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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




        Caractérisation du réseau de bulles
         d’air dans un béton par analyse
                      d’image
                                       Sourdun
                        Journées Techniques OA – 9, 10 mai 2012


        S. BOUTEILLE, Ch. HERBERT
        Jeudi 10 mai 2012




Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                                1
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




     Sommaire

     •    Éléments de contexte
     •    Préparation des corps d’épreuve
     •    Identification de la surface de pâte
     •    Réseau de bulles d’air et facteur d’espacement
     •    Perspective




Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                         2
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012



      1 - Éléments de contexte
      Résistance au gel des bétons

   Gel de prisme 10x10x40 en enceinte climatique de laboratoire                     Recommandations pour la durabilité des
                                                                                    bétons durcis soumis au gel (LCPC –
                                                                                    2003)




   Caractère protecteur du réseau de bulle d’air

                Réseau poreux
                    et vide d’air
        dans la pâte cimentaire

Théorie des pressions hydrauliques
                                                                  M. Pigeon, J. Marchand, R. Pleau, Frost
T.C. Powers, Proc. Highway Res. Board (1949)
                                                                  résistant conrete, Construction and Builing
Succion crysocopique
                                                                  Materials, Vol. 10, No. 5, pp.339-348,1996
D.H. Everett, Trans. Faraday Soc. (1961)
M. Vignes, K.M. Dijkema, JCIS (1974)
Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                                                                                           3
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     1 - Éléments de contexte
     Détermination du facteur d’espacement

   ASTM 457C                                                                   NF EN 480-11




    Méthode de
comptage manuelle,
 par points d’arrêts.

                                                        Méthode de comptage automatisée,
                                                            par interception de cordes




                 Résultats : Sv, Sp et N                Résultats : Ta, Ci (et P?)
Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                                                            4
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     2 - Préparation des corps d’épreuve
     De la découpe à l’acquisition

                        Découpe                                                     Polissage

                                                                                              Carbure de silicium
                                                                                              (min 3m)


                                                                                              Alumine (min 0,5 m)


    Gabarit de sciage                      2 plaques 100X100 mm²      Polissage (bras automatisé)

             Prépare acquisition                                                   Acquisition
                                     Remplissage du
                                     réseau de bulles d’air                                          Gabarit
                                     par de l’alumine                                                d’acquisition
                                                                                                       h 2 µm




         Emploi d’encre à
         alcool (contraste)                                        Sp – x20           Bulles d’air
                                                                                         x100
Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                                                                                   5
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     3 - Identification de la surface de pâte
     Principe d’identification indirect : Sp = St – (Sg+Sv)

                                                                                Acquisition x20
  Étape 1                                                                     256 niveaux de gris
  Segmentation des granulats et vides d’air
  Utilisation de l’opérateur gradient (Cany-Derriche)
        Intensité                Gradient               Binarisation
                                 (masque de
                                 convolution 5x5)
                                               Seuil?




               Image pâte et résidu


  Étape 2
  Identification de la surface de pâte                                 Image 90x90 mm², 19737x19737 pixels²
                                                                       Découpe en 9 images pour traitement
  Recherche de l’intervalle d’intensité correspondant à la             Résolution 1pixel = 4,560 m²
  surface de pâte dans l’Image pâte et résidu

Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                                                                           6
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                       3 - Identification de la surface de pâte
                       Étape 1 - Segmentation des granulats et vides d’air




                                                                                    Seuil 3                                             Seuil 5               Seuil 7

                              Détermination du niveau de seuillage du gradient
                                                                                                                                                           Image pâte et résidu
                     100,0%                                                         140000

                     90,0%

                     80,0%
                                                                                    120000                                Critère de convergence :
                                                                                                                          1 - Une limite réaliste Sg<60%
                                                                                             Nombre d'objets identifiés




                     70,0%                                                          100000
 % surface retenue




                     60,0%

                     50,0%
                                                                                    80000
                                                                                                                          2 - Nombre maximal d’objets
                                                                                    60000
                     40,0%

