Surveillance de la stabilité d'une falaise rocheuse sur un axe routier et ferroviaire suisse

Défi

La ligne ferroviaire suisse transalpine du Saint-Gothard est un élément clé du réseau ferroviaire reliant le nord et le sud de l'Europe. Acheminant les voyageurs à travers le tunnel de base du Saint-Gothard, ouvert en 2016 et qui est le tunnel ferroviaire le plus long et le plus profond du monde, la ligne transporte plus de 10 000 personnes et 67 000 tonnes de fret par jour.

Près de la petite ville de Sisikon, sur les rives du lac des Quatre-Cantons, la voie ferrée et une route voisine passent toutes deux sous un surplomb de 120 mètres. L'ouvrage est impressionnant et potentiellement dangereux si des rochers tombent sur les voies en contrebas. Certaines sections s'étant révélées instables, il était vital de sécuriser la falaise et de la surveiller pour détecter d'éventuels mouvements.

Solution

La paroi rocheuse a été stabilisée à l'aide de filets fixés par des boulons de roche. Une partie de la falaise rocheuse a été renforcée par une structure de soutien en béton ancrée. Pendant les travaux de stabilisation, quatre forages ont été réalisés jusqu'à une profondeur de 20 mètres pour installer des extensomètres à trois points. Quatre cellules de charge d'ancrage au sol ont également été installées dans le système de surveillance de la paroi rocheuse. Le problème était de savoir comment recueillir les données de ces capteurs placés en travers de la falaise rocheuse. La seule façon d'effectuer des relevés manuels était d'envoyer des alpinistes professionnels pour le faire, une entreprise plutôt dangereuse et coûteuse. La surveillance automatique aurait également pu être réalisée en installant des câbles pour la transmission des données des extensomètres et des cellules de charge à un enregistreur de données, mais on peut imaginer les difficultés d'installation des câbles et des gaines de câbles sur une falaise verticale de 120 m de haut.

En raison de la difficulté d'accès au site, le spécialiste suisse de la surveillance des ouvrages d'art Huggenberger, qui fait partie du leader de l'instrumentation géotechnique avancée Sisgeo, a choisi d'installer une solution de collecte de données sans fil de Worldsensing. Chaque extensomètre est équipé d'un nœud analogique à quatre canaux et chaque cellule de charge d'ancrage est connectée à un Worldsensing Piconode, un "mini nœud" à un canal. Les nœuds envoient les données à une passerelle sans fil alimentée par l'énergie solaire et située au-delà de la ligne de vue sur un mur d'entrée du tunnel.

L'ensemble du réseau et des dispositifs de surveillance sont contrôlés et gérés par CMT Edge, un outil de gestion de réseau sur site, capable de montrer l'état et la santé de tous les dispositifs à travers le réseau Worldsensing et est à son tour connecté au système d'analyse Huggenberger-Monitor via API.

Atouts

La solution de surveillance sans fil est entrée en service en octobre 2021 et fournit des données toutes les deux heures à un système d'analyse Huggenberger-Monitor auquel l'Office fédéral des routes suisse peut accéder. L'utilisation de la technologie Worldsensing pour la collecte de données sans fil présente de nombreux avantages. L'installation est plus facile et plus rentable sans câbles, par exemple. Et il n'y a aucun risque que les données des capteurs soient perdues à cause de câbles endommagés, ce qui peut arriver à cause de chutes de pierres ou d'animaux.

Le risque de dommages causés par les animaux est particulièrement élevé dans cette région, c'est pourquoi des Piconodes ont été utilisés au lieu de nœuds à quatre canaux pour connecter les capteurs de charge, même si les capteurs ne sont distants que de 20 mètres. Bien que la dépendance à l'égard de l'énergie solaire puisse entraver les communications en hiver, l'utilisation par Worldsensing de la technologie LoRa (Low Power, Wide Area, Long Range) signifie qu'il n'y a pratiquement aucune perte de données à d'autres moments, ce qui garantit que tout va bien sur le col.