Déterminer et optimiser les performances de l’innovation avec l’ingénierie des essais

“Des données ! Des données ! Donnez-moi des données ! s’écria-t-il avec impatience. Je ne peux pas faire de briques sans argile !” Telle une énigme à résoudre, développer une innovation nécessite de s’appuyer sur des données incontestables. Or la mesure physique par l’essai reste le moyen le plus sûr pour les recueillir. Le CSTB s’appuie sur son ingénierie d’essais pour caractériser les performances des matériaux et produits du bâtiment. La démarche expérimentale représente ainsi une aide à la conception et à la fiabilisation de l’innovation. Elle peut être couplée à la simulation pour une vision plus complète. Focus sur l’ingénierie des essais du CSTB, qui soutient l’innovation dans la construction en confiance.

Le CSTB mobilise son ingénierie d’essais pour caractériser les performances de l’innovation et accompagner sa conception. L’une de ses forces est de répondre aux besoins des acteurs même si l’essai n’existe pas encore. Lorsque le comportement de l’innovation face aux phénomènes physiques est peu ou pas connu, l’ingénierie d’essais organise la démarche expérimentale pour déterminer les phénomènes qui influencent sa durabilité et sa performance.

Trois étapes : éviter les essais inutiles, mener des essais de détection, organiser un plan d’expériences sur mesure. À partir de ces campagnes exploratoires, combinées à la simulation numérique si besoin, le CSTB en déduit un protocole d’essais original qui permet de caractériser les performances de l’innovation de manière fiable. Les acteurs peuvent ainsi optimiser la conception du nouveau produit ou procédé.
En 2017, le CSTB a passé au crible certains aspects méconnus du comportement de produits, comme par exemple le phénomène complexe de rupture des poutres en béton dans un bâtiment industriel, ou les mécanismes d’adhérence d’un revêtement de sol en résine (problème de cloquage). Dans ces domaines, le CSTB élabore des protocoles d’essais inédits qui font l’objet d’une démarche de brevet.

Le CSTB accompagne également les acteurs pour fiabiliser les performances de l’innovation. Il faut notamment anticiper les variations de performances liées à la mise en œuvre du produit innovant, intégré au bâtiment ou au composant lui-même. Le CSTB propose un essai adapté au besoin, en utilisant en complément ses logiciels de calcul. Prenons l’exemple d’un panneau de bardage en façade, dont on teste la résistance au vent. Par la simulation, le CSTB modélise le comportement de l’ouvrage soumis au vent et calcule sa performance pour différentes configurations. Il fait varier par exemple la taille du panneau, le type de fixations, leur nombre au m². La simulation permet ainsi de déterminer la déformation du panneau en fonction de la pression exercée par le vent, ainsi que la pression de vent causant la rupture du système.

En complément, l’ingénierie d’essais cible les essais nécessaires pour valider le modèle de calcul numérique. Les configurations pour lesquelles les performances sont les moins bonnes sont le plus souvent considérées. Les données issues des essais servent de données de référence. Elles apportent une connaissance du produit au plus près du réel en prenant en compte les caractéristiques du produit industriel (dimensions, propriétés, etc.), les conditions spécifiques de mise en œuvre dans un type d’ouvrage, la complexité des phénomènes physiques qui interagissent.

À l’échelle du bâtiment, l’ingénierie des essais du CSTB évalue également les performances d’un composant innovant dans son environnement. Le CSTB conçoit des protocoles d’essais pour dimensionner l’innovation au plus près des besoins et optimiser notamment les quantités de matériaux. En outre, le CSTB dispose d’équipements de pointe pour réaliser des essais à échelle 1 dans différents domaines pour soutenir une approche performancielle globale.

Dans le cadre d’une étude d’Ingénierie Sécurité Incendie par exemple, le CSTB a élaboré un essai feu in situ à échelle réelle pour vérifier la résistance incendie d’un parking aérien à structure bois innovant. L’élaboration de cet essai exceptionnel a consisté à définir la taille du parking à brûler, la métrologie à mettre en œuvre et le scénario d’essais le plus pertinent pour recueillir des données fiables. Le scénario a notamment inclus le nombre et la position des voitures présentes, la position des foyers d’embrasement, le chemin de propagation du feu. Ce travail inédit repose sur une connaissance par les experts du CSTB, de la physique du feu et des grands ouvrages. Les résultats ont constitué une base réaliste pour caler le modèle de simulation et explorer d’autres scénarios incendie et typologies de parking en bois.

Autre exemple dans le domaine aérodynamique : le CSTB a étudié en 2017 le comportement au vent d’une nouvelle tour à La Défense, à partir d’une campagne hybride. Les essais menés en soufflerie atmosphérique ont permis d’analyser le comportement dynamique de l’ouvrage, soumis aux rafales de vent. Le CSTB a également mis en œuvre des simulations numériques de mécanique des fluides pour comprendre comment les écoulements de vent se structurent autour de la tour. L’une des forces du CSTB réside dans cette double approche au service de la sécurité et du confort des constructions, à différentes échelles. Le CSTB déploie son ingénierie d’essais sur mesure, couplée à la simulation, pour mieux connaître, développer et optimiser les projets innovants des acteurs. En prenant en compte les exigences techniques et économiques, il soutient la liberté de construire en toute sécurité.