Nouvelles infrastructures de transport et de production d'énergie

Face aux enjeux des nouvelles mobilités, des innovations émergent sur les infrastructures de transport et de production et stockage d’énergie.

Avec le soutien de la Commission Européenne, de la CEDR et du FEHRL, une feuille de route sur l’avenir des infrastructures de transport a été développée dans le cadre du projet FORx4 (Forever Open Road, Rail, River and Runway), et plus précisément dans les projets FOX et USE-IT, portant une vision de la construction et de l’adaptation de ces infrastructures à la mobilité du futur, à l’inter-modalité et aux changements climatiques. Officiellement lancée au cours du TRA 2018 à Vienne, cette feuille de route propose un environnement et une culture de R&D intermodale et des orientations de recherche pour la construction, l'auscultation, la maintenance et le recyclage.

Projet FOX : Forever Open infrastructure across all transport modes – Road map

Ambition du projet FOX : développer un environnement et une culture de R&D intermodale afin de répondre aux futures exigences du transport et de la connectivité des personnes et des biens. Ce projet s’intéresse aux différentes phases du cycle de vie des infrastructures de transport, à savoir la construction, l’auscultation, la maintenance et la fin de vie des matériaux (recyclage). Il traite des infrastructures routières, aéroportuaires, ferroviaires et fluviales. Dans un premier temps, FOX a permis de construire un réseau de chercheurs et de praticiens des différents modes de transport, partageant des points de vue et une culture technique commune. Dans un second temps, le projet a permis d’établir des feuilles de route afin d’encourager l'innovation et le développement de recherches intermodales, ainsi que d’évaluer leur potentiel à court, moyen et long terme. Le projet a débuté par un état de l’art des recherches en cours et des pratiques de pointe pour tous les aspects du cycle de vie d’une infrastructure de transport. Il visait à mettre en évidence les problèmes liés à chaque méthode ou technologie. Dans un deuxième temps, les méthodes les plus prometteuses pour le développement intermodal ont été identifiées et analysées. La troisième étape a été consacrée à l'élaboration d'une feuille de route pour les futures initiatives de recherche, de développement et de mise en œuvre dans les quatre modes de transport.

La Route de 5e Génération

La Route de 5e Génération (R5G) est constituée de briques technologiques préparant le futur, dont la route à énergie positive, thermique ou électrique, instrumentée et communicante… L’Ifsttar contribue à la mise au point et la construction des démonstrateurs R5G du projet I-Street, répondant à l’appel à projets du Programme d'investissements d'avenir (PIA) « Route du futur » financé par l’ADEME, au sein d’un consortium avec Eiffage et TOTAL. Trois grands démonstrateurs sont déployés : sur le manège de fatigue de l’Ifsttar à Nantes (2017), au sein de l’EQUIPEX Sense-City (2017) et sur la RD 199 du territoire de Marne-La-Vallée (en cours). L’originalité de cette nouvelle génération de voirie est l’interfaçage entre le bâti et l’infrastructure routière de manière à optimiser l’ensemble au service du citoyen usager. Ces démonstrateurs participent notamment à l’optimisation des échanges énergétiques entre la voirie et les bâtiments proches, à la réduction des nuisances sonores et des pollutions, de l’effet îlots de chaleur, et à la gestion des eaux de ruissellement. En outre, R5G se diversifie sur des projets régionaux avec le déploiement de solutions énergétiques et de mobilité innovantes. 

Projet SURFFEOL : surveillance et fiabilité des fondations d'éoliennes (Ifsttar/Région Pays de Loire, 2014-2017)

