Surveillance de l'état des machines sur le pont Chaban-Delmas

"Assurer le franchissement de la Garonne pour les voitures, les piétons et les vélos, ainsi que, ultérieurement, une ligne de tramway" et "permettre le passage des bateaux et, en particulier, des très gros navires" - en 2003, telles étaient les exigences du projet d'un nouveau pont pour franchir le fleuve dans le centre-ville de Bordeaux, en France.

Le résultat de ce projet est le Pont Jacques Chaban-Delmas, le plus long pont levant d'Europe - sa portée principale est de 110 m (361 ft). La construction a eu lieu de 2009 à 2012 et le pont a été inauguré en mars 2013., the longest vertical-lift bridge in Europe – its main span is 110 m (361 ft). The construction took place from 2009 to 2012 and the bridge was inaugurated in March 2013.

Bordeaux, dans le sud-ouest de la France, avec près de 1,2 million d'habitants dans son agglomération et au cœur de la célèbre région viticole, est une ville portuaire sur la Garonne. La Garonne a une longueur de 602 kilomètres (374 miles) et se jette dans l'océan Atlantique.

Le pont a été nommé en l'honneur de Jacques Chaban-Delmas (1915-2000), ancien premier ministre français et maire de Bordeaux de 1947 à 1995. Pendant la Seconde Guerre mondiale, son nom de guerre en tant que général de la résistance clandestine était Chaban, et après la guerre, il a officiellement changé son nom de famille en Chaban-Delmas.

Aujourd'hui, ce cinquième pont sur la Garonne dans la ville relie l'est et l'ouest de Bordeaux, le centre ville de la rive gauche près de ses quais avec la rive droite de la ville - les quartiers de Bastide et Bacalan. C'est pourquoi le pont a également été surnommé "Le Pont Ba-Ba".

Les ponts à élévation verticale sont une solution peu courante pour enjamber un fleuve utilisé par des navires de grande taille ou de grande hauteur, mais un tel passage permettrait à la ville de profiter du développement de l'activité de croisière. L'ouvrage, d'une hauteur identique à celle du pont d'Aquitaine en aval, devait pouvoir se lever en 12 minutes maximum.

Le cabinet d'architecture du pont est la SARL Architecture et Ouvrages d'art. La conception de l'ouvrage et la maîtrise d'œuvre au sein du groupement conception-réalisation mené par l'entreprise GTM sont assurées par Egis JMI, les architectes Thomas Lavigne et Christophe Cheron, Hardesty & Hannover et l'ingénieur d'études Michel Virlogeux.

Le pont mesure 575 m de long (1421 ft) : 433 m pour le tablier principal et 117 m pour la travée levante centrale. La section centrale du pont reste d'un seul tenant mais s'élève verticalement de 58 m pour permettre aux grands navires de passer en dessous. La hauteur des quatre tours indépendantes, les pylônes, est de 77 m (262 ft) et la distance entre elles de 110 mètres (361 ft).

Le poids de la partie levée du pont est d'environ 2 600 tonnes. Quarante câbles de 69 mètres de long chacun sont reliés à ce segment central du pont, via des poulies de déviation situées au sommet des quatre pylônes et utilisant des contrepoids. 

La largeur du pont varie en fonction des différentes sections; de 32 mètres (115 ft) au niveau des culées à 45 mètres (148 ft) pour la travée levante. La largeur utile est de 27 mètres, dont 15 mètres utilisés par les transports publics en site propre, les piétons et les deux-roues, et 12 mètres pour les véhicules légers et les camions. Les pistes cyclables et piétonnes sont séparées du trafic automobile. Ainsi, cette circulation douce se fait en dehors des pylônes du pont.

Le pont est configuré pour accueillir jusqu'à 43 000 véhicules par jour. Le pont se lève une soixantaine de fois par an, interrompant le trafic pendant environ une heure afin de laisser passer les plus gros navires. Il ne faut que 11 minutes pour soulever ou abaisser complètement le pont.