                     30,0%                                                          40000
                     20,0%                                                                                                            Seuil 4
                                                                                    20000
                     10,0%

                      0,0%                                                          0
                              2    3     4      5       6      7      8    9   10
                                         Niveau de seuillage du gradient
Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                                                                                                                                                7
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     3 - Identification de la surface de pâte
     Étape 2 – Identification de la surface de pâte

             Image pâte et résidu                                                Coefficient de coupure de l'histogramme
                                                                                                                                                          Coupure 75% du mode
                                                                                                                                      Histo lissé
                                                               6000000
                                                                                                                                      Histo seuillé
                                                                                                                                      Coupure 0,75
                                                               5000000


                                                               4000000


                                                               3000000


                                                               2000000


                                                               1000000


                                                                    0
                                                                         0                          50                  100   150   200             250




                              Détermination du % pate


                                                                                                                      Choix d’un coefficient de coupure (% du mode)
             100%                                                            600000
             90%
                                                                                       Nombre de vides dans la pâte




             80%
                                                                             500000
                                                                                                                      Critère de convergence :
             70%
                                                                             400000
             60%                                                                                                       - Nombre max d’objets dans la pâte
    % Pâte




             50%                                                             300000
             40%
             30%
                                                                             200000                                                        Analyse image 23,9%
             20%
                                                                             100000
             10%                                                                                                                           ASTM 457C 25,8%
              0%                                                             0
                    0   0,2       0,4           0,6      0,8             1
                                Coefficient de coupure
Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                                                                                                                                              8
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




     4 - Réseau de bulles d’air
     Acquisition


       14 bandeaux 0,8x90 mm²                                      Acquisition x100
        Résolution 1 pixel = 0,918 m²                            256 niveaux de gris

                                                        Bandeau découpé en 4 images,
                                                        24320 x 960 pixels²




Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                                                      9
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     4 - Réseau de bulles d’air
     Choix d’une intensité de seuillage


     Niveaux de seuillage étudiés entre 110 et 140




Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                      10
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     4 - Réseau de bulles d’air
     Seuillage des images – Identification des vides d’air



  Ligne 9_1
  0,8x90 mm², 24320x960 pixels²


       Seuil 110


       Seuil 125

       Seuil 140


               Opérations morphologiques (ouverture, fermeture, remplissage des vides)

               Application d’un masque (ligne centrale) pour l’interception des lignes de corde




Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                                                                11
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                4 - Réseau de bulles d’air
                Calcul du facteur d’espacement, comparaison NF EN 480-11 - ASTM 457C


                            Résultats en fonction du niveau de seuillage
                                  Résultats EN 480-11 Plaque aluminée
                                          Résultats ASTM C457                                                                    Plaque 2828_2 (aluminée)
                                                                                                                                  Seuil    N/ml       A      Lbarre (µm)
                400                                                           0,08
                                                                                                                                    110   1374      11,21%           43
                350                                                           0,07                                     Analyse      120    463       6,42%          129
                                                                                                                       d'image      125    313       5,54%          190
                                                                                                                       P=23,9%      130    237       5,02%          239




                                                                                     Proportion d'air calculée -----
                                                                                      Nbre de bulles/m (/1000)___
                300                                                           0,06
                                                                                                                                    140    167       3,99%          301
                                                                                                                        ASTM P=25,8%       277       6,47%          181
                250                                                           0,05
  Lbarre (µm)




                200                                                           0,04

                150                                                           0,03
                                                                                                                       Pente forte autour de l’intensité
                100                                                           0,02

                 50                                                           0,01
                                                                                                                            Influence du niveau de seuillage

                  0                                                           0,00
                      110      120              130              140       150
                                      Intensité de seuillage




Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                                                                                                                                         12
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




     Conclusion - perspective
                                                 Méthode développée                 Perspective d’évolution
         Pré-traitement
     Principe d’une                           Découpe polissage soignés               Polissage à l’alumine
     préparation de qualité                   Encrage / alumine                       (grain de 0,1 µm)
                                              Double acquisition (Gabarit)


