Agrégation externe SII - 2024 - Option SII et ingénierie mécanique - Épreuve de modélisation

Agrégation concours externe

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité
Option sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie mécanique

Support : Inspection télévisuelle des ouvrages d'art (INTELO)

Contexte

En France, une obligation règlementaire impose des contrôles tous les 3, 6 ou 9 ans des ouvrages d’arts en béton précontraint. L'État, les collectivités, les sociétés d'autoroutes, la S.N.C.F. exploitent de nombreux ouvrages soumis à cette obligation. Ces contrôles sont un état des lieux de la structure et ont pour objectifs principaux de relever et cartographier les défauts : fissures, gonflements, éclats de béton en surface... Ces ouvrages sont le plus souvent inspectés à l'aide de moyens traditionnels de type nacelles ou passerelles (voir Figure 1 contrôle d'ouvrage par nacelle traditionnelle) qui peuvent imposer des coûts importants, une gêne aux usagers, un impact environnemental, et/ou une pénibilité des inspections (l’opérateur étant dans la nacelle ou sur la passerelle, ces dernières étant en mouvement au plus proche de l’ouvrage).

La société INFRANEO a développé spécifiquement le véhicule INTELO (voir Figure 2 véhicule INTELO en situation) dans le but de réduire ces nuisances. Elle exploite, en France, deux exemplaires du véhicule pour des inspections sur tout le territoire. Une des spécificités du véhicule conçu est sa faible largeur de 0,70 m, qui lui permet ainsi de se déplacer sur les trottoirs des ouvrages routiers et sur la piste des ouvrages ferroviaires, évitant ainsi toute gêne aux usagers et à l'exploitant. L'impact environnemental est réduit par rapport au transport et à l'utilisation d'engins lourds de type nacelles ou passerelles. Le coût direct est réduit et les coûts indirects de balisage, de déviation sont proches de zéro.

Le véhicule équipé d’un bras déployable permet de positionner au plus près des surfaces à contrôler des appareils photos numériques. Les progrès des technologies numériques permettent ainsi de réaliser des observations d'une grande précision. Tous les défauts peuvent être détectés, photographiés en haute résolution, reportés de façon semi-automatique sur des plans et quantifiés automatiquement. L’objectif de l’inspection est de réaliser un rapport localisant et documentant les défauts, préconisant des inspections supplémentaires (carottage par exemple) et servant de référence pour les inspections suivantes. Le diagramme de contexte donné Figure 3 permet de définir l’environnement de développement du véhicule.

Mise en situation du système INTELO

Le bras déployable est constitué d’un bras vertical (nommé ainsi de par sa position en situation d’inspection), d’un bras horizontal (nommé ainsi de par sa position en situation d’inspection) de longueurs modulables (ajout de modules en treillis) en fonction du type d'ouvrage à inspecter. Sur les bras, deux chariots peuvent se déplacer dans leur direction principale (voir Figure 4 et Figure 5).

Ces chariots sont équipés de différents types d'appareils de prises de vues, de lasers et d'éclairage. Cet équipement permet tout aussi bien de faire l'inspection télévisuelle de ponts à poutres, de ponts dalle, de ponts en maçonnerie et de tout autre ouvrage d'art.

Plusieurs modes d'inspection télévisuelles sont possibles :

• prises de vue couvrant la totalité de l'ouvrage puis traitement des images en bureau ;
• en mode « live-view », détection en direct des défauts sur l'ouvrage par l'opérateur sur son écran de télé-visualisation. Ce dernier déclenche alors une prise d'images et reporte le défaut en temps réel sur un plan 2D.

La qualité des images permet de voir tous les défauts de l'ouvrage. Il est possible de détecter et repérer la présence de fissures (à partir de 0,1mm) ou comme le montre la Figure 6, de constater l’apparition de traces en surface du gonflement des renforts en acier corrodé.

Suite aux inspections télévisuelles, un assistant à la réalisation du rapport a été développé. Il permet, si on le souhaite, l'assemblage des images, l'aide aux dessins des défauts, les calculs automatiques des métrés et l’édition d'un rapport. Cette partie est essentielle pour suivre l’évolution dans le temps des dommages subis par les ouvrages d’art.

Le diagramme des cas d’utilisation donné Figure 7 permet de résumer le descriptif précèdent.

L’objet de l’étude proposée est la modélisation de cette solution dans l’objectif de valider partiellement les exigences attendues.

Objectif général du sujet

Le sujet s’articule en quatre parties indépendantes :

• PARTIE 1 : accessibilités aux zones de travail On cherchera ici à vérifier les capacités et les modalités de déploiement du système.
• PARTIE 2 : garantir l’efficacité du système On cherchera ici à vérifier la stabilité du système et la qualité des prises de vue en position d’inspection.
• PARTIE 3 : performances en positionnement du chariot sur le bras On cherchera ici à vérifier les performances en termes de positionnement du chariot lors du pilotage de son déplacement.
• PARTIE 4 : performances en positionnement des appareils optiques par rapport à l’ouvrage d’art On cherchera ici à vérifier les performances en termes de positionnement des moyens d’inspection.