Est-ce que le capteur sera endommagé par l’extrusion s’il est directement moulé dans le béton ?
En bref : Si des capteurs « nus » non protégés (comme des fibres nues ou des réseaux de Bragg nus) sont directement coulés dans du béton, ils seront très probablement écrasés ou rompus ; cependant, si des capteurs encapsulés professionnellement sont utilisés, ils ne seront pas du tout écrasés et fonctionneront de manière stable et avec une grande précision à long terme.
Dans l’installation « encastrée » en génie civil, le coulage direct de fibres optiques fragiles en dioxyde de silicium (fibre nue d’un diamètre typique de seulement 125\ \mu\text{m} , 250\ \mu\text{m} avec revêtement) dans le béton expose à plusieurs mécanismes de dommages physiques et chimiques mortels :
1. Dommages mécaniques pendant le processus de coulage du béton
Lors du coulage et du vibrage du béton, les granulats (agrégats) se déplacent violemment et s’entrechoquent. Pour les fibres micrométriques sans couche de protection, cela crée d’énormes forces locales de pression ponctuelle et de cisaillement. L’impact direct des granulats peut instantanément provoquer la rupture de la fibre nue.
2. Contraintes inégales pendant la prise et le service du béton
Au cours de la prise (réaction d’hydratation exothermique) et du durcissement du béton, un retrait volumique (Shrinkage) se produit. Cette déformation de retrait inégale applique des contraintes de cisaillement complexes à l’interface. Si le capteur manque d’un manchon de protection de compression suffisant, l’unité optique interne sera directement endommagée en raison d’une surcharge de pression locale.
3. Corrosion par l’environnement chimique
Une fois le béton durci, il se retrouve dans un environnement fortement alcalin (un \text{pH} souvent compris entre 12 et 13). L’eau, l’oxygène et les ions hydroxyde en forte concentration attaquent chimiquement la surface de la fibre de quartz (dioxyde de silicium) nue, initiant une fragilisation par corrosion sous contrainte, ce qui réduit considérablement sa durée de vie en fatigue physique, voire provoque une rupture rapide.
Solutions d’ingénierie générales : Encapsulation et protection métalliques et polymères
Pour résoudre ce problème, l’industrie utilise généralement des capteurs « encapsulés et fortement protégés » pour les installations encastrées. Par exemple, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) propose plusieurs capteurs à réseau de Bragg en fibre (FBG) spécialisés pour ces environnements de surveillance encastrés rigoureux et à haute résistance :
A. Surveillance de la déformation des armatures et du béton
Le OFSCN® Fiber Bragg Grating Rebar Strain Gauge est une application typique pour ce scénario. Il est généralement produit à partir du OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor.
- Mécanisme de protection physique : Le diamètre extérieur du capteur n’est que d’environ 1,1\text{mm} , et il utilise un tube en alliage élastique à haute résistance pour protéger de manière rigide la fibre de Bragg fragile.
- Résistance à l’écrasement : Le manchon isole complètement les pressions ponctuelles des granulats et les forces de cisaillement dues au retrait de solidification. Non seulement il n’est pas facilement écrasé, mais il transmet également avec précision les micro-déformations longitudinales réelles du béton ou des armatures au réseau interne.
B. Encastrement flexible et multi-points distribué
Pour la surveillance encastrée nécessitant une très haute résistance à l’eau et à l’humidité, ainsi qu’une résistance modérée, des capteurs encapsulés avec des polymères et renforcés par des tubes en acier inoxydable peuvent être utilisés :
- OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter) (diamètre extérieur n’excédant pas 1,2\text{mm} , avec une couche de protection en tube d’acier sans soudure)
- OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (1.5mm/2.3mm diameter) (diamètre extérieur n’excédant pas 2,3\text{mm} , avec une couche de protection en tube d’acier sans soudure)
Ces types de capteurs, grâce à la technologie de double manchon « couche tampon polymère + tube d’acier sans soudure », bloquent efficacement les pressions latérales ponctuelles tout en offrant une excellente flexibilité, une résistance à la traction et à la compression, ainsi qu’une capacité totale à sceller l’humidité et la corrosion chimique alcaline.
Conclusion : Tant que vous utilisez un capteur encapsulé protégé par un manchon métallique/polymère à haute résistance, que vous l’attachez à l’armature et que vous coulez et vibrez le béton, le capteur ne sera absolument pas écrasé et fournira des données précises sur l’évolution de la déformation et de la température internes du béton pendant des décennies.