       Surface de pâte
                                             Méthode en deux temps                     Plaques complexes
                                             Gradient                                  (très faible contraste)
                                             Intervalle correspondant à la pâte

            Vides d’air
                                             Méthode simple par seuillage              Seuillage automatique
                                             Résultats à analyser finement             Masque sur les granulats



                      Campagne d’essai en cours (échantillons représentatifs / mortier / coulis)
                                 Essais comparés avec la norme ASTM 457C
Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                                                                                13
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




     Merci de votre attention

     Et à tous ceux qui ont participé à ces travaux
                         Stagiaires                     CETE de Lyon / GOASMD

               Julien Senaillet
                       2005                               Michael Dierkens
                  Catherine Mallet
                           2007
                                                              Georges Orcel
                        Etienne Castillo
                                  2008

                              Selim Maiassi                    Christophe Herbert
                                      2009

                                  Florent Cappon
                                          2011



Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon                                                  14

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Caractérisation du réseau de bulles d'air dans un béton paranalyse d'image

  • 1. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Caractérisation du réseau de bulles d’air dans un béton par analyse d’image Sourdun Journées Techniques OA – 9, 10 mai 2012 S. BOUTEILLE, Ch. HERBERT Jeudi 10 mai 2012 Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 1
  • 2. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Sommaire • Éléments de contexte • Préparation des corps d’épreuve • Identification de la surface de pâte • Réseau de bulles d’air et facteur d’espacement • Perspective Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 2
  • 3. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 1 - Éléments de contexte Résistance au gel des bétons Gel de prisme 10x10x40 en enceinte climatique de laboratoire Recommandations pour la durabilité des bétons durcis soumis au gel (LCPC – 2003) Caractère protecteur du réseau de bulle d’air Réseau poreux et vide d’air dans la pâte cimentaire Théorie des pressions hydrauliques M. Pigeon, J. Marchand, R. Pleau, Frost T.C. Powers, Proc. Highway Res. Board (1949) résistant conrete, Construction and Builing Succion crysocopique Materials, Vol. 10, No. 5, pp.339-348,1996 D.H. Everett, Trans. Faraday Soc. (1961) M. Vignes, K.M. Dijkema, JCIS (1974) Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 3
  • 4. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 1 - Éléments de contexte Détermination du facteur d’espacement ASTM 457C NF EN 480-11 Méthode de comptage manuelle, par points d’arrêts. Méthode de comptage automatisée, par interception de cordes Résultats : Sv, Sp et N Résultats : Ta, Ci (et P?) Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 4
  • 5. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 2 - Préparation des corps d’épreuve De la découpe à l’acquisition Découpe Polissage Carbure de silicium (min 3m) Alumine (min 0,5 m) Gabarit de sciage 2 plaques 100X100 mm² Polissage (bras automatisé) Prépare acquisition Acquisition Remplissage du réseau de bulles d’air Gabarit par de l’alumine d’acquisition h 2 µm Emploi d’encre à alcool (contraste) Sp – x20 Bulles d’air x100 Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 5
  • 6. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 3 - Identification de la surface de pâte Principe d’identification indirect : Sp = St – (Sg+Sv) Acquisition x20 Étape 1 256 niveaux de gris Segmentation des granulats et vides d’air Utilisation de l’opérateur gradient (Cany-Derriche) Intensité Gradient Binarisation (masque de convolution 5x5) Seuil? Image pâte et résidu Étape 2 Identification de la surface de pâte Image 90x90 mm², 19737x19737 pixels² Découpe en 9 images pour traitement Recherche de l’intervalle d’intensité correspondant à la Résolution 1pixel = 4,560 m² surface de pâte dans l’Image pâte et résidu Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 6
