Le béton intelligent pourrait ouvrir la voie à des routes de haute technologie et rentables – GCN
Le béton intelligent pourrait ouvrir la voie à des routes de haute technologie et rentables
Chaque jour, les Américains voyagent sur des routes, des ponts et des autoroutes sans se soucier de la sécurité ou de la fiabilité de ces structures. Pourtant, une grande partie de l’infrastructure de transport aux États-Unis est désuète, se détériore et a grandement besoin de réparations.
Sur les 614387 ponts aux États-Unis, par exemple, 39% sont plus vieux que leur durée de vie prévue, tandis que près de 10% sont structurellement déficients, ce qui signifie qu’ils pourraient commencer à tomber en panne plus rapidement ou, pire, être vulnérables à une défaillance catastrophique.
Le coût de la réparation et de l’amélioration des infrastructures de transport à l’échelle nationale varie de près de 190 milliards de dollars à près de 1 billion de dollars. La réparation des infrastructures américaines coûte en moyenne aux ménages individuels environ 3 400 dollars par an. On estime à elle seule que la congestion routière coûte au conducteur moyen 1 400 $ en carburant et en temps de trajet, soit un total national de plus de 160 milliards de dollars par an.
Je suis professeur à la Lyles School of Civil Engineering et directeur du Center for Intelligent Infrastructures à Purdue University. Mon co-auteur, Vishal Saravade, fait partie de mon équipe du laboratoire des matériaux durables et des technologies renouvelables (SMART). Le SMART Lab recherche et développe de nouvelles technologies pour rendre l’infrastructure américaine «intelligente», plus sûre et plus rentable. Ces nouveaux systèmes auto-surveillent l’état des routes et des ponts avec rapidité et précision et peuvent, parfois, se réparer eux-mêmes.
Béton intelligent et auto-cicatrisant
Les infrastructures – ponts, autoroutes, chaussées – se détériorent au fil du temps avec une utilisation continue. La durée de vie des structures pourrait cependant être prolongée si les dommages étaient surveillés en temps réel et corrigés rapidement. Dans le nord des États-Unis, par exemple, les cycles de gel-dégel en hiver font que l’eau s’infiltre dans la chaussée où elle gèle, se dilate et élargit les fissures, ce qui peut causer des dommages importants. S’ils ne sont pas réparés, ces dommages peuvent se propager et briser les chaussées et les ponts.
Ces dommages peuvent être identifiés et réparés de manière autonome. À un stade précoce d’une fissure, par exemple, un revêtement auto-cicatrisant activerait des polymères super absorbants pour absorber l’eau et produire un matériau semblable à du béton qui remplissait la fissure. Des fissures aussi petites que quelques microns pourraient être guéries pour éviter des dommages importants en empêchant ou en retardant les étapes ultérieures du cycle de gel-dégel.
Technologie routière
De nombreux chercheurs dans le monde travaillent à l’amélioration des infrastructures de construction. Les technologies récemment explorées comprennent les routes solaires et à récupération d’énergie, les voies de recharge pour les véhicules électriques, les lampadaires intelligents et la réduction des émissions de carbone des matériaux de construction.
Au Purdue SMART Lab, notre équipe teste également de nouveaux capteurs qui surveillent l’infrastructure de transport en les intégrant dans plusieurs autoroutes inter-États de l’Indiana. Nous prévoyons de nous étendre à d’autres réseaux routiers nationaux au cours des prochaines années dans le but de mieux accueillir l’augmentation du trafic et de fournir des estimations précises de l’état des routes pendant la construction et sa durée de vie.
Les capteurs intégrés dans une chaussée en béton acquièrent des informations sur l’état de santé de l’infrastructure en temps réel et communiquent les données aux ordinateurs. Les signaux électriques sont appliqués à travers les capteurs. Les vibrations du béton sont converties en signaux électriques qui sont lus et analysés par un logiciel personnalisé construit en laboratoire. Cela permet aux ingénieurs des transports de prendre des décisions efficaces et fondées sur des données, d’ouvrir les routes à la circulation et d’identifier de manière proactive les problèmes qui causent des dommages ou une détérioration.
Une fois le béton coulé pour le revêtement routier, par exemple, il faut des heures pour durcir et devenir suffisamment solide pour s’ouvrir à la circulation. Le moment de l’ouverture d’une autoroute dépend du moment où le mélange de béton est durci. Si une chaussée s’ouvre trop tôt et que le béton n’est pas suffisamment durci, cela peut réduire la durée de vie de la chaussée et augmenter les coûts d’entretien. Attendre trop longtemps pour ouvrir une route peut entraîner des retards de circulation, des embouteillages et des risques accrus pour la sécurité des travailleurs de la construction et des navetteurs. Le durcissement du béton pour les projets routiers massifs nécessite une attention particulière de la part des ingénieurs en conjonction avec les conditions météorologiques spécifiques à cette région.
Des capteurs intelligents intégrés dans le béton permettent aux ingénieurs de surveiller l’infrastructure et de prendre des décisions basées sur des données sur le moment où une route peut s’ouvrir tout en conservant une espérance de vie maximale. Les capteurs peuvent également aider à surveiller la qualité du béton et à déterminer s’il est suffisamment robuste pour résister à la circulation et à la corrosion après l’ouverture d’une chaussée. Une infrastructure intelligente et efficace peut réduire considérablement les défaillances structurelles, à la fois catastrophiques et dues à l’usure normale, ainsi que réduire les coûts et fournir de nouvelles façons aux ingénieurs en structure d’évaluer les informations en temps réel sur la chaussée.
Gain de temps et d’argent
Le Congrès reconnaît la nécessité d’investir dans les systèmes de transport américains. Un ensemble de lois de 494 milliards de dollars, le INVEST In America Act, a été récemment introduit pour lutter contre la détérioration des routes et des ponts américains tout en diminuant la pollution par le carbone.
Des capteurs intelligents et un système d’infrastructure intelligent peuvent permettre d’importantes économies de temps et d’argent avec une sécurité de construction améliorée. Les capteurs peuvent fournir aux ingénieurs des données en temps réel sur la qualité de notre infrastructure afin de prendre les meilleures décisions pour la construction et l’entretien des routes, des ponts et des chaussées tout en améliorant la sécurité des conducteurs et des travailleurs de la construction. L’ajout de propriétés autoréparables peut aider à construire une infrastructure durable et durable pour réduire l’entretien et les coûts.
Cet article a été publié pour la première fois sur The Conversation.
à propos des auteurs
Luna Lu est une chercheuse ACPA et professeure de génie civil à l’Université Purdue.
Vishal Saravade est chercheur post-doctoral à l’Université Purdue.