Maintenance prédictive - Surveillance permanente

L'exploitation et la maintenance de l'ouvrage sont assurées par la société  Eiffage Energie Systemes - Clemessy,  branche de l'une des cinq plus grandes entreprises de construction et de concession en Europe, Eiffage. Clemessy est spécialisée dans l'ingénierie et la réalisation d'installations techniques industrielles.

Le pont Chaban-Delmas est une structure capable de lever une travée de 2 750 tonnes à une hauteur de 53 mètres en 11 minutes permettant le passage de yachts, ferries, ou voiliers qui accosteront au port de Bordeaux.

Le mécanisme de levage fonctionne sur le principe d'un ascenseur géant et nécessite la participation d'une équipe de dix personnes. Depuis une tour de contrôle, deux opérateurs gèrent la manœuvre tandis que le reste de l'équipe est réparti sur les différents points stratégiques au pied du pont. En plus de cela, l'équipe gère la maintenance des machines vitales : 

• des moteurs, 

• des arbres, 

• d'énormes câbles, et 

• des poulies.

Après des mois de fonctionnement et de nombreuses manœuvres, des bruits d'impact et des clics ont été détectés par l'équipe de maintenance. Afin d'étudier la source du bruit et d'augmenter la qualité globale de la maintenance prédictive, Clemessy a décidé d'installer des capteurs de son et de vibration pour surveiller la chaîne cinématique - les machines - ainsi que les poulies principales de chaque côté du pont.

Cet investissement dans l'instrumentation d'acquisition de données du fonctionnement mécanique du pont a été pris en charge par le propriétaire, la ville de Bordeaux, tandis que Clemessy était responsable du projet. Le pont est principalement instrumenté avec des capteurs IEPE - accéléromètres et microphones, tandis que les capteurs de courant et les tachymètres sont uniquement utilisés dans l'instrumentation des machines.

Configuration de la mesure

Les sources de vibrations et de bruits de chocs sont des phénomènes inférieurs à une bande passante de 10 kHz. La fréquence d'échantillonnage maximale requise était donc de 20 kHz, ce qui correspondait parfaitement à la fréquence d'échantillonnage maximale de KRYPTON, un système d'acquisition de données EtherCAT robuste et distribué pour les mesures sur le terrain dans n'importe quel environnement. 

Les systèmes DAQ KRYPTON ont un degré de protection IP67 et peuvent fonctionner dans une plage de températures extrêmes allant de -40 à +85°C.

L'ensemble de l'instrumentation est composé de 82 voies d'entrée analogiques séparées en deux côtés du pont - 41 voies pour chaque côté avec deux poulies :

• 1 x système d'acquisition de données KRYPTON-8xACC

• 6 x Accéléromètres  avec une largeur de bande de 5kHz (SR=10kÉch/s)

• 2 x Microphones avec une largeur de bande de 10kHz (SR=20kÉch/s)

Système de surveillance de l'état des machines pour chaque côté des deux côtés du pont :

• 3 x systèmes d'acquisition de données KRYPTON-8xACC

• 1 x système d'acquisition de données KRYPTON-3xSTG

• 1 x système d'acquisition de données KRYPTON-1xCNT

• Logiciel DewesoftX DAQ avec OPT-NET + OPC UA server + DSA upgrade

• 1 x ordinateur robuste SBOX

Cette application a nécessité les outils de traitement mathématique du logiciel d'acquisition de données Dewesoft X3 pour calculer des paramètres statistiques en temps réel sur chaque capteur de vibration. Le point d'intérêt de l'enquête n'était pas les voies temporelles, mais à partir de chaque capteur d'entrée, le client avait besoin de calculer des indicateurs statistiques pour les comparer aux niveaux d'alarme. Un compteur d'alarme a également été implémenté pour ce projet.

Liste restreinte d'indicateurs

Le défi était de définir la meilleure architecture DAQ pour cette instrumentation, car certains capteurs sont situés au sommet des pylônes pour la surveillance des poulies. Chaque côté a deux pylônes, et ces pylônes ont une hauteur de 110 mètres et aucune source d'énergie n'est disponible au sommet.

Les modules DAQ de KRYPTON, basés sur la technologie du protocole EtherCAT, permettent d'avoir un câble qui peut courir jusqu'à 100 mètres d'un module à l'autre en reliant les amplificateurs entre eux. Un seul câble est utilisé pour transmettre les données, l'alimentation et la synchronisation entre les modules DAQ.

