Des algorithmes qui veillent
Il joue avec les chiffres et programme du code pour surveiller à distance la structure des ouvrages de génie civil.
PRIX SCIENCES DU NUMERIQUE ET TECHNOLOGIES DE POINTE
On l’a vu récemment dans le film Gravity, un vaisseau spatial peut être soumis à un déferlement de débris d’astéroïdes. De même, les ponts, les immeubles et les avions subissent des agressions extérieures comme les vibrations liées au vent et à la circulation des voitures. À l’usure, des fissures se dessinent. Afin de détecter ces détériorations naturelles, l’inspection visuelle humaine est possible mais imprécise, parfois tardive ou coûteuse, et certaines zones à fortes contraintes environnementales sont difficiles d’accès. À Inria Rennes, l’équipe de recherche I4S(1) travaille sur un nouveau concept : un système de surveillance automatisé à distance. Dans ce cadre, Michael Döhler s’est chargé des algorithmes à développer, lors de sa thèse soutenue en octobre 2011 sous la direction de Laurent Mevel. « Ces algorithmes doivent reconnaître et localiser les endommagements dès qu’ils apparaissent, explique-t-il. Mon travail se situe à la frontière entre la mécanique, les mathématiques et l’automatique. »
Il capte les vibrations
Des capteurs intelligents sont placés sur un ouvrage de génie civil à divers endroits. « Ils sont assez simples, de moins en moins chers, et peuvent être intégrés à un bâtiment dès sa construction », dit Michael Döhler, spécialiste des vibrations que les capteurs enregistrent. « Elles décrivent le comportement global d’une structure, notamment des parties intérieures et non visibles », explique-t-il. La mesure des fréquences est un moyen fiable de surveillance automatisée. « Un système dynamique comme un immeuble ou un pont bouge naturellement. S’il est endommagé, ses fréquences de vibrations propres changent. » À partir des données de référence, Michael Döhler réalise une modélisation mathématique de la structure saine. « L’algorithme doit d’abord savoir identifier les propriétés initiales puis les comparer aux nouvelles mesures afin de détecter les comportements anormaux. » Une des difficultés réside dans l’analyse efficace des données. « On en obtient des millions en seulement dix minutes d’enregistrement. Le traitement de ces données multiples et complexes peut facilement rendre le calcul impossible par un ordinateur, précise Michael Döhler. L’algorithme résout ce problème numérique, rendant possible une surveillance efficace de structures réelles même de grande taille. »
Bientôt les éoliennes
Cette nouvelle technologie intéresse déjà quelques industriels. Elle a été transférée vers l’entreprise danoise SVS, qui vend des logiciels d’analyse de modèles de structures.
« Les Danois ont modifié leur logiciel phare, Artemis, pour tester nos prototypes ». Ce n’est que le début ! Après un postdoctorat à la Northeastern University de Boston puis au BAM(2) en Allemagne, Michael Döhler vient de réintégrer l’équipe I4S de Inria afin de poursuivre ses recherches. « Je m’intéresse cette fois à la surveillance automatisée des éoliennes dont le comportement est très différent de celui d’un pont : les pâles bougent ! », dit Michael Döhler. Cette problématique est encore très peu étudiée. La surveillance des parcs offshore, que l’on ne peut atteindre facilement, est pourtant complexe. Ces nouveaux travaux tombent à pic pour la Bretagne, favorable à l’installation de parcs éoliens au large de ses côtes !
En quête d’applications concrètes
Après un baccalauréat scientifique en 2002 en Allemagne, Michael Döhler se passionne pour les mathématiques et étudie cette discipline à l’université de Chemnitz. Au cours de ses études, il s’intéresse aux applications concrètes des sciences de l’ingénieur et leur interaction avec l’industrie. Sa spécialité ? La modélisation de problèmes, utile dans des domaines d’application très variés. Le programme Erasmus l’emmène à l’université d’Aberystwyth au pays de Galles pendant un semestre en 2006. Il enchaîne alors avec un stage en Suisse dans une entreprise spécialisée en spectrométrie de masse. De retour en Allemagne, Michael Döhler prend goût à la recherche lors de la rédaction de son mémoire de master. C’est donc naturellement qu’il se tourne vers un doctorat. « Entamer une thèse est un beau challenge. Il faut à la fois apprendre à être autonome dans sa recherche et travailler en équipe. » Suite à ses multiples voyages, quelques cours de français lui permettent de répondre à une proposition de thèse de Inria. « L’institut collabore avec l’industrie et incite les transferts technologiques, c’était une excellente opportunité de concilier la recherche en mathématique avec les applications industrielles. » Michael Döhler vient d’être admis sur concours en tant que chargé de recherche au sein de Inria Rennes.
(1)Inférence statistique pour la surveillance et la sécurité des structures. (2)Institut fédéral pour la recherche et les essais sur les matériaux.
Thèse : Méthodes sous-espace pour l’identification des systèmes et la détection de pannes : Algorithmes pour systèmes de grande taille et pour l’analyse vibratoire des structures.
Michael Döhler
michael.doehler [at] inria.fr (michael[dot]doehler[at]inria[dot]fr)
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