Navire historique, protection moderne

Le défi du cœur : Un navire vieux de 400 ans sans flottabilité

Aujourd’hui, le défi technique est clair mais sérieux : le navire est désormais posé sur la terre ferme, et la flottabilité ne supporte plus son poids. La coque traitée au PEG, vieille de 400 ans, transfère la gravité par des points de contact discrets, et les restaurateurs ont mesuré une déformation lente mais significative.

Cette situation soulève un certain nombre de questions importantes :

• Chemins de charge incertains et surcharges cachées aux différents points d’appui
• Déformation progressive au fil des ans qui peut passer inaperçue dans le fonctionnement quotidien
• Risque et coût élevés des interventions structurelles sur un bien patrimonial irremplaçable
• Nécessité de prendre des décisions fondées sur des hypothèses plutôt que sur des données

Pour y remédier, le musée remplace l’ancien berceau par un système de support en acier réglable, équipé d’une solution de contrôle des forces en temps réel de Gantner Instruments. L’objectif est de maintenir la forme de la coque stable pendant de nombreuses années et de corriger les charges nuisibles avant qu’elles ne causent des dommages, non seulement lors de l’installation, mais aussi de manière continue, à mesure que le navire, le bâtiment et le climat changent au fil du temps.

Pourquoi le vieux berceau devait disparaître

Le berceau d’exposition installé après le renflouement a permis une exposition publique. Cependant, des décennies de mesures ont montré des réactions non uniformes aux points de contact et une inclinaison progressive vers le côté bâbord. En termes simples, le berceau mécanique passif avait atteint ses limites en tant que support sûr à long terme pour le navire.

Principaux problèmes liés à l’ancienne solution :

• Pas de moyen actif d’équilibrer les charges dans le temps
• Pas de mesure directe des forces à chaque point d’appui
• Uniquement des contrôles périodiques, avec le risque que les tendances néfastes restent invisibles entre les campagnes.

Pour résoudre ce problème, le musée a choisi un berceau en acier réglable qui peut être ajusté au fil du temps et l’a associé au système de contrôle de la force en temps réel de Gantner Instruments. La technologie de Gantner s’attaque directement au problème du soutien structurel “aveugle” en transformant chaque point de contact en une variable mesurable et contrôlable.

Au lieu de supposer que les forces restent là où le modèle de conception le prévoit, l’équipe peut désormais les mesurer, les vérifier et les corriger à l’aide de données réelles.

Le nouveau support : Des berceaux en acier réglables et un squelette interne

Le musée installe une série de berceaux en acier qui épousent la forme de la coque et se raccordent à un nouveau joint sous la quille. Chaque berceau est profilé et réglable mécaniquement, de sorte que les charges à chaque point de contact peuvent être ajustées après l’installation et réajustées si nécessaire à l’avenir.
Un squelette interne en acier reliera les cadres et les structures du pont. Cela augmente la rigidité globale et rend plus prévisible le chemin de charge du pont à la quille.
Le travail est échelonné afin de réduire les risques pour le navire. L’équipe ajuste une zone, vérifie les forces de réaction en temps réel, puis passe à la suivante. L’installation a commencé en 2024 et devrait permettre une stabilisation externe et interne complète d’ici la fin de la décennie.

Le système de mesure doit répondre à un ensemble différent de questions, car les phases de construction et de suivi s’étalent sur plusieurs années.

• Stabilité à long terme des mesures au fil des saisons et des décennies
• Facilité d’entretien dans un musée public
• Cohérence des données d’une génération à l’autre et évolution des stratégies de conservation

La plate-forme modulaire d’acquisition de données et l’architecture synchronisée de Gantner sont conçues pour répondre exactement à ces contraintes.

Transformer la structure en données : 182 Capteurs de pesage et DAQ synchronisé

A network of 182 load cells turns the new support into a structural health monitoring (SHM) system. Each instrumented interface measures the actual force at that point, so the whole cradle behaves like a tunable mechanism instead of a fixed steel construction.

Cela atténue directement la difficulté de ne pas savoir où se trouvent réellement les charges. Au lieu de s’appuyer sur des modèles simplifiés et des enquêtes peu fréquentes, les restaurateurs ont maintenant :

• Valeurs des forces en temps réel à chaque point d’appui
• Retour d’information immédiat lorsque des ajustements sont effectués
• Un enregistrement continu de l’évolution de la répartition de la charge du navire au fil du temps

Des modules de mesure distribués avec des entrées de pont électriquement isolées sont installés à proximité des cellules de charge. Cela permet de maintenir la stabilité des signaux, de réduire le bruit dû aux longs câbles dans les galeries publiques et de préserver la précision des mesures. L’échantillonnage synchronisé garantit que les données de force de tous les points d’appui sont collectées en même temps. C’est un point crucial lorsque vous souhaitez comparer les changements sur l’ensemble du navire, suivre les tendances lentes au fil des ans et prouver qu’une correction apportée à un berceau ne crée pas un nouveau problème à un autre endroit.

