Comment vérifier l’état de conservation d’un ouvrage hydraulique précontraint en employant des moyens légers et une méthode non destructive ? C’est le défi en passe d’être relevé par les équipes de la R&D d’EDF, qui développent une méthode innovante d’auscultation des tirants d’ancrage précontraints grâce aux ondes acoustiques. Dans ce nouvel épisode de la série « La R&D vous emmène », découvrez, en images, comment chercheurs et techniciens explorent de nouvelles solutions pour renforcer la surveillance des moyens de production du Groupe EDF.
Transcription
R&D takes you... to inspect anchor rods
Durée : 3:50
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[This video explains the role of prestressed anchor bars in ensuring the safety of hydropower dams. It features Thilakson Raveendranet, Research Engineer, and Jonathan Lemaître, Test Technician.]
Voice-over: EDF R&D takes you on a journey to... inspect prestressed anchor bars.
Here, at EDF Lab Chatou, our R&D centre, we help ensure the safety of hydropower dams... France’s leading source of renewable energy and key assets in the drive to decarbonise, many of which are several decades old. Their safe operation relies, among other things, on prestressed anchor bars: steel reinforcements embedded in concrete or the foundations and then tensioned. Over time, however, this tension can decrease.
How can we detect this... in a straightforward way, without damaging the structure? That is the challenge Thilakson Raveendranet and Jonathan Lemaître are tackling here!
Thilakson Raveendranet: “Welcome to the Chatou site! At our Civil Engineering Laboratory, we are developing an inspection method to measure the tension in prestressed anchor bars. Anchor bars are used in a variety of configurations. For example, they can provide a mechanical connection between a gate and the dam itself, or secure the connection between the dam and the rock mass on which it rests.
To ensure the structure remains mechanically sound, we must periodically check that the tension does not exceed certain thresholds. Indeed, this tension can vary over time.
Today, the standard method is cumbersome, time-consuming to implement and sometimes even impossible to use on certain structures. But we may have a solution. Follow me!
We have a scale model that represents real structures, allowing us to test our developments in a controlled environment. The method we are developing is based on the propagation of ultrasonic waves. It works a little like a medical ultrasound scan. In fact, Jonathan is currently installing sensors on the bar.”
Jonathan Lemaître: “Here, we have a concrete beam with two openings. A steel bar runs through one of them, passing through the structure. The bar is secured at both ends using a system of plates and nuts. A hydraulic jack allows us to apply a controlled tensile force to the bar. Finally, two steel shields are in place to ensure the installation is safe.
An ultrasonic wave is sent along the bar. The wave is reflected at each end. Two sensors record each passage of these waves. We then analyse the results.”
Thilakson Raveendranet: “The effect we are exploiting is the acoustoelastic effect. It describes how the wave propagation velocity changes as a function of tension.
In practical terms, we measure shifts in arrival times to estimate the tension.
What you can see on this interface is one of the signals recorded by a receiver. Here, we can see the successive round trips made by the wave along the bar. If we zoom in on one of these round trips, we can identify the arrival time. In a controlled environment, we can measure these arrival-time shifts with microsecond-level precision.
The goal is to reproduce this measurement on an actual structure, which presents a real challenge.”
Voice-over: We now head to Gambsheim, on the Rhine. Here, working with the Hydro-Est teams, EDF R&D teams are testing the method under real-world conditions on both new and older prestressed anchor bars.
Thilakson Raveendranet: “We are currently at a site where new prestressed bars are being installed. We therefore know the applied tension and the length of these bars, allowing us to validate the developments carried out in the laboratory.
In the medium term, this method could become a simple, non-destructive diagnostic tool that can be used on EDF’s hydropower structures and potentially beyond.
This research has led to publications and a PhD thesis launched in late 2025, demonstrating its innovative nature. I am truly proud to be working on this mission, which is essential for EDF as we seek to optimise our maintenance strategy.”