À travers le projet SURFFEOL piloté par l’EC Nantes, l’expertise de l’Institut sur les matériaux, les structures, la géotechnique et les composants et systèmes a été mise en œuvre pour soutenir la conception et la construction d’infrastructures de production et de stockage d’énergies renouvelables. Soutenu par la Région Pays de la Loire, ce projet portait sur l’instrumentation et l’auscultation des structures de génie civil pour les énergies marines renouvelables et des éoliennes offshore. Il visait à déployer des outils et méthodes permettant d’améliorer la durabilité et la fiabilité des fondations d’éoliennes offshore. Au cours de SURFFEOL, il a été possible d'évaluer en laboratoire différents systèmes de monitoring de la corrosion et procédés anticorrosion (réalisation d'un dispositif de marnage accéléré notamment). Une évaluation en laboratoire de plusieurs méthodes de monitoring de la fatigue (jauge de fatigue, fibre optique) a été également réalisée. Ces méthodes et techniques ont été validées en grande partie à l’aide d'un démonstrateur en mer mis en place au large du Croisic. Des coupons et éprouvettes instrumentés ont permis de suivre les mécanismes de corrosion et de fatigue sur le démonstrateur avec une possibilité d’interrogation à distance via un portail web dédié. La valorisation de ce projet est orientée vers un partage de connaissances avec la communauté des EMR (énergies marines renouvelables) à travers une communication internationale (EWSHM: European Workshop on Structural Health Monitoring) et plusieurs communications nationales. SURFFEOL a été l’occasion d’accueillir Mélanie Denecker durant 12 mois en stage postdoctoral.

SURFFEOL_img
Monitoring de la fatigue par jauges de contrainte et fibres optiques
© L. Gaillet et X. Chapeleau / Ifsttar–MAST et COSYS

Le banc de fatigue des câbles a retrouvé une deuxième jeunesse

Le banc de fatigue des câbles (BFC) permet de tester en capacité réelle des câbles de génie civil ou des systèmes techniques de géométrie tubulaire. Ce type de test est une nécessité  pour valider toute solution technique innovante et s’assurer de la durabilité/intégrité du produit lorsqu’il est soumis à ces contraintes réelles d’exploitation.

L’Ifsttar s’est doté dès 1989 de cet équipement unique en France – l’un des trois bancs d'essais de ce type recensés dans le monde - et l’a rénové intégralement en 2017. Historiquement dédié aux essais de tenue à la fatigue des câbles et ancrages des ponts précontraints, suspendus, à haubans pour qualifier leurs systèmes de haubanage pour des mises en œuvre en France et à l’international (ponts Rion-Antirion, Millau...), il est dorénavant aussi dédié aux installations offshore. De nouveaux partenaires s’intéressent au comportement en grandeur réelle de solutions techniques développées dans le cadre de problématiques liées à l'exploitation offshore ou à la prévention des risques sismiques.

Le câble et ses ancrages sont placés sous tension statique puis soumis à une variation cyclique de force. Les forces appliquées varient de quelques pourcents à 80 % de la force nécessaire à la rupture. Des capteurs acoustiques permettent de détecter et de localiser les ruptures pouvant se produire en cours d’essai.

Les dernières évolutions de l’équipement permettent d’effectuer des essais de fatigue complexe en combinant des efforts de traction et de flexion.

Le BFC en quelques chiffres :

  • mise en charge statique : 3 vérins hydrauliques, charge max 24 000 kN (kilonewton)
  • sollicitation de flexion : 1 vérin hydraulique, course de 100 mm, charge max 250 kN

Les recherches menées par l'Ifsttar à l'aide de cet "équipement remarquable" ont permis de mieux comprendre le vieillissement des câbles utilisés en génie civil et de proposer des solutions pour anticiper ou prévenir ces dégradations.

Dans les années à venir, les champs d'intervention du BFC vont considérablement s'élargir, notamment vers les thématiques de recherche liées à l’offshore comme l’augmentation de la sûreté des installations d’extraction pétrolière ou les problématiques de l'exploitation des EMR, domaine à très forts enjeux économiques.

Dans ce contexte, le laboratoire SMC de l'Ifsttar - qui a en charge le BFC - a un rôle majeur à jouer en mettant à la disposition des projets de R&D un équipement expérimental quasiment unique au monde. Les gains de temps de développement de solutions innovantes que permettent les essais accélérés en vraie grandeur peuvent se révéler cruciaux dans le contexte mondial de compétition scientifique, technique et économique autour de l'exploitation des énergies marines.  

Banc de Fatigue des Câbles_img
Banc de Fatigue des Câbles.
© L. Gaillet / Ifsttar–MAST