Littérature scientifique sur le sujet « Détection d'interface »

L'analyse des contraintes transverses dans les structures hétérogènes telles que les assemblages collés et les matériaux composites présente un point essentiel dans le dimensionnement de ces structures. En effet, la ruine de ce type de structures est souvent régie par ces contraintes, en particulier aux interfaces entre les différents matériaux. Un autre aspect important dans le calcul des structures hétérogènes consiste à étudier les effets locaux : effets de bord et défauts, car il existe un résultat commun à toutes les analyses, qu'elles soient théoriques, expérimentales ou numériques, qu'elles soient simples ou complexes : c'est que les contraintes maximales se produisent près des extrémités. Ce travail concerne l'application de différentes familles d'éléments finis : éléments finis classiques dits éléments en déplacements et éléments finis spéciaux dits éléments d'interface (dans lesquels les degrés de liberté aux interfaces sont les déplacements et les contraintes transverses) à l'étude détaillée des deux aspects cités ci-dessus. Le travail débute par une présentation et une analyse critique et comparative des diverses approches : théorique, expérimentale et numérique en utilisant des exemples de la littérature. La comparaison des résultats obtenus montre bien l'intérêt et l'efficacité des éléments finis, en particulier les éléments d'interface pour le calcul des assemblages collés. Ensuite l'étude porte sur l'analyse des effets locaux et l'influence des défauts sur le comportement mécanique des diverses configurations d'assemblages collés et de structures stratifiées. Les résultats obtenus démontrent l'influence importante des effets locaux, et en particulier des défauts, sur la distribution des contraintes dans les joints collés.

Les résistances thermiques d'interface sont la conséquence d'une discontinuité structurale entre deux matériaux. Des exemples peuvent être trouvés dans des délaminages au sein de composites laminés ou dans les applications de soudage où on cherche à avoir des assemblages parfaits entre deux matériaux. Ces discontinuités structurales peuvent être caractérisées en utilisant la thermographie infrarouge stimulée. La profondeur et la résistance de contact d'un défaut dans un matériau peuvent être identifiées en utilisant des méthodes basées sur la transformation De Laplace en temps pour les cas ou le transfert de chaleur peut être considéré comme unidirectionnel (défauts très étendus). Il est proposé ici d'étendre les méthodes précédentes aux cas où le transfert de chaleur ne peut être considéré comme uni-directionnel. Dans ce but, une transformation de Fourier spatiale est appliquée à la transformée De Laplace en temps du signal produit par une camera infrarouge. Grâce à l'emploi des quadripôles thermiques 2D et 3D, une solution explicite du problème peut être trouvée. Un développement asymptotique (méthode des perturbations) permet la construction d'une solution approchée, très commode pour l'inversion. Dans le cas où la résistance d'interface est continument non uniforme, une relation explicite entre la transformée De Laplace-Fourier du contraste et la transformée de Fourier de la distribution de la résistance peut être trouvée dans le cadre d'un transfert 2D. L’inversion de cette relation fournit un algorithme explicite très commode qui permet d'estimer le profil de résistance. Des exemples numériques et expérimentaux ont été présentés: ils montrent la robustesse des techniques d'inversion développées

L'objectif de ce travail est d'étudier la sensibilité d'ondes guidées aux défauts d'interfaces de deux types : d'une part de fines piqûres de corrosion sur des structures aéronautiques en aluminium et d'autre part des microfissures situées à l'interface entre la couche de barrière thermique et la sous-couche métallique des aubes de turbines. La détection de ces défauts micrométriques nécessite au préalable une parfaite compréhension des mécanismes d'interaction entre les ondes guidées par la structure et la zone endommagée. Des modélisations analytiques et numériques de ces interactions ont donc été développées pour faciliter la sélection des ondes les plus sensibles à chaque endommagement et les mieux adaptées à l'élaboration d'un processus de contrôle non destructif. Ces simulations ont permis d'optimiser la sensibilité aux fines piqûres de corrosion et ont conduit à l'élaboration d'un protocole de contrôle non destructif de l'intégrité des aubes de turbines revêtues d'une barrière thermique
This document presents the analysis of the sensitivity of ultrasonic guided waves to interface defects : corrosion pitting in aircraft structures and micro-cracks at interface between thermