L'effondrement du pont de Gênes et ses conséquences sur l'entretien des infrastructures vieillissantes
Les ponts à la structure défectueuse, les barrages dangereux et les routes à l'abandon étant des problèmes de plus en plus courants, les infrastructures vieillissantes mal surveillées et peu sûres ont été placées au premier plan de nombreux programmes politiques. Le récent effondrement tragique du pont de Gênes, en Italie, montre qu'il est toujours nécessaire d'introduire de meilleurs systèmes de surveillance des actifs critiques - et en particulier des plus anciens - dans le monde entier, afin de réduire les risques importants pour la vie humaine. L'effondrement de l'autoroute Morandi s'est produit lorsque l'un des éléments structurels du pont, composé de haubans et de tréteaux en béton précontraint, a cédé. L'attention se porte désormais sur l'état d'entretien du pont, et certains suggèrent que les inquiétudes concernant son intégrité et sa sécurité remontent à plusieurs décennies, certains affirmant qu'il aurait dû être démoli et reconstruit il y a longtemps. Beaucoup s'interrogent également sur la place de l'effondrement dans le contexte plus large des infrastructures italiennes vieillissantes (environ 300 ponts et tunnels à travers le pays sont menacés, selon le quotidien La Repubblica, et il s'agit du cinquième pont à s'effondrer en Italie au cours des cinq dernières années), mais aussi dans le reste du monde.
Des problèmes plus lointains
Le problème du vieillissement des infrastructures - et les risques qu'il pose - est depuis longtemps une question pressante en Amérique du Nord également. Les États-Unis comptent 614 387 ponts, dont près de quatre sur dix ont 50 ans ou plus. 56 007 - 9,1 % - des ponts de la nation étaient structurellement déficients en 2016, et il y avait en moyenne 188 millions de trajets sur un pont structurellement déficient chaque jour. Si le nombre de ponts considérés comme structurellement déficients diminue, l'âge moyen des ponts américains ne cesse d'augmenter et nombre d'entre eux approchent de la fin de leur durée de vie théorique. Selon les estimations les plus récentes, les besoins en matière de réhabilitation des ponts s'élèvent à 123 milliards de dollars.
Réparer les ponts après qu'ils se sont rompus, ou laisser l'entretien en suspens pendant trop longtemps, coûte beaucoup plus cher aux entreprises et aux gouvernements que si les petits problèmes étaient traités plus régulièrement, et les incidents signalés avant qu'ils ne puissent coûter plus d'argent et, surtout, des vies.
Il est donc urgent de déployer une maintenance régulière et prédictive des infrastructures vieillissantes afin d'éviter qu'un autre effondrement fatal ne se produise.
Et il ne s'agit là que des ponts. Pensez aux autres infrastructures essentielles - des autoroutes aux voies navigables en passant par les ports, les havres, les mines, les barrages et autres - et vous comprendrez que le niveau de risque dans un pays comme l'Amérique du Nord, où les infrastructures vieillissantes sont répandues, est très élevé. Il n'est pas surprenant que de nombreux opérateurs du secteur privé et des responsables publics demandent que des stratégies soient mises en place le plus rapidement possible.
Comment fonctionne aujourd'hui le cycle d'entretien de l'infrastructure des ponts ?
L'entretien de l'infrastructure des ponts d'aujourd'hui présente de nombreux défis. Le personnel chargé de l'ingénierie et de l'entretien des transports doit fournir un service 24 heures sur 24 à des millions de personnes chaque année, tout en entretenant des millions de mètres cubes de béton répartis dans leurs installations, notamment les ponts. Jusqu'à récemment, il n'existait qu'un nombre limité de techniques précises et économiques pour tester ces structures et toutes nécessitaient la présence physique d'experts sur place. Ces techniques manuelles étaient - et sont toujours - utilisées pour garantir l'intégrité et la sécurité des infrastructures tout en s'assurant qu'elles répondent aux spécifications de conception initiales. La plupart du temps, ces techniques sont inefficaces, dangereuses, risquées et coûteuses, mettant des vies en danger et coûtant à la société exploitante des sommes importantes en raison de la fréquence accrue des accidents et des incidents.
Que peut-on faire pour mieux entretenir les infrastructures vieillissantes ?
Mettre en œuvre un système de surveillance sans fil basé sur la technologie IoT.
Giovanni Castellucci, directeur général de la principale société autoroutière d'Italie, Atlantia, qui était responsable du pont Morandi, a déclaré que la société n'avait reçu aucun rapport ou alerte spécifique concernant la solidité du pont, ce qui suggère que le système mis en place pour signaler les erreurs soudaines n'a pas suffisamment rempli son rôle. Les méthodes traditionnelles de surveillance des infrastructures critiques, telles que les systèmes visuels, les câbles, les fibres optiques et la topographie, sont coûteuses, peu flexibles et permettent rarement une surveillance sans fil. Celles qui permettent la surveillance à distance n'ont généralement pas une grande portée, ce qui rend difficile l'analyse des données à distance. Comme le souligne J. M. W. Brownjohn, expert universitaire en surveillance de la santé structurelle des infrastructures civiles, "l'efficacité des programmes de maintenance et d'inspection [des infrastructures civiles] dépend de leur capacité à révéler rapidement les performances problématiques", ce qui explique l'évolution vers des systèmes de surveillance à distance en temps réel.
