction des gares et des tunnels du Grand Paris Express, notamment dans le cadre du projet TULIP (https://www.societedugrandparis.fr/gpe/actualite/impact-creusement-tunnelier-sur-fondations-profondes) et du projet ANR E-Pilot (https://e-pilot.univ-gustave-eiffel.fr/ ).

Monitoring des structures

Le laboratoire IMSE prend part à de nombreux projets impliquant des mesures permettant de mieux comprendre le comportement réel des ouvrages, avec des applications variées.

Dans le cadre de l’appel à projets « Ponts connectés », piloté le Cerema (https://www.cerema.fr/fr/pontsconnectes), le laboratoire IMSE a monté, avec Sixense, le conseil départemental du Lot et Cofiroute, le projet « IA2 » destiné à détecter l’affouillement de piles de ponts à l’aide de capteurs. Le projet combine une démarche d’instrumentation des ouvrages avec des techniques d’assimilation de données (la détection des affouillements des piles de pont fait également l’objet de la thèse de S. Hachem, qui s’appuie sur le calcul de perturbations spectrales https://theses.ifsttar.fr/candidats/sujet.php?num=2504).

Le laboratoire IMSE travaille également sur la conception de systèmes de protection des structures. L’utilisation d’amortisseurs pour augmenter la durée de vie en fatigue des haubans soumis au phénomène d'excitation par détachement tourbillonnaire a notamment été étudiée récemment en collaboration avec le CEREMA pour le CD 44.

Stratégies de gestion des réseaux urbains

La transition vers la ville intelligente exige une gestion efficace des infrastructures et des différents services au citoyen, en particulier la distribution de l’énergie électrique, à travers des systèmes intelligents capables de piloter des paramètres critiques, d’assurer la sécurité et la connectivité, de s'adapter aux états actuels et d’intégrer la possibilité de supervision et de gestion à distance.

La mise en place de ces systèmes requiert l'utilisation de capteurs communicants et multi-paramètres intégrés dans les infrastructures, délivrant des informations en temps réel. Les données recueillies peuvent être utilisées pour réaliser la surveillance de la santé structurelle et alerter des anomalies des infrastructures, comme une charge mécanique extrême, l’apparition de fissures ou une montée anormale de la température. La combinaison de capteurs performants et de techniques d'intelligence artificielle pour le traitement des données permettra de développer des solutions innovantes pour la ville de demain. Les capteurs photoniques, notamment à la base des fibres optiques, sont un élément clé dans ce pôle.

Dans la ville intelligente et économe en ressource, l’intégration et la gestion optimale des sources d’énergie renouvelable ainsi que les véhicules électriques dans les réseaux électriques urbains représentent un défi majeur. L’incorporation de micro-réseaux électriques, de systèmes de stockage d'énergie et des nouveaux systèmes de commande dans les réseaux électriques conventionnels peut fortement améliorer les performances de ces derniers. Pour assurer la sûreté, la qualité et la stabilité de l’alimentation des réseaux locaux, il est nécessaire de mettre en place des stratégies de contrôle distribué appropriées basées sur des modèles mathématiques dans des conditions de fonctionnement réelles, avec mise en situation.

Matériaux avancés pour les nouvelles constructions

Les infrastructures d'avenir seront constituées de multi-matériaux (fonctionnels et/ou structuraux, judicieusement choisis), à maintenance très réduite, dotées de moyens de suivi de santé structurale très fiables et utilisant dans une large mesure les nanomatériaux et les nanotechnologies. Par ailleurs, préalablement aux utilisations réelles, la maîtrise de la durabilité en fonction des environnements et des températures d'utilisation de tels ensembles sera absolument incontournable. Une des thématiques du pôle est le développement de matériaux avancés pour les nouvelles constructions, présentant des propriétés mécaniques élevées et la possibilité de fournir des informations fiables sur leur santé structurelle en continu. L'intérêt est directement lié à l'environnement des Smart Cities (énergie, mobilité, sûreté et sécurité). Les domaines applicatifs sont les énergies renouvelables, en particulier l'éolien offshore (projet EVEREST), la sûreté et la sécurité des infrastructures, domaine de collaboration avec l’Europe (projet REHSTRAIN sur les transports linéaires à très grande vitesse) et les Etats-Unis.

Des expérimentations de la plateforme d'essais en matériaux composites intelligents, qui sera placée sur le site de MLV, seront effectuées. Elles impliqueront des essais sur les propriétés vibrationnelles, les amortissements par alliages à mémoire de forme et les capteurs insérés à cœur.

Les câbles de transport électrique de très haute tension pour fermes offshores sont étudiés. La première finalité de ces études est de développer le diagnostic et le suivi en ligne des câbles sous-marins de très haute tension. Ainsi, l’obtention d’informations spécifiques sur le vieillissement des câbles, l'état de santé et le comportement physique permettent d’éviter les défaillances. Ces thématiques scientifiques sont développées dans le cadre des projets : ANR EMODI et Européen FLOW-CAM.