Protection contre les hautes vagues : des résultats de mesure fiables garantis par les appareils HBM lors de l’expérimentation scientifique d’une digue.

Modèle de digue à l’Université de Catalunya
Vue de côté du modèle de digue

Pour pouvoir résister aux assauts d’une puissante mer, il est très important que les digues soient solides et stables. Elles doivent donc être conçues dans ce but. En effet, qu’est-ce qui se passe lorsque qu’une énorme vague vient frapper une digue avec une grande force ? Jusqu’ici des scientifiques avaient travaillé uniquement avec des formules pour calculer la force et la pression d’impact mais ne disposaient d’aucune donnée expérimentale.

Les scientifiques de l'université polytechnique de Catalunya de Barcelone, en Espagne, ont développé pour la première fois une approche expérimentale destinée à déterminer les forces exercées par l'impact des vagues.

Des capteurs de pression et de force associés aux amplificateurs de mesure HBM de haute qualité ont joué un rôle majeur dans cette expérimentation.

Disposition des capteurs de pression sur le modèle de digue

Paroi frontale du modèle
Capteurs de pression HBM installés sur le modèle
Vague frappant le modèle

L'impact d'une vague se brisant sur un mur vertical est un phénomène rapide et très puissant qu’il est vraiment difficile de quantifier. Il est donc important de mesurer toute la force et son point d'impact, lorsque la vague frappe la digue afin de pouvoir en prévoir les charges et de concevoir correctement la digue. La pression est aussi une grandeur importante dans la conception de l'armure en béton armé de la digue.

Pour cela, un modèle physique a été construit dans le Maritime Engineering Laboratory de l'Université Polytechnique de Catalunya (LIM-UPC). Le modèle de digue a été équipé de 6 capteurs de pression P8AP, placés dans la zone d'impact de manière à mesurer la répartition verticale de la pression.

La structure est soutenue par deux capteurs de pesage Z6C3 de façon à mesurer la force globale et l’impulsion générée par l'impact de la vague.

Capteur de pression absolue P8AP

Le P8AP est un capteur de pression absolue construit autour d’un corps d’épreuve équipé des jauges contrainte pour une capacité nominale de 10 bars avec une classe de précision de 0,3. Ces capteurs P8AP, avec un degré de protection IP67, sont assez bien protégés mais ne sont pas imperméables à l’eau. Pour cette raison, une boîte de protection contre l’eau est donc  nécessaire.

20 trous ont été réalisés sur la paroi frontale afin de pouvoir essayer différentes dispositions des capteurs de pression. Six trous sont ainsi équipés de capteurs, les autres sont obstrués  par des vis pour rendre en quelque sorte la paroi frontale plus imperméable à l'eau.

Après quelques essais, en utilisant les divers emplacements des capteurs de pression, le positionnement définitif de ces capteurs a été trouvé. Les six capteurs sont placés sur la même verticale à une distance de 25 mm les uns des autres.

Utilisation de capteurs de pesage Z6

Les Z6 de HBM sont des capteurs de pesage travaillant en flexion, dans ce cas ils sont prévus pour une charge nominale de 50 kg avec une précision de 0.009% (de la capacité maximale). Les capteurs ont été fixés mécaniquement sur la boîte protectrice des capteurs de pression et fixés sur la structure réticulaire décrite auparavant.

Il est très important que la liaison mécanique soit très rigide pour ne pas absorber une quelconque force qui pourrait affecter la mesure. Une structure réticulaire, fixée sur la super structure de la canalisation de la vague (indépendante de la canalisation de vague elle-même) est utilisée  parce que dans une structure réticulaire seules les forces normales sont utilisées et les noeuds sont fixes. La rigidité des capteurs de pesage doit être inférieure à la rigidité de la structure réticulaire pour pouvoir se déformer et permettre de mesurer correctement la force.

L'association des deux capteurs de pesage positionnés à deux endroits différents est nécessaire pour obtenir une série chronologique de toute la force, de l’impulsion et du point d'application de la force.

Système d’acquisition de données raccordable à tous les capteurs

Courbe Temps / Pression
Courbe Force / Fréquence
Données Pression et Charge

Comme le phénomène est très rapide (quelques millisecondes), l’amplificateur de mesure, à 8 voies, QuantumX MX840 de HBM représentait la meilleure option disponible sur le marché avec une fréquence d'échantillonnage maximale de 19200 hertz pour toutes les voies. Les capteurs de pression et de pesage ont tous été raccordés sur le QuantumX lui-même en communication avec le logiciel catmanEasy.

La possibilité de relier les six capteurs de pression et les deux capteurs de pesage dans le même système d’acquisition et de pouvoir échantillonner à de très grandes vitesses ont été primordiaux quand il s’agissait de comparer les résultats obtenus à partir des deux ensembles capteurs.

Pour vérifier les résultats, une comparaison entre les résultats des capteurs de pression et les capteurs de pesage a été faite en intégrant sur la section verticale la distribution de la pression déterminée avec les P8AP.

Des résultats préliminaires ont montré à basse fréquence d'échantillonnage une bonne concordance entre les résultats des capteurs de pression et de pesage. En augmentant la fréquence d'échantillonnage cette concordance avait tendance à diminuer. Quelques capteurs ont été placés dans une zone humide/sèche dans laquelle la présence d'un mélange d'air et d'eau et la géométrie des P8AP pouvaient générer des problèmes pendant la mesure, problèmes résultants de la compressibilité de l'air.

Pour résoudre ce problème, l'embouchure des capteurs  a été remplie de glycérine et un vide a été fait afin d'éviter toute vibration de la membrane et toute perte de glycérine.

Une des prochaines étapes de cette campagne expérimentale sera d'améliorer la résolution par l'acquisition de 8 capteurs supplémentaires et d'un autre QuantumX MX840.

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