Cavités et vides
Volumes sans matériau ou dont le remplissage diffère du béton environnant.
Guide technique · Méthodologie
Tomographie ultrasonore du béton
Voir l'intérieur de la structure grâce à la réponse des ondes ultrasonores.
La tomographie ultrasonore analyse la structure interne du béton par réflexion d'impulsions d'ondes élastiques, produisant des coupes B-scan et, grâce aux acquisitions sur grille, des représentations tridimensionnelles.
Qu'est-ce que la tomographie ultrasonore ?
La tomographie ultrasonore est une méthode de contrôle non destructif fondée sur le principe pulse-echo : de brèves impulsions d'ondes élastiques sont appliquées à l'élément structural et la réponse réfléchie par le matériau est analysée.
La réflexion se produit lorsque le trajet de l'onde rencontre une variation des propriétés du milieu. L'intensité de la réponse dépend du contraste d'impédance acoustique : plus la différence entre le béton et l'élément rencontré est grande, plus la réflexion enregistrée est marquée.
Émission de l'impulsion
De brèves impulsions d'ondes élastiques sont générées et se propagent dans l'élément en béton.
Réflexion
L'impulsion est réfléchie sur les surfaces qui interrompent la continuité du matériau.
Contraste d'impédance acoustique
L'amplitude de la réflexion dépend du contraste d'impédance acoustique entre le béton et l'élément ou la discontinuité rencontré.
Acquisition du signal
Le signal réfléchi est acquis et enregistré avec les temps de parcours et les amplitudes correspondants.
Traitement de la réponse
Les données acquises sont traitées pour produire une représentation de la réponse du volume étudié.
Comment fonctionne l'acquisition
Le cheminement de l'information, de l'impulsion émise à la représentation tridimensionnelle, suit une séquence définie lors de la conception de l'investigation.
01
Impulsion ultrasonore
Émission d'ondes élastiques dans le matériau.
02
Réflexion
Réponse aux contrastes acoustiques.
03
Acquisition
Enregistrement du signal réfléchi.
04
B-scan
Coupe du volume étudié.
05
Acquisition sur grille
Répétition selon un maillage défini.
06
Reconstruction 3D
Assemblage tridimensionnel des données.
Dans le système documenté lors des campagnes Novatest, un ensemble de 12 capteurs fonctionne alternativement comme émetteur et récepteur, générant de nombreuses combinaisons de trajets à chaque position. Cette caractéristique concerne le système utilisé et ne doit pas être considérée comme commune à tous les systèmes tomographiques.
Ce qu'elle peut révéler
Les informations accessibles dépendent du contraste acoustique entre les éléments présents et le béton, ainsi que des conditions d'acquisition. La détectabilité d'une anomalie ne peut donc pas être présumée a priori.
Fissures
Surfaces de séparation pouvant générer une réflexion détectable.
Discontinuités
Variations internes de la configuration ou de la compacité du matériau.
Décollements internes
Séparations entre couches ou entre matériaux aux propriétés différentes.
Éléments métalliques
Armatures, inserts et autres éléments incorporés présentant un contraste acoustique élevé.
Anomalies de la configuration interne
Écarts par rapport à la géométrie attendue ou documentée de l'élément.
Du B-scan à la représentation 3D
Une acquisition unique fournit une coupe du volume étudié, appelée B-scan. En répétant les acquisitions selon une grille définie, les données peuvent être combinées pour obtenir une représentation tridimensionnelle de la partie analysée de l'élément.
Acquisition unique
Coupe B-scan : les réflexions enregistrées sont représentées en fonction de la position et de la profondeur, mettant en évidence la réponse du volume étudié.
Acquisition sur grille
Reconstruction tridimensionnelle obtenue en combinant des acquisitions successives sur un maillage, avec visualisation de la configuration interne de la partie analysée.
Quand le GPR précède la tomographie
Dans certaines campagnes documentées, le géoradar a été utilisé au préalable pour reconstituer la géométrie interne de l'élément, localiser les armatures et les éléments incorporés, puis orienter l'acquisition tomographique vers les zones pertinentes.
Les deux méthodes fournissent des informations de nature différente : leur combinaison constitue un exemple documenté de stratégie d'investigation, et non une procédure obligatoire ni une séquence applicable à tous les contextes.
GPR
Localisation et géométrie
Tomographie ultrasonore
Analyse approfondie des caractéristiques internes
Corrélation des données
Interprétation intégrée des informations acquises
Applications aux structures précontraintes
Dans les éléments contenant des câbles ou des torons de précontrainte, la tomographie ultrasonore peut contribuer à l'analyse de la configuration interne, à condition que l'investigation soit conçue en tenant compte des caractéristiques de l'élément.
