En plus des voitures volantes et de la téléportation instantanée, ponts intelligents, les routes et les lignes de métro qui peuvent envoyer des avertissements lorsqu'elles sont endommagées sont des éléments de base des systèmes de transport futuristes de la science-fiction.

Sandia National Laboratories a travaillé avec Structural Monitoring Systems PLC, un fabricant britannique de capteurs de surveillance de la santé structurelle, depuis plus de 15 ans pour faire de cette science-fiction un fait scientifique. Ils ont équipé un pont américain d'un réseau de huit capteurs en temps réel capables d'alerter les ingénieurs de maintenance lorsqu'ils détectent une fissure ou lorsqu'une fissure atteint une longueur nécessitant une réparation.

La semaine prochaine, Sandia Senior Scientist Dennis Roach présentera le travail de son équipe à la neuvième Conférence internationale sur l'entretien des ponts, Sécurité et gestion. Sa présentation comprendra des données sur ce pont d'essai, une évaluation générale des capteurs utilisés et sa proposition sur la façon de rendre la surveillance de la santé structurelle plus routinière dans les infrastructures de transport.

L'objectif de la surveillance de la santé structurelle est d'augmenter la supervision des zones critiques, prolonger la durée de vie des ouvrages et, à terme, réduire les coûts d'exploitation et améliorer la sécurité. Afin d'évaluer l'état d'un pont ou d'un autre type d'infrastructure de transport, des capteurs sont montés sur la structure et leurs données doivent être correctement analysées.

En 2016, plus de 54, 000 ponts aux États-Unis ont été classés comme « structurellement déficients » par le National Bridge Inventory de la Federal Highway Administration. Cela signifie qu'environ 9 % des ponts américains nécessitent une surveillance régulière. "Les zones difficiles d'accès ou les choses éloignées comme les ponts, les pipelines et autres structures critiques présentent des défis importants pour surveiller correctement la santé de la structure ou de l'équipement, " a déclaré Roach. " Un réseau de capteurs de surveillance de la santé structurelle pourrait être une solution, ou du moins contribuer à assurer la vigilance nécessaire sur ces composants. »

Récemment, Sandia et systèmes de surveillance structurelle, qui a une présence importante en Amérique du Nord, a collaboré avec Delta Air Lines Inc. et la Federal Aviation Administration pour obtenir la certification de l'industrie des capteurs de surveillance comparative du vide pour la détection de fissures sur les avions commerciaux. Le travail de Roach avec la surveillance de la santé structurelle des avions commerciaux a commencé en 2001 par le biais du Airworthiness Assurance Center de la FAA, qui est exploité par Sandia pour la FAA depuis 1990.

Capteurs de surveillance du vide comparatifs « à toute épreuve »

Le système de surveillance de la santé structurelle du pont d'essai se compose de huit capteurs de surveillance comparative du vide, une pompe à vide pour former le vide, un système de contrôle pour allumer la pompe à vide et vérifier périodiquement les capteurs et un dispositif de transmission sans fil pour appeler ou envoyer un SMS de manière autonome aux ingénieurs de maintenance si un capteur détecte une fissure. L'ensemble du système est alimenté par une batterie lithium-ion, qui se recharge par un panneau solaire.

Les capteurs ont été placés le long de plusieurs soudures sur une ferme à 100 pieds au-dessus du pont, ou chaussée plate, sur un pont suspendu.

Les capteurs comparatifs de surveillance du vide produits par Structural Monitoring Systems sont constitués de matériaux minces, Téflon flexible et ont des rangées de petits canaux, appelés galeries. Ils peuvent être collés sur des joints ou des soudures critiques ou placés à proximité d'autres endroits où des fissures sont susceptibles de se former. Quand le métal est entier, la pompe est capable d'évacuer tout l'air des galeries, formant un vide. Lorsqu'une petite fissure se forme dans le métal sous le capteur, il ne peut plus faire le vide, similaire à la façon dont un aspirateur cesse de fonctionner lorsque le tuyau a une fuite. Ces capteurs peuvent détecter des fissures plus petites que l'épaisseur d'un centime.

