Développement d’un système électronique innovant permettant la mesure de densité des revêtements routiers sans utilisation de source radioactive

Développement d’un système électronique innovant permettant la mesure de densité des revêtements routiers
sans utilisation de source radioactive

Mots-clés :
Electronique, Hyperfréquences, Modélisation des milieux complexes, Métrologie

Laboratoires :
– Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique (IMEP-LaHC, GINP-CNRS-UGA-USMB)
Minatec – Grenoble, 3, parvis Louis Néel, BP 257, 38 016 GRENOBLE Cedex 1

Encadrants :
XAVIER Pascal, pascal.xavier@univ-grenoble-alpes.fr, 04.56.52.95.69 / 06 45 36 22 65
RAULY Dominique, dominique.rauly@univ-grenoble-alpes.fr, 04.56.52.95.70 / 06 30 98 22 07

Profil du candidat :
Bac+5 ou Master en électronique, instrumentation, systèmes embarqués.

1. Contexte scientifique
Un enrobé bitumineux est un mélange uniforme de granulats enrobés de bitume (hydrocarbure provenant majoritairement de la distillation du pétrole). Le bitume confère à l’enrobé sa flexibilité et sa capacité à résister aux dégradations causées par le trafic et le climat. Comme pour le béton, un enrobé doit être soigneusement préparé. Il doit: résister durablement aux déformations et à la fissuration par effet de fatigue ou thermique. Pour cela et pour assurer une
bonne adhérence compatible avec la sécurité des usagers de la route, il doit être compacté avec un rouleau compresseur pour atteindre une densité optimale. La méthode la plus répandue et la moins onéreuse à l’heure actuelle pour mesurer cette densité utilise une technique de gamma-densimétrie nécessitant du personnel qualifié et introduisant des contraintes de sécurité drastiques, à cause de la présence de radioactivité.

Une étude de faisabilité récente d’une solution alternative non invasive, non radioactive, et compétitive en termes de performances et d’usage (précision, portabilité, profondeur mesurée, coût, simplicité, etc..) a été menée au sein du laboratoire IMEP-LaHC pour le compte d’une entreprise régionale leader à l’international sur le marché de l’instrumentation pour les Travaux Publics. L’utilisation d’un rayonnement électromagnétique non ionisant est ainsi apparue comme une solution viable.

2. Objectifs
Il s’agit dans le cadre d’un projet collaboratif avec une entreprise régionale et la filiale de valorisation Floralis de l’UGA, de développer en 2022 un produit fournissant explicitement l’information de densité requise et intégrant tous les aspects matériels et logiciels. Le système de mesure est basé sur une méthode de réflectométrie RF utilisant une sonde coaxiale en circuit ouvert. S’appuyant sur des études publiées dans la littérature, il s’avère que la densité d’un matériau
dépend en effet d’une caractéristique physique mesurable en RF, à savoir la permittivité diélectrique complexe du matériau.

Les gammes de valeurs des caractéristiques de l’enrobé soumis à l’étude sont fournies ci-après :
– Masse volumique de l’enrobé : 1700 <  < 2500 kg/m3
– Humidité : jusqu’à 25 % de la masse totale
– Température maximale : 100 °C

Par ailleurs, les performances attendues pour le dispositif final de mesure de densité sont libellées ci-dessous :
– Précision : ± 50 kg/m3
– Profondeur adressable de l’enrobé : 8 cm

3. Travaux envisagés
Au début du stage, la sonde coaxiale sera déjà réalisée et une partie de l’instrumentation électronique sera approvisionnée (carte de réflectométrie RF, carte de mesure sans contact de température et d’humidité.de l’enrobé). Il s’agira dans un premier temps d’intégrer ces éléments afin que le système de mesure soit opérationnel.

Dans un second temps, il faudra définir une procédure d’étalonnage compatible avec les caractéristiques métrologiques attendues.
Enfin, une campagne de mesure sur le terrain sera entreprise avec des enrobés de propriétés différentes et dans des conditions environnementales variées afin de récolter suffisamment de données pour établir une loi empirique entre la permittivité mesurée, corrigée des variations d’humidité et de température, et la densité de l’enrobé. Ce travail est susceptible d’être poursuivi par un contrat à durée déterminée de 4 mois..

4. Références
https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2003)15:5(427)
https://doi.org/10.1109/TIM.2005.853346
https://laser-electronique.com/wordpress/accueil/nos-produits/gamma-densimetre-humbolt/gammadensimetre-humbolt/
https://docplayer.fr/40799187-Caracterisation-dielectrique-des-materiaux-application-a-lauscultation-des-chaussees-compacite.html

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