  • 7. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 3 - Identification de la surface de pâte Étape 1 - Segmentation des granulats et vides d’air Seuil 3 Seuil 5 Seuil 7 Détermination du niveau de seuillage du gradient Image pâte et résidu 100,0% 140000 90,0% 80,0% 120000 Critère de convergence : 1 - Une limite réaliste Sg<60% Nombre d'objets identifiés 70,0% 100000 % surface retenue 60,0% 50,0% 80000 2 - Nombre maximal d’objets 60000 40,0% 30,0% 40000 20,0% Seuil 4 20000 10,0% 0,0% 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Niveau de seuillage du gradient Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 7
  • 8. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 3 - Identification de la surface de pâte Étape 2 – Identification de la surface de pâte Image pâte et résidu Coefficient de coupure de l'histogramme Coupure 75% du mode Histo lissé 6000000 Histo seuillé Coupure 0,75 5000000 4000000 3000000 2000000 1000000 0 0 50 100 150 200 250 Détermination du % pate Choix d’un coefficient de coupure (% du mode) 100% 600000 90% Nombre de vides dans la pâte 80% 500000 Critère de convergence : 70% 400000 60% - Nombre max d’objets dans la pâte % Pâte 50% 300000 40% 30% 200000 Analyse image 23,9% 20% 100000 10% ASTM 457C 25,8% 0% 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Coefficient de coupure Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 8
  • 9. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 4 - Réseau de bulles d’air Acquisition 14 bandeaux 0,8x90 mm² Acquisition x100 Résolution 1 pixel = 0,918 m² 256 niveaux de gris Bandeau découpé en 4 images, 24320 x 960 pixels² Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 9
  • 10. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 4 - Réseau de bulles d’air Choix d’une intensité de seuillage Niveaux de seuillage étudiés entre 110 et 140 Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 10
  • 11. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 4 - Réseau de bulles d’air Seuillage des images – Identification des vides d’air Ligne 9_1 0,8x90 mm², 24320x960 pixels² Seuil 110 Seuil 125 Seuil 140 Opérations morphologiques (ouverture, fermeture, remplissage des vides) Application d’un masque (ligne centrale) pour l’interception des lignes de corde Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 11
  • 12. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 4 - Réseau de bulles d’air Calcul du facteur d’espacement, comparaison NF EN 480-11 - ASTM 457C Résultats en fonction du niveau de seuillage Résultats EN 480-11 Plaque aluminée Résultats ASTM C457 Plaque 2828_2 (aluminée) Seuil N/ml A Lbarre (µm) 400 0,08 110 1374 11,21% 43 350 0,07 Analyse 120 463 6,42% 129 d'image 125 313 5,54% 190 P=23,9% 130 237 5,02% 239 Proportion d'air calculée ----- Nbre de bulles/m (/1000)___ 300 0,06 140 167 3,99% 301 ASTM P=25,8% 277 6,47% 181 250 0,05 Lbarre (µm) 200 0,04 150 0,03 Pente forte autour de l’intensité 100 0,02 50 0,01 Influence du niveau de seuillage 0 0,00 110 120 130 140 150 Intensité de seuillage Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 12
  • 13. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Conclusion - perspective Méthode développée Perspective d’évolution Pré-traitement Principe d’une Découpe polissage soignés Polissage à l’alumine préparation de qualité Encrage / alumine (grain de 0,1 µm) Double acquisition (Gabarit) Surface de pâte Méthode en deux temps Plaques complexes Gradient (très faible contraste) Intervalle correspondant à la pâte Vides d’air Méthode simple par seuillage Seuillage automatique Résultats à analyser finement Masque sur les granulats Campagne d’essai en cours (échantillons représentatifs / mortier / coulis) Essais comparés avec la norme ASTM 457C Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 13
  • 14. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Merci de votre attention Et à tous ceux qui ont participé à ces travaux Stagiaires CETE de Lyon / GOASMD Julien Senaillet 2005 Michael Dierkens Catherine Mallet 2007 Georges Orcel Etienne Castillo 2008 Selim Maiassi Christophe Herbert 2009 Florent Cappon 2011 Sébastien BOUTEILLE / CETE de Lyon 14