Les capteurs peuvent être produits sous de nombreuses formes différentes, selon la région à surveiller, comme à travers une longue soudure ou autour d'une série de boulons. Ils peuvent même être placés en série devant une toute petite fissure, pour voir s'il grandit et si oui, à quelle vitesse. Chaque capteur dispose de nombreuses galeries de contrôle et de matériel de surveillance afin qu'il puisse dire s'il y a un problème avec le capteur ou les tubes de connexion. En raison de ces galeries de contrôle, les capteurs sont pratiquement infaillibles.

Henri Kroker, un ingénieur des systèmes de surveillance des structures qui a joué un rôle clé dans le projet de surveillance du pont, mentionné, « Les capteurs de surveillance du vide comparatif fournissent un élégant « feu vert, Méthode Red-Light pour surveiller en permanence les composants critiques. En de nombreuses années d'essai et d'utilisation permanente dans l'aviation et maintenant les industries civiles, ces capteurs n'ont produit aucun faux appel."

L'avenir de la surveillance de la santé structurelle

Les travaux de l'équipe sur les infrastructures intelligentes ont commencé en 2005 dans le cadre d'un projet de recherche et développement dirigé par un laboratoire parrainé par Sandia. Le projet a exploré l'utilisation de capteurs montés et de transfert de données sans fil pour surveiller en permanence un large éventail de structures civiles allant des équipements miniers lourds aux systèmes ferroviaires et aux ponts. Ces capteurs peuvent surveiller la santé des structures et des dispositifs mécaniques en détectant la présence de corrosion et de fissures et même l'état des pièces mobiles critiques.

Roach et son équipe utilisent également des capteurs piézoélectriques, fibres optiques et capteurs à courants de Foucault imprimés pour la surveillance de la santé structurelle. Capteurs à courants de Foucault imprimés, une technologie brevetée Sandia, peut être installé sur des surfaces courbes et utiliser les changements de champ magnétique pour détecter les fissures. D'autre part, un réseau de capteurs piézoélectriques peut surveiller une vaste zone au lieu de quelques patchs. Chaque capteur envoie à tour de rôle une vibration à travers le matériau sous-jacent que les autres capteurs reçoivent. Des fissures ou d'autres dommages au sein du réseau de capteurs modifient le "pas" de ces vibrations. Cependant, ces changements de hauteur sont plus complexes que les résultats « oui » ou « non » des moniteurs de vide. La surveillance comparative du vide est prête et certifiée pour un usage commercial, les autres technologies sont encore à différents stades d'essais en laboratoire et sur le terrain.

Tom Riz, l'ingénieur d'essais mécaniques chargé de tester divers systèmes de surveillance de la santé des structures, a déclaré "En 15 ans de test des capteurs de surveillance du vide comparatif, ils ont obtenu un bilan remarquable pour la production d'une surveillance fiable de la santé structurelle. Une fois qu'ils sont intégrés à d'autres systèmes, dans les domaines préoccupants, ça va juste faire des avions, les trains et les ponts sont de plus en plus sûrs avec le temps."

La surveillance de la santé structurelle est particulièrement bonne pour les zones difficiles d'accès ou éloignées, mais ce n'est pas une panacée pour tous les besoins d'inspection, dit Roach. "Il y a encore beaucoup de fois où vous voulez un humain avec une lampe de poche ou un autre équipement d'inspection, raisonner." Avec cette mise en garde, il a ajouté que « la surveillance de la santé structurelle ne fait que commencer à effleurer la surface des divers types d'infrastructures pour lesquelles elle pourrait être utilisée ».

Autorails et voies ferrées, navires, éoliennes, centrales électriques, pipelines distants, réservoirs de stockage, Véhicules, même les bâtiments pourraient bénéficier du temps réel, surveillance de la santé structurelle à distance. « L'industrie des infrastructures civiles est de plus en plus consciente des avantages que la surveillance de la santé structurelle peut apporter et est désormais intéressée à les utiliser, " dit Roach.