Coordinateurs du projet
Contexte
De nombreux dispositifs de production d’énergie renouvelable fabriqués en béton sont actuellement installés en mer. Ce matériau est généralement renforcé par des armatures en acier sujettes à la corrosion, en particulier dans un environnement maritime, du fait de la pénétration des ions chlorures puisqu’ils modifient le PH du milieu. L’usage du béton pour des structures en mer implique donc (i) de définir une stratégie de maintenance pour anticiper d’éventuelles défaillances, (ii) d’évaluer la durée de vie résiduelle des structures, (iii) d’anticiper leur recyclage en présence de chlorures (matériau pollué par les chlorures) et (iv) d’optimiser les conceptions futures. Malgré ces enjeux, seuls quelques travaux de recherche s’intéressent aux structures en béton dans le cadre d’un usage pour les structures flottantes en mer. Ils sont moins nombreux encore à traiter des problèmes de corrosion liés à la contamination du béton par les ions chlorures tandis que l’effet de la biocolonisation sur la pénétration des ions chlorures n’a pas été étudié ou tout au moins non publié. L’objectif premier de ce projet est d’améliorer notre connaissance de ces phénomènes grâce au développement d’algorithmes d’analyse de mesures issues de capteurs intégrés à la structure (de type température, humidité et résistivité) pour cartographier les chlorures. Le second objectif est de cartographier les chlorures dans une structure bio-colonisée. Le troisième est de développer un code permettant l’analyse de données issues à la fois de mesures de chlorures relevées in situ et d’essais accélérés en laboratoire pour prédire la pénétration future dans un cadre de variabilité spatiale. Pour valider ces algorithmes, outre les résultats expérimentaux disponibles dans la bibliographie, on s’appuiera sur des données expérimentales collectées par les membres du projet sur plusieurs structures ligériennes (quai portuaire TMDC5, flotteur en béton, éléments de structures testés en laboratoire).
Poutres instrumentées installées sur le flotteur du site UN@PORT de Nantes Université
Ruptures scientifiques et innovation
Les ruptures scientifiques s’articulent autour de 5 verrous :
- proposer une modélisation de la résistivité qui rende compte d’une éventuelle connaissance a priori de propriétés du champ de résistivité (corrélation spatiale, front de chlorures etc) et qui en même temps diminue le paramétrage associé ; optimiser les algorithmes de résolution afin de tenir compte des erreurs de mesure et des erreurs de modélisation de la résistivité.
- passer de la cartographie de résistivité à une cartographie des ions chlorures. La relation n’est pas directe et on cherchera notamment à identifier un modèle prédictif du taux de chlorures en s’appuyant sur des bases de données liant taux d’humidité, taux de chlorure et résistivité électrique.
- identifier la viabilité spatiale des ions chlorures en fonction de la profondeur et du temps, ce qui n’a jamais été réalisé mais ce que rend possible le capteur de résistivité avec l’approche Trust-Chlorepredict développée par le GeM.
- analyser le rôle de la biocolonisation sur la pénétration des chlorures à 3 ans notamment sur la variabilité spatiale. On s’appuiera sur les résultats du projet SIMAR auquel s’adosse JUNIC.
- alimenter un modèle de prédiction de pénétration des ions chlorures à partir d’essais couplés accélérés en bac de marnage et des mesures in-situ.
Impact technique et économique attendu
Le projet va consister principalement à développer des algorithmes d’analyse de mesures issus de capteurs dont la technologie et la géométrie a été divulguée en publication suite à une analyse de brevetabilité de la SATT. L’impact économique est visé dans :
- la rationalisation du monitoring : instrumenter avec le nombre juste de capteurs et au bon endroit dans la structure afin de disposer de la quantité d’information nécessaire et suffisante pour optimiser la maintenance.
- la conception optimale des flotteurs (rationalisation de l’utilisation du béton à fort impact CO2).
- La connaissance de la quantité de béton polluée par les chlorures sur une série de flotteurs d’un parc afin d’anticiper leur recyclage.
Les partenaires MAREAL et SCE alimenteront la réflexion et les orientations des résultats du projet dans ce sens.
Démonstrateur
Un démonstrateur est visible sur demande sur la plateforme ESCOMar du GeM à Nantes ainsi que sur les sites d’essais UN@PORT 1 et 2 à La Turballe.
Perspectives
Instrumentation opérationnelle d’un quai : réponse à un AAP. Le projet devra servir de socle à un dépôt Interreg Atlantic Area, sur la base des consortium Duratinet.
Brevets produits
Le projet repose sur le brevet CHLOREDETECT, le produit SMARTCORE et R2PROBE
Retombées industrielles
Pour le pôle Ouvrages Maritimes de SCE , il s’agit en particulier d’approfondir ses connaissances afin d’accompagner au mieux les maîtres d’ouvrage, notamment dans le cadre de parcs d’éoliennes offshore ou de sous-stations, sur les différents volets suivants :
- Préconisation, en phase conception, de bétons adaptés à la durabilité vis-à- vis de la corrosion par pénétration des ions chlorures,
- Prédiction de la durée de vie résiduelle des ouvrages au regard de la pénétration des ions chlorures,
- Définition d’une stratégie d’entretien et de maintenance dans le cadre de parcs offshore,
- Définition de solutions de réhabilitation pour les structures présentant une pollution aux ions chlorures au moment du recyclage.
Mareal innove pour des solutions de fondations fixes et flottantes destinées à supporter des éoliennes offshore, particulièrement en ciblant le béton comme un matériau adapté à cette industrie, connaissant ses performances et endurances dans l’environnement marin; mais aussi avec vigilance en tenant compte des aspects environnementaux et des exigences de sécurité et de longévité en service.
Sur ce point, le danger des ions chlorure sur les armatures est identifié et connu, les dispositions constructives pour le palier ont un effet défavorable sur le dimensionnement, nécessitant de limiter la taille des fissures exposées et d’augmenter l’épaisseur d’enrobage.
C’est pourquoi le projet de jumeau numérique par la cartographie des ions chlorure dans les structures EMR en béton est pertinent, car il est crucial de mieux connaître la propagation de ces ions non seulement pour s’assurer de la pertinence des dispositifs employés, mais aussi pour comprendre comment contrôler cette propagation, tout en ouvrant la voie à des solutions d’optimisation.