Nous suivre Industrie Techno

La semaine de Jean-François Prevéraud

La simulation numérique au chevet de la Tour Eiffel

Jean-François Preveraud
La simulation numérique au chevet de la Tour Eiffel

Comment maintenir en parfait état cet emblème de Paris ?

© DR

A quelques jours des Journées du Patrimoine, le responsable technique de la Tour Eiffel m’a expliqué comment il entend se servir de la simulation numérique pour maintenir la Dame de Fer en parfaite santé.

Elle fait partie intégrante du paysage et de l’image de marque de Paris. Pourtant construite pour l’Exposition Universelle de 1889, elle devait être démolie au bout de 20 ans. Mais dans un pays où le provisoire dure longtemps, 121 ans après elle est encore debout et plus personne ne veut maintenant la voir disparaitre. Encore faut-il la garder en bonne santé !

« Jusqu’au début des années 80, la Tour avait déjà 90 ans, la maintenance s’est limitée à des campagnes de peinture tous les 7 ans et au remplacement des pièces trop corrodées détectées à cette occasion », explique Stéphane Roussin, responsable technique de la structure de la Tour à la Société d’Exploitation de la Tour Eiffel (SETE). Ce qui était notoirement insuffisant, à tel point qu’il a fallu alors entreprendre une campagne de remise en état qui a durée 5 ans, afin de pouvoir poursuivre l’exploitation touristique de la Tour.

« Cette restauration ne nous renseignait toujours pas sur la valeur des contraintes subies par les 18 000 pièces en fer puddlé et 2,5 millions de rivets composant les 7 000 tonnes de la structure de la Tour. C’est pourquoi un certain nombre d’équipements de surveillance (jauges de contrainte, capteurs de déplacement, cordes optiques) ont été mis en place. Mais nous faisions toujours référence aux notes de calcul de Gustave Eiffel pour le dimensionnement ».

Dans ce contexte, la SETE a donc décidé en 2009 de procéder à une analyse précise de la structure existante et de faire appel aux technologies numériques pour créer un modèle comportemental numérique fidèle, qui aidera à mettre en place un véritable schéma directeur de la maintenance pour les années à venir. Après appel d’offres, c’est Dekra Industrial, spécialiste de la prévention des risques techniques, qui s’est vu confié cette mission. Il s’est appuyé sur le Cetim pour la modélisation numérique de la Tour.

Diagnostiquer le vieillissement de la Tour

« Cela va nous permettre de passer d’une maintenance ‘‘statique’’ basée sur les plans originaux de Gustave Eiffel et l’inspection visuelle de la structure, à une maintenance ‘‘dynamique’’ beaucoup plus prédictive et proactive basée sur la modélisation numérique et l’instrumentation de la Tour ». De plus, même si la Tour Eiffel est unique, les experts de Dekra et du Cetim ont été visiter un certain nombre d’autres ouvrages construit par Eiffel (viaduc de Garabit, pont sur l’Adour, pont Maria Pia sur le Douro…), afin de voir comment ils avaient survécus aux affres du temps et d’en tirer des retours d’expériences. De même, un certain nombre de pièces originelles ont été confiées aux laboratoires d’analyse des matériaux du Cetim pour en définir les caractéristiques, notamment de résistance mécanique, mais aussi physico-chimiques. Cela a permis d’établir un véritable bilan de santé de la Tour et de son vieillissement.

La modélisation de la structure de la Tour Eiffel a été faite au Cetim à l’aide du logiciel Abaqus. « Pour cela nous sommes partis des plans originaux d’Eiffel, complétés par tous ceux relatifs aux grands aménagements et transformations qui ont été réalisés depuis (restaurants, ascenseurs, pylône TV et antennes…). L’augmentation de la capacité d’accueil a aussi été prise en compte. L’ensemble de ces informations a été validé pour les pièces principales par des relevés sur le terrain, ainsi que par une analyse de leur corrosion notamment au droit des assemblages rivetés », explique Alain Carcan, chef du projet pour le Cetim. Cela a demandé 6 mois de travail à temps plein à deux ingénieurs.

900 000 degrés de liberté

Le modèle numérique global de la Tour fait appel à une description géométrique filaire de toutes les pièces intervenant dans la rigidité de la structure, dont chaque élément s’est vu attribuer les caractéristiques comportementales correspondant à l’ensemble de pièces qu’il représente. Il ne s’agit donc pas d’une représentation 3D exacte de toutes les pièces composant la structure, mais d’un modèle comportemental équivalent, beaucoup moins lourd informatiquement parlant, mais tout aussi efficace.
 