L'évaluation préalable de la géométrie et de l'épaisseur de l'élément, la vérification de l'enrobage disponible et le choix de la direction d'observation influencent de manière déterminante la qualité des informations accessibles.
- Évaluation préalable de la géométrie et de l'épaisseur de l'élément
- Vérification d'un enrobage adapté à l'objectif de l'investigation
- Effet d'ombre possible dû aux éléments superficiels fortement réfléchissants
- Choix raisonné de la direction d'observation
- Validation préalable sur des parties connues de la structure, si possible
Limites et conditions d'applicabilité
Encadré technique
- Géométrie de l'élément étudié
- Épaisseur de la partie à analyser
- Qualité et homogénéité du béton
- État de la surface de contact
- Présence de revêtements ou de finitions
- Éléments fortement réfléchissants
- Atténuation du signal en profondeur
- Effet d'ombre dû aux éléments proches de la surface
- Nécessité d'essais préalables, le cas échéant
La tomographie ultrasonore est un outil de diagnostic : la qualité du résultat dépend d'une conception adaptée de l'investigation et de l'interprétation des données.
Exemple d'application : viaduc Via Mario de Bernardi
En 2019, Novatest a réalisé une campagne de diagnostic sur le viaduc de Via Mario de Bernardi, près de l'aéroport de Fiumicino, afin d'obtenir des informations sur la configuration interne des éléments structuraux existants.
La campagne a fait appel à la tomographie ultrasonore, au GPR et à la radiographie numérique. Cette page se concentre sur l'apport de la tomographie et sur sa relation méthodologique avec les investigations géoradar.
Le GPR a fourni des informations préliminaires sur la configuration interne, tandis que la tomographie a permis d'approfondir la réponse de l'élément par des acquisitions ultrasonores.
Découvrir le cas complet des investigations sur les ponts et viaducs :
L'instrumentation
Les campagnes décrites ont été réalisées avec le système tomographique A1040 MIRA. L'instrumentation reste toutefois un élément secondaire : la qualité du résultat dépend de la conception de l'investigation et de l'interprétation technique des données acquises.
Quand choisir la tomographie ultrasonore ?
La tomographie ultrasonore peut être envisagée lorsqu'il est nécessaire de :
- Approfondir les anomalies internes déjà signalées
- Analyser des éléments en béton
- Étudier des discontinuités de nature inconnue
- Obtenir des informations en coupe ou tridimensionnelles
- Approfondir l'étude de zones déjà repérées par d'autres méthodes
Le choix de la méthode doit être défini en fonction de l'objectif du diagnostic, de la structure et des conditions opérationnelles.
Questions fréquentes
- Qu'est-ce que la tomographie ultrasonore du béton ?
- Il s'agit d'une méthode de contrôle non destructif qui analyse la structure interne du béton par réflexion d'impulsions d'ondes élastiques. Les réflexions enregistrées sont traitées pour produire des coupes B-scan et, par des acquisitions sur une grille, des représentations tridimensionnelles de l'élément étudié.
- Que signifie la méthode pulse-echo ?
- La méthode pulse-echo consiste à émettre de brèves impulsions d'ondes élastiques et à enregistrer leur réflexion. Celle-ci se produit sur des surfaces présentant un contraste d'impédance acoustique avec le matériau environnant, telles que des discontinuités, des vides ou des éléments aux propriétés différentes.
- Que peut révéler la tomographie ultrasonore ?
- Selon le contraste acoustique et les conditions d'acquisition, la tomographie ultrasonore peut révéler des cavités et des vides, des fissures, des discontinuités, des décollements internes, des éléments métalliques et des anomalies de la configuration interne. La réponse n'est jamais garantie a priori : elle dépend de la géométrie, du matériau et d'une conception adaptée de l'investigation.
- Quelle est la différence entre un B-scan et une reconstruction 3D ?
- Une acquisition unique fournit une coupe verticale du volume étudié, appelée B-scan. En répétant les acquisitions selon une grille prédéfinie, il est possible de combiner les données pour obtenir une représentation tridimensionnelle de la partie analysée de l'élément.
- La tomographie ultrasonore est-elle applicable aux éléments précontraints ?
- Elle peut servir à analyser des éléments contenant des câbles ou des torons de précontrainte, après évaluation de leur géométrie et de leur épaisseur, de l'enrobage disponible, de la direction d'observation la plus adaptée et des effets d'ombre possibles dus aux éléments fortement réfléchissants. Une validation préalable sur une partie connue de la structure est souvent appropriée.
Devez-vous vérifier ce qui se trouve à l'intérieur d'un élément structural ?
Le choix de la méthode dépend de l'objectif de l'investigation, de la géométrie de l'élément et des conditions opérationnelles.