Voice-over: To better understand and monitor hydropower structures, both at Chatou and in the field, EDF R&D is driving innovation in collaboration with its hydropower engineering teams.
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Au cœur de la sûreté des ouvrages
Les tirants d’ancrage précontraints jouent un rôle majeur dans la stabilité de nombreux ouvrages et structures du domaine hydrauliques. Ces armatures en acier, mises en tension, contribuent notamment à stabiliser des barrages, ancrer certaines structures ou à assurer la liaison mécanique d’équipements électromécaniques, tels que les vannes, avec les ouvrages de génie civil.
Comme tout élément soumis à des contraintes mécaniques sur de longues périodes, la tension régnant dans les armatures précontraintes peut évoluer au fil du temps. Les ancrages précontraints doivent donc être contrôlés régulièrement, afin de garantir la sûreté et la sécurité de nos installations.
Aujourd’hui, outre l’équipement de l’ancrage précontraint avec une cellule de charge, la méthode de référence pour mesurer cette tension repose sur le « pesage » des tirants à l’aide d’un vérin hydraulique. Cette méthode est efficace, mais elle mobilise des moyens lourds, elle est coûteuse, elle expose les salariés à des risques, elle a souvent une incidence sur l’exploitation et est parfois impossible à mettre en œuvre, notamment dans le cas des armatures précontraintes scellées sur toute leur longueur.
Une solution R&D innovante basée sur la propagation d'ondes ultrasonores
À EDF Lab Chatou, les équipes du domaine Génie Civil qui travaillent sur la Performance, les Risques Industriels et la Surveillance pour la Maintenance et l’Exploitation (PRISME), développent une méthode d’inspection non destructive basée sur la propagation d’ondes ultrasonores guidées. Cette technologie s’appuie sur l’effet acousto-élastique, une propriété physique des matériaux selon laquelle la vitesse de propagation d’une onde acoustique varie en fonction de la contrainte mécanique appliquée. L'analyse très fine du temps de parcours des ondes acoustiques pourrait, à terme, permettre d'estimer la tension régnant dans l'acier précontraint. Cette approche fait actuellement l'objet de travaux, notamment dans le cadre d'une thèse.
Au laboratoire, nous validons cette technologie sur une maquette représentative des ouvrages réels, puis sur le terrain, notamment sur le site du barrage de Gambsheim, équipé de tirants précontraints neufs, dont la tension est parfaitement connue.
Des perspectives pour l’hydraulique… et au-delà
À terme, cette innovation pourrait permettre de multiplier les diagnostics sur le parc hydraulique d’EDF tout en réduisant les contraintes et les coûts liées aux méthodes actuelles. Plus simple à déployer et totalement non destructive, elle offrirait de nouvelles possibilités pour le suivi de nos ouvrages précontraints, sur le long terme.
Les perspectives dépassent le seul domaine hydraulique. Les tirants d’ancrage et les armatures précontraintes sont également présents sur d’autres installations industrielles, notamment dans les domaines nucléaire et thermique.
Afin d’accélérer le développement de cette technologie, une thèse initiée fin 2025, en partenariat avec le Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique (LMA) et le Commissariat à l’Energie Atomique (CEA), permettra d’approfondir les recherches et de préparer l’industrialisation de cette méthode innovante.
Les assemblages précontraints ont, le plus souvent, une importance cruciale en matière de sûreté et de sécurité dans le domaine hydroélectrique. La méthode acoustique non destructive actuellement développée par nos collègues de la R&D vise à parfaire la surveillance des structures précontraintes. Elle permettra de conduire un diagnostic sans intervention intrusive, afin de mieux détecter une potentielle évolution défavorable du comportement des ouvrages précontraints. Elle contribuera ainsi à préserver le niveau de sûreté et de sécurité de nos installations… Un enjeu majeur pour EDF Hydro !
En associant expertise de l’évaluation non destructive appliquée au génie civil, ultrason et expérimentations allant du laboratoire au terrain, les équipes de la R&D contribuent à la performance et à la sûreté des installations du Groupe.