                             
 

« Ce modèle ‘‘éléments finis’’ (165 000 éléments, 148 000 nœuds et 900 000 degrés de liberté) nous a permis de vérifier que la Tour Eiffel est bien conçue, avec des efforts qui sont judicieusement répartis. Il nous a aussi permis de mettre en lumière un certain nombre de zones plus chargées que d’autres qui, bien que restant largement dans les limites de contraintes acceptables, devront-être surveillées avec plus d’attention », constate Alain Carcan.

La SETE vient pour cela de demander au Cetim une seconde phase de modélisation correspondant à des ‘‘zooms numériques’’ sur les zones les plus chargées. « Nous allons extraire du modèle global les zones concernées et appliquer à chaque élément les composant une représentation géométrique ‘‘beaucoup plus réaliste’’. Ainsi, un ensemble de cornières rivetées ne sera plus un trait dans le modèle, mais une description exacte des différents composants. Cela nous permettra de connaitre de manière beaucoup plus précise l’état de contrainte en chaque point de chaque pièce ». Une telle modélisation ne peut, pour le moment, être envisagée de manière globale, car cela conduirait à un modèle bien trop lourd pour être exploitable, chacune des zones ‘‘zoomées’’ à l’aide d’Abaqus pesant entre 60 à 100 Mo.

Le modèle numérique global est une photographie exacte de la Tour Eiffel en 2009, qui va permettre de mieux comprendre son comportement vis-à-vis des éléments extérieurs : le sommet de la tour bouge jusqu’à 7 cm sous l’action du vent et de 18 cm sous l’effet de la dilatation différentielle des cotés causée par le rayonnement solaire. Il permettra aussi d’évaluer et d’anticiper les effets d’un très grand nombre de cycle de sollicitations alternées.

Un outil d’aide à la décision

« Ce sera aussi pour nous l’un de nos outils d’aide à la décision en terme de maintenance préventive, de grands travaux d’aménagement et de charge d’exploitation. En effet, parallèlement à cette modélisation de la structure métallique, nous avons aussi fait mener des campagnes de sondage de la maçonnerie des fondations et de la stabilité du sol les supportant, car nous sommes proches de la Seine ».

De nombreuses études sont aussi faites dans le domaine de la protection contre la corrosion qui pour le moment est confiée à des peintures antirouille. La tour est repeinte tous les 7 ans. Il faut 18 mois à une trentaine de peintres pour étende 60 tonnes de peinture sur les 200 000 m² de surface développée des profilés. On estime que les 19 campagnes de peinture qui ont déjà eu lieu ont alourdi la Tour de 250 à 300 tonnes.

« Jusqu’à maintenant, on nettoyait les structures, on piquetait la rouille et on repeignait, ce qui fait que dans certaine zones on retrouve les 19 couches de peinture. Pour la 20e campagne, qui aura lieu dans 7 ans, nous allons pour la première fois intégralement décaper la structure et l’alléger d’environ 250 tonnes. Nous menons actuellement de nombreux tests afin de déterminer les meilleurs moyens de décapage, le type de peinture de remplacement que nous allons utiliser, ainsi que les moyens pour l’étendre. Le tout en parfait respect des normes environnementales et sans fermer la Tour au public », conclut Stéphane Roussin.

Bon je vous quitte, j’ai encore 1 665 marches qui m’attendent pour atteindre le 3e étage qui culmine à 276 mètres. A la semaine prochaine.

Pour en savoir plus : http://www.tour-eiffel.fr & http://www.cetim.fr

Jean-François Prevéraud, journaliste à Industrie & Technologies et l’Usine Nouvelle, suit depuis plus de 29 ans l’informatique industrielle et plus particulièrement les applications destinées au monde de la conception (CFAO, GDT, Calcul/Simulation, PLM…). Il a été à l’origine de la lettre bimensuelle Systèmes d’Informations Technologiques, qui a été intégrée à cette lettre Web hebdomadaire, dont il est maintenant le rédacteur en chef.
 

Bienvenue !

Vous êtes désormais inscrits. Vous recevrez prochainement notre newsletter hebdomadaire Industrie & Technologies

Nous vous recommandons

« Implant Files » : pourquoi les implants médicaux sont dans la tourmente

« Implant Files » : pourquoi les implants médicaux sont dans la tourmente

C'est un nouveau scandale sanitaire. Après l'affaire des implants mammaires « PIP », une enquête du[…]

IRT Saint-Exupéry : les nouvelles plateformes technologiques opérationnelles

IRT Saint-Exupéry : les nouvelles plateformes technologiques opérationnelles

Drone à hydrogène : le rêve de deux start-up françaises

Drone à hydrogène : le rêve de deux start-up françaises

[Photo Tech] L’impression 3D mobile de bâtiments

[Photo Tech] L’impression 3D mobile de bâtiments

Plus d'articles