L’acquisition des données est assurée par des modules Q.bloxx XL A116 et un contrôleur Q.station XB. GI.bench est utilisé pour configurer les canaux, enregistrer les données haute résolution et visualiser les résultats. Cette combinaison est conçue pour une utilisation prolongée. Elle permet un échantillonnage précis et régulier, une synchronisation temporelle fiable et des mesures répétables. Ces caractéristiques sont essentielles pour comparer les données sur plusieurs années et prévenir la dérive des données qui pourrait affecter les décisions de conservation.

Des données à un modèle structurel réel : Cartes de charge en 3D et comportement des jumeaux numériques

L’écart entre les modèles et la réalité est un autre point sensible dans les projets de conservation à long terme. Les analyses structurelles sont souvent basées sur des hypothèses initiales qui ne sont jamais entièrement validées en fonctionnement.

Dans le cadre du projet Vasa, les canaux de mesure des forces en temps réel sont intégrés dans un tableau de bord basé sur un navigateur, où les conservateurs et les ingénieurs voient les valeurs en temps réel, les lignes de tendance et une carte tridimensionnelle des charges exercées sur la coque et le support. Cette vue en 3D se comporte comme un jumeau numérique opérationnel : elle relie chaque canal de mesure à une position sur le navire et montre comment le modèle de charge change lorsque l’équipe ajuste un berceau, remplace une fixation ou réagit à une déformation à long terme.

Les seuils d’alarme rendent le système proactif. Si un berceau sort de la plage de force autorisée, le personnel reçoit une alarme claire, ajuste les paramètres et voit immédiatement la répartition actualisée de la charge sur l’écran, souvent à partir d’une tablette dans la galerie, sans toucher le navire. Cela permet de résoudre le problème de la réaction trop tardive aux changements de charge critiques.

Ces mêmes données permettent également de mettre à jour le modèle structurel utilisé par les ingénieurs pour la planification. Au fil du temps, cela crée une boucle de rétroaction entre le modèle et la réalité : la représentation numérique du Vasa est continuellement calibrée avec des mesures réelles au lieu d’hypothèses. Cela permet de réduire l’incertitude, de diminuer les risques et d’améliorer les décisions futures.

Sans une visualisation claire et des alarmes explicites, les changements de charge critiques passent inaperçus et les équipes réagissent trop tard.

Contexte de conservation : Chimie, climat et attaches

Le travail structurel fait partie d’une stratégie de conservation plus large. Après son sauvetage en 1961, Vasa a été imprégné de PEG et séché dans des conditions contrôlées afin de stabiliser le chêne gorgé d’eau. Aujourd’hui, le musée maintient des limites strictes de température et d’humidité relative afin de réduire les variations dimensionnelles du bois.

Un programme à long terme a également permis de remplacer les boulons en acier doux corrodés afin d’éliminer les sources de fer et d’améliorer le comportement mécanique de la coque.

Le système de Gantner répond également à la question de savoir si ces diverses mesures de conservation fonctionnent ensemble comme prévu. Le nouveau support en acier ajustable et le squelette interne travaillent de concert avec la science des matériaux et le contrôle du climat. L’ingénierie contrôle les forces et la géométrie agissant sur la structure ; la science de la conservation ralentit la dégradation chimique et physique.

Le système DAQ fournit l’ossature de mesure à long terme qui relie les deux mondes et montre si la stratégie combinée apporte la stabilité structurelle attendue.

Feuille de route et reproductibilité

Au fur et à mesure que l’installation se poursuit, le musée constitue un enregistrement long et continu du comportement du navire : comment les charges se déplacent au fil des saisons, comment les actions de maintenance modifient la répartition des forces et comment la géométrie globale reste stable au fil du temps. L’objectif est d’obtenir un chemin de charge stable et bien documenté, ainsi qu’un ensemble de données qui se prolongera au-delà du 400e anniversaire du navire et soutiendra les décisions de la prochaine génération de conservateurs.
Les défis auxquels le Vasa est confronté ne sont pas uniques.

• Structures complexes avec des chemins de charge inconnus dans le monde réel
• Horizons temporels très longs où les tendances sont plus importantes que les mesures individuelles
• Tolérance extrêmement limitée en cas d’intervention ou d’endommagement

Les avions historiques, les toits en bois, les statues monumentales et les ponts ont tous besoin de moyens pour relier les modèles structurels aux charges réelles et prouver leur stabilité à long terme.

La combinaison utilisée ici comprend des supports en acier réglables, des capteurs à cellule de charge, une collecte de données synchronisée et une visualisation basée sur un navigateur qui comprend le modèle. L’ensemble de ces éléments constitue un exemple clair de la manière dont des inspections manuelles occasionnelles peuvent se transformer en une surveillance structurelle continue, basée sur des données, réduisant ainsi les risques et l’incertitude pour les propriétaires et les exploitants du patrimoine.

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Références et crédit photo : Anneli Karlsson / Vasa Museum / Swedish National Maritime and Transport Museums (SMTM)