Les systèmes de surveillance sans fil IoT, qui ont récemment fait leur apparition, présentent de nombreux avantages et devraient théoriquement empêcher des catastrophes comme l'effondrement de Gênes de se produire. Ils peuvent être installés dans des endroits éloignés sans infrastructure fixe et ont la portée nécessaire pour permettre une surveillance à distance en temps réel, car ils fonctionnent sur des réseaux LPWAN comme LoRa.
LPWAN est l'acronyme de "low-power wide-area network" (réseau étendu à faible puissance) ; il s'agit d'un type de réseau étendu de télécommunications sans fil conçu pour les communications à longue distance et à faible débit binaire entre des dispositifs ou des "objets" (d'où l'expression "internet des objets") tels que des capteurs fonctionnant sur batterie.
Cette surveillance en temps réel permet aux autorités et aux exploitants d'autoroutes et de ponts du secteur privé de constituer un ensemble de données accumulées au fil du temps, qui leur donne des informations précises et en temps réel sur le degré de sécurité du pont et sur les besoins d'entretien. Cela signifie que les exploitants d'autoroutes peuvent mettre en œuvre des travaux d'entretien ou évacuer et bloquer la zone avant qu'un incident ne se produise. Cela permet d'optimiser le cycle d'entretien à long terme et d'améliorer la planification stratégique. Grâce aux systèmes sans fil basés sur la technologie IoT, les exploitants d'autoroutes peuvent, par conséquent, réagir très rapidement à toute anomalie, ce qui permet de prévenir les problèmes soudains, comme un effondrement, et d'économiser de l'argent à long terme sur les dommages plus graves et les temps d'arrêt prolongés causés par les incidents.
Comment fonctionne exactement la surveillance sans fil de l'état des structures ?
Le terme "surveillance de la santé structurelle" (SHM) est une norme récente qui a émergé d'un ensemble d'autres termes, tels que surveillance structurelle, ou simplement surveillance. Le SHM des infrastructures civiles est une exigence légale dans la plupart des pays développés ; au Royaume-Uni, par exemple, les barrages doivent être surveillés en permanence par la collecte de données opérationnelles par un ingénieur superviseur. La gestion du cycle de vie des ponts a commencé à être utilisée dans les années 1950, lorsque l'université de Washington a commencé à mesurer les performances du pont de Tacoma Narrows. Aujourd'hui, la plupart des grands ponts ont mis en place un programme de SHM. L'élaboration de programmes ou de stratégies de surveillance de la santé structurelle pose un défi de taille, car chaque élément d'infrastructure est unique, ce qui signifie qu'il n'existe pas de mesure officielle de la performance structurelle "normale" ou de la "bonne santé structurelle". Les exploitants et les chefs d'équipe des infrastructures considèrent que la collecte continue de données est essentielle à la gestion durable des actifs clés.
De petits véhicules traversent le pont endommagé de Cisomang sur la route à péage de Cipularang ou Purbaleunyi dans la régence de Purwakarta, Java Ouest, Indonésie. (JarkartaPost)
Un projet de pont où une surveillance sans fil avancée est déployée
La surveillance sans fil des infrastructures basée sur les réseaux, les capteurs et les logiciels de l'IdO est la nouvelle frontière du SHM, car elle offre non seulement les données en temps réel nécessaires, mais aussi l'agrégation et la transmission de données à distance, à longue portée et à faible consommation d'énergie. Par exemple, la rénovation du pont de Cisomang en Indonésie a été entreprise parce que des fissures commençaient à apparaître et que les piliers se déformaient progressivement. Le pont s'est avéré instable et le passage des camions a été interdit. Finalement, les opérateurs du pont ont décidé qu'un système de surveillance sans fil à long terme était nécessaire : Les nœuds de données sans fil Worldsensing ont ensuite été connectés à des jauges de contrainte sur le béton.
L'investissement dans la surveillance sans fil a été judicieux, mais peut-être un peu trop tard.
Si l'équipe d'exploitation du pont avait surveillé le pont dès le début, les problèmes structurels auraient pu être signalés plus tôt et corrigés, ce qui aurait évité de mettre des vies en danger et d'interrompre le trafic. Cette décision tardive a eu un coût énorme : les problèmes structurels survenus ont eu un impact très négatif sur la logistique globale du pays et donc sur l'économie, car le pont constituait une route vitale entre Jakarta et Bandung, l'une des villes les plus importantes du pays.
Démolir au lieu d'entretenir
Le pont de Gênes était construit en béton armé précontraint, par opposition à la conception standard en acier des ponts modernes ; le professeur Brencich, professeur d'ingénierie à l'Université de Gênes, a averti de l'effondrement du pont des années avant qu'il ne se produise. Dans une interview accordée à Primocanale en 2016, il a déclaré : "on parle du pont Morandi comme d'un chef-d'œuvre d'ingénierie, en réalité, c'est une faillite [...] Il y aura un moment où les coûts d'entretien dépasseront ceux de la reconstruction, et alors nous devrons procéder au remplacement." Brencich a attribué la détérioration rapide du béton aux réparations et remplacements majeurs nécessaires à partir des années 1990 ; et comme les poutres de liaison reliant les parties du pont étaient encastrées dans le béton, une analyse précise de leur état n'a jamais été possible. Selon lui, le coût de l'entretien du pont a dépassé le coût de sa démolition et de sa reconstruction. Ce point de vue a été repris par Giovanni Calvini, chef de la fédération des entreprises de Gênes, qui a déclaré en 2012 que le pont risquait de s'effondrer dans les dix ans et qu'il devait être remplacé.