Le module DAQ robuste et EtherCAT ont été les deux principales raisons de choisir KRYPTON. C'étaient les seules solutions pour placer le système d'acquisition de données au sommet de chaque Pylône sans gros investissement.

L'unité source mesure (SMU) est capable de forcer et de mesurer en même temps. Elle peut forcer avec précision une tension ou un courant et mesurer simultanément une tension et/ou un courant précis.

Connecter le système DAQ avec la base de données existante - OPC UA

Un autre défi - et non des moindres - consistait à interconnecter la solution d'acquisition de données Dewesoft à la base de données du client via OPC UA afin d'exploiter les données dans une solution d'Internet des objets (IoT).  La clé de cette application était le plugin serveur OPC UA. L'architecture unifiée OPC (OPC UA) est un protocole de communication de machine à machine pour l'automatisation industrielle développé par la fondation OPC. Cette norme est fréquemment utilisée dans l'industrie 4.0 pour la communication et le partage de données entre différents appareils.  

Le logiciel d'acquisition de données Dewesoft X3 offre deux options OPC UA qui peuvent être incluses :

• Client OPC UA : le client peut être connecté et récupérer des données à partir de n'importe quel serveur OPC UA.

• Serveur OPC UA : le serveur peut servir les données de mesure de Dewesoft X à un ou plusieurs clients OPC UA.

Pendant les levées de pont, les membres de l'équipe de maintenance conditionnelle ne sont pas situés devant Dewesoft mais utilisent une interface web locale spécifique contenant uniquement des statistiques et des rapports sur la manœuvre. La base de données CLEMESSY collecte les informations du serveur OPC UA Dewesoft telles que les niveaux d'alarme, les numéros d'alarme, le comptage des chocs, les niveaux de statistiques pour les accéléromètres/microphones et l'état des DAQ.

La solution de base de données Clemessy est appelée Smart Forest. Plus qu'une simple base de données, Smart Forest est une solution globale, comprenant :

• Une plateforme logicielle "Big Data"

• Une interface multi-voies et multi-sources pour la collecte de données

• Un moteur d'Intelligence Artificielle

• Une IHM modulaire et conviviale

Conclusion

Dewesoft était capable d'offrir une solution matérielle et logicielle complète pour l'acquisition de données et l'instrumentation de surveillance de l'ensemble du pont et, en tant que partenaire éprouvé de Clemessy France, notre solution a été préférée.

Pour optimiser les délais du projet, la configuration de Dewesoft a été initiée avant la livraison officielle. Lorsque le matériel a été effectivement livré, l'architecture a été testée et la configuration évaluée et améliorée - d'abord en laboratoire, puis lors de l'installation sur site. 

Le logiciel DewesoftX DAQ est intuitif, cependant, pour configurer correctement 82 voies AI, ajouter 800 calculs mathématiques, configurer 800 alarmes et créer un bel affichage sans erreurs, cela prend un certain temps.

Le soutien proactif et la bonne communication ont permis au projet de se dérouler dans les temps et d'éviter toute surprise et tout problème lié à l'architecture DAQ dispersée avec de grandes longueurs de câbles. La première manœuvre du pont avec la solution Dewesoft a été un succès. La configuration de Dewesoft a été améliorée et une séquence a été ajoutée pour prévenir les actions de l'équipe de maintenance sur l'instrumentation.

Dewesoft propose une gamme de solutions DAQ , combinant des technologies DAQ matérielles et logicielles innovantes telles que le plugin serveur OPC UA, qui peuvent répondre aux besoins d'instrumentation de grands ouvrages d'art tels que les ponts, les tunnels, les bâtiments, etc.  

N'avoir qu'un seul logiciel pour acquérir les données analogiques, faire les calculs en ligne, faire les systèmes de contrôle d'alarme et transmettre les données en utilisant le dernier protocole IoT est un avantage majeur pour le client et a été une raison de succès dans ce cas. Et le résultat : Des données fiables présentées dans une interface utilisateur intelligente.