Caractérisation des discontinuités dans des ouvrages massifs en béton par la diagraphie électrique de résistivité

Résumé : Le vieillissement des ouvrages en béton est une préoccupation majeure affectant la pérennité et l’efficacité des structures. Le maître d’ouvrage se doit de maintenir les fonctions d’usage de la structure tout en gardant une gestion économique efficace. L’objectif final de ces travaux de recherche est, donc de pouvoir renseigner sur l’état global de fissuration de la structure afin d’aider le maître d’ouvrage à respecter ses engagements. Dans cette optique, cette thèse développe une nouvelle technique aidant à la quantification de l’état des ouvrages massifs en béton. Elle s’appuie, pour cela, sur la méthode non-destructive de résistivité électrique en surface, connue pour sa sensibilité face à des facteurs révélateurs d’une altération. Toutefois, à cause de sa dépendance entre la profondeur d’investigation et la résolution, la méthode ne peut pas garantir de l’état global d’un ouvrage. De ce fait, il a été décidé d’utiliser la résistivité électrique via des forages préexistants dans la structure (diagraphie électrique). L’outil utilisé est une sonde en dispositif normal réservée jusqu’à présent pour la prospection pétrolière et hydrogéologique. En plus d’une prospection en profondeur via le forage, cette sonde peut acquérir des informations sur un rayon de 3.2m autour du forage. Cependant, à mesure que le volume de béton sondé augmente, la résolution décroit. La difficulté est donc de pouvoir exploiter les capacités de prospection de la sonde tout en sachant que la résolution faillit. Il s’agit de contourner le problème en maîtrisant les concepts de la diagraphie et son nouveau milieu d’application. Cette thèse est basée sur une première approche numérique permettant d’apporter des corrections sur les données de terrain et de déterminer la sensibilité de l’outil face à de l’endommagement d’ouverture plurimillimétrique à centimétrique. Ceci est validé par des mesures réalisées sur une écluse de la Voie Maritime du Saint-Laurent. Une étude numérique de la réponse de l’outil en fonction des paramètres de fissure tels que l’ouverture, le contraste entre la résistivité de la discontinuité et du béton, et l’extension est réalisée. Elle permet de construire une base de données afin de développer une méthode pour la caractérisation de l’endommagement. Cette méthode s’appuie sur ces réponses diagraphiques pour retrouver les paramètres de fissure recherchés (problème inverse). Nous procédons tout d’abord par une analyse préliminaire se basant sur un croisement des informations apportées par les différentes électrodes de la sonde puis nous optimisons les résultats par la méthode de recuit simulé. La méthode, ainsi développée est ensuite appliquée à un deuxième ouvrage pour en déterminer l’état interne. Ces travaux détectent plusieurs zones endommagées et caractérisent l’une d’elles par une ouverture centimétrique et une extension comprise entre 1.6m et 3.2m. Ces travaux prometteurs, attestent d’un premier diagnostic interne des ouvrages massifs en béton, un enjeu qui restait sans réponses satisfaisantes jusqu’à maintenant. // Abstract : The aging of concrete structures is a major problem affecting their sustainability and their efficiency. The owner must maintain the structure serviceability and provide cost-effective management. The goal of this work is to provide detailed information about the state of cracking inside the structure in order to assist the owner to meet its commitments. In this context, this thesis develops a new technology to assess the condition of mass concrete structures. It relies on a non-destructive method based on electrical resistivity measured from surface, known for its sensitivity to factors associated with concrete deterioration. However, because of its dependence between the investigation depth and the resolution, the method cannot assess the overall state of a structure. Therefore, it was decided to use the electrical resistivity through preexisting boreholes in the structure (electrical logging). The tool used is a normal probe, which has been traditionally used for oil and hydrogeological exploration. In addition to the investigation in depth via boreholes, this probe can get information over a radius of 3.2m around the borehole. However, as the probing volume of concrete increases, the resolution decreases. Difficulty is to use the exploration abilities of the tool, knowing that the resolution is limited. This is to get around the problem by mastering logging concepts and its new application environment. This thesis is based on a first numerical approach to make corrections on field data and to determine the tool sensitivity with regard to the multi-millimeter and centimeter crack size damage. This was validated with measurements made on a full-size lock located on the St. Lawrence Seaway. A numerical study of the tool response versus the discontinuities parameters such as the crack aperture, the resistivity contrast between the discontinuity and the concrete, and the extension was done. It allowed building a database used to develop a method for the characterization of the damage. This method is based on the tool responses to find the crack parameters (inverse problem). First, we proceed with a preliminary analysis based on a cross of information provided by the different electrodes of the probe then we optimize the results by the method of simulated annealing. The characterization method is applied to another structure to quantify its internal state. These studies detect several damaged areas and characterize one of them by a centimeter aperture and an extension between 1.6m and 3.2m. This work attest to a first internal diagnosis of massive concrete structures, an issue that remained without satisfactory answers so far