Manuel de gestion du patrimoine routier
Un guide pour les professionnels !
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Les méthodes traditionnelles utilisées pour la collecte des données de gestion des actifs comprennent les méthodes manuelles, automatisées, semi-automatisées et à distance. Pour la collecte manuelle, les données sont documentées soit avec un stylo et du papier, soit - dans des cas plus récents - avec des ordinateurs de poche équipés d'un GPS. La collecte automatisée implique l'utilisation de capteurs routiers ou de véhicules polyvalents équipés d'un système de position/navigation (dispositif de mesure de distance et des antennes GPS), une combinaison de différentes technologies de détection (caméras vidéo, gyroscopes, capteurs laser, etc.) ainsi que du matériel informatique afin de saisir, stocker et traiter les données collectées. Les méthodes semi-automatiques font appel à des équipements similaires à ceux de la méthode entièrement automatisée, mais avec un degré d'automatisation moindre. La méthode de collecte à distance concerne l'utilisation d'images satellitaires et d'applications de télédétection (images à haute résolution acquises par des satellites, photos aériennes, etc.)
Au cours des dernières décennies, la collecte de données a montré une tendance à l'automatisation, à l'informatisation et à la numérisation. En outre, on s'attend à ce que le processus de gestion des actifs d’infrastructure tire parti des données en masse (Big Data) (par exemple, les données collectées par les utilisateurs par smartphone).
Les facteurs suivants déterminent le choix des technologies et des équipements pour la collecte de données :
Il sera avantageux que les équipements ou les méthodes utilisés pour la collecte des données puissent recueillir les données routières en une seule opération, de sorte que la collecte soit rentable et que le référencement soit cohérent. Le matériel de collecte de données peut être divisé en deux grandes catégories :
Divers autres types de technologies de collecte de données sont largement disponibles, par exemple, des drones pour inspecter les ponts, des appareils de mesure de profil de surface, des déflectomètres à poids tombant (FWD) pour mesurer la capacité structurelle de la chaussée et pour recalculer les propriétés de la chaussée et de la couche de fondation, ou des systèmes de mesure continue de la déflexion tels que le déflectomètre à charge roulante (RWD) et le déflectomètre à grande vitesse de déplacement (TSD), des équipements pour mesurer l'état et la rétroréflectivité du marquage routier, la résistance au roulement, l‘adhérence de surface de la chaussée, la détection et la télémétrie laser (LiDAR) pour cartographier les équipements et les caractéristiques des bords de route, le radar à pénétration de sol (GPR) pour déterminer l'épaisseur des couches de la chaussée et l'état de la surface des ponts. L'AIPCR a récemment terminé un rapport spécial (AIPCR 2018) sur l'utilisation des systèmes aériens sans pilote pour l'inspection de l'état des actifs et la collecte de données.
Les figures 2.1.3.2.1 à 2.1.3.2.9 montrent quelques exemples d'équipements et de systèmes de collecte de données.
Parmi les ajouts récents aux véhicules d'inspection numérique, citons l'utilisation de systèmes de mesure des fissures par laser (LCMS). Le LCMS est un système de balayage laser 3D à grande vitesse qui balaye une chaussée de 4 m de large en utilisant 4 000 points, et qui offre une précision transversale de 1 mm et une précision verticale de 0,5 mm. La fréquence est configurable par l'opérateur entre 5 600 ou 11 200 Hz. La résolution et la précision qui en résultent sont de 5 à 10 fois supérieures à celles des systèmes LiDAR mobiles classiques.
En outre, le LCMS est capable d'effectuer une inspection entièrement automatique de l'état de la chaussée et peut mesurer les paramètres clés suivants :
La figure 2.1.3.2.9 présente un exemple de sortie de détection de fissures par LCMS pour une surface de chaussée en asphalte.
Les ponts sont différents des autres catégories d'actifs car ils présentent de nombreuses caractéristiques, qui ont toutes un impact significatif sur la sécurité, les performances et les coûts de gestion. Par conséquent, les données sur les ponts sont souvent vastes et complexes. Les données qui soutiennent l'évaluation de la sécurité, de la performance et des coûts comprennent les données sur l'état des ponts et les données d'inventaire des ponts telles que le type et le matériau du pont, le service et l'utilisation, la géométrie, la capacité de charge et les besoins et coûts potentiels de travaux. Les données sur l'état et l'inventaire des ponts sont collectées pour soutenir la gestion des ponts individuels ainsi que la gestion du réseau routier.
En ce qui concerne les données d'état, il existe différents systèmes d'inspection et de collecte de données. L'un de ces systèmes peut être appelé évaluation de l'état général. Selon ce système, l'état des principaux éléments d'un pont est évalué indépendamment. Les principaux éléments sont le tablier, la superstructure et la sous-structure. Chaque élément se voit attribuer une valeur numérique unique représentative de l'état général de l'élément. Un exemple d'échelle numérique d'évaluation de l'état général est présenté dans le tableau 2.1.3.1.4.
Tableau 2.1.3.2 Système d'évaluation de l'état général des ponts
Les propriétaires de ponts utilisent les évaluations de l'état général pour analyser leur état général et aider dans les actions basiques de la gestion des ponts, telles que l'identification des besoins de haut niveau des ponts, l'établissement de mesures de performance et la fixation d'intervalles entre les inspections.
Un autre système d'inspection de l'état et de collecte de données est appelé évaluation de l'état des éléments. Ce système subdivise les composants en éléments plus fins que les composants et il quantifie le type, la gravité et l'étendue des défauts qui sont présents. Tout d'abord, les éléments uniques d'un pont pour lesquels des données sur l'état peuvent être collectées sont identifiés. Ensuite, la quantité de chaque élément est quantifiée par rapport à sa taille (surface ou longueur) ou le nombre d'éléments. Lors de chaque inspection, l'état de chaque élément est évalué et la quantité totale est répartie entre plusieurs états de condition en fonction du type et de la gravité des défauts. L'utilisation de quatre condition d’état est courante lorsque la condition d'état numéro un représente un état comme neuf et la condition d'état numéro quatre représente un état grave qui justifie une révision structurelle, une réparation ou un remplacement. Ce système est également utile car il permet de déterminer l'état des éléments qui sont essentiels à la protection du pont et à la prévention de sa détérioration, tels que les revêtements de protection du tablier, les joints du tablier, les revêtements et la protection contre l'érosion. L'état de ces éléments affecte considérablement la durée de vie du pont et le coût du cycle de vie pour gérer les ponts. Les propriétaires de ponts peuvent utiliser les données sur l'état des éléments pour des actions plus avancées de gestion des ponts, telles que l'identification précise des besoins d'entretien, de préservation et de réparation des ponts et les coûts associés, des mesures de performance détaillées qui se concentrent sur des caractéristiques spécifiques du pont (par exemple, les systèmes de protection qui prolongent la durée de vie), et des calculs d'évaluation des actifs.
Les données sur l'état des ponts sont normalement recueillies par des moyens visuels complétés par de simples dispositifs manuels, notamment des outils de sondage (marteaux) pour déterminer l'intégrité des matériaux, des outils de mesures (règles, pieds à coulisse, etc.) pour déterminer l'épaisseur restante de l'acier corrodé, les dimensions des fissures, les déplacements, etc. et des tarières manuelles pour déterminer l'intégrité du sol de fondation. Des outils avancés peuvent être utilisés pour inspections sur des problèmes et des vulnérabilités connus ou pour fournir une évaluation plus précise de phénomènes et de déficiences difficiles à détecter visuellement. Par exemple, les tabliers de pont sont normalement difficiles à évaluer sans interrompre la circulation et sont généralement composés de béton armé, un type de matériau dont les défauts peuvent ne pas être détectés par des moyens visuels. Certains propriétaires utilisent la thermographie infrarouge montée sur véhicule ou le géo-radar pour évaluer l'état des tabliers de pont. Cette collecte de données peut se faire à des vitesses de circulation normales et produire suffisamment de données pour identifier les besoins de traitement préventif précoce, déterminer l'action de travail la plus rentable pour les tabliers (préservation, réhabilitation ou remplacement), ou aider à la planification et à la budgétisation futures.
L'évaluation par thermographie infrarouge mesure les variations de température à la surface d'un objet. Les variations de température rayonnées résultent des différences de conductivité thermique, de capacité thermique spécifique et de densité de masse (figure 2.1.3.2.10). Lorsque le rayonnement solaire chauffe le tablier d'un pont, l'énergie absorbée est progressivement émise. La délamination, les vides et autres anomalies ont des propriétés différentes de celles du béton environnant et émettent un rayonnement différent. La thermographie infrarouge permet de bien identifier les emplacements des fissures ou des vides horizontaux. Les deux principaux modes de détérioration des tabliers de pont se traduisent par des fissures horizontales ou des vides plans. La corrosion de plusieurs barres d'armature de tablier de pont adjacentes entraîne une délamination, c'est-à-dire une fissuration horizontale et plane induite par l'augmentation du volume de l'acier due à la corrosion. La détérioration des revêtements rigides des tabliers de pont commence souvent par un décollement du substrat du tablier, qui apparaît sous la forme de vides horizontaux. Les études de thermographie infrarouge sont réalisées à l'aide de caméras infrarouges combinées à l'imagerie vidéo conventionnelle. Un examen manuel des images est ensuite effectué pour estimer l'emplacement, l'ampleur et la gravité de la détérioration, qui se manifeste par des endroits où l'émission est plus importante. 
L'évaluation par géo-radar consiste à émettre des ondes électromagnétiques et à mesurer les réflexions (figure 2.1.3.2.11). L'amplitude, la fréquence et les propriétés des ondes réfléchies dépendent des propriétés du matériau. Une partie de l'énergie est réfléchie par les différences, les interfaces et les discontinuités des matériaux. La surface du pont, la surface de l'acier de renforcement et les grands vides sont les réflecteurs prédominants. Le géo-radar n'est pas aussi performant que la thermographie infrarouge pour identifier la délamination du tablier et le décollement des couches, mais il permet de bien cartographier la profondeur de l'acier d'armature et d'évaluer le potentiel de détérioration et de délamination du béton. L'atténuation du signal au niveau de l'acier d'armature est normalement utilisée pour représenter l'état du tablier. Lorsqu'une antenne est centrée directement au-dessus de l'acier, on obtient le retour d'amplitude le plus élevé. Cette amplitude sera la plus élevée lorsque l'emplacement est en bon état et la plus faible en présence de corrosion et de délamination. Cette technologie nécessite une expertise spécialisée pour la collecte des données et le post-traitement pour une interprétation correcte des résultats. Comme pour la thermographie infrarouge, les données peuvent être utilisées pour estimer l'emplacement, l'amplitude et la gravité de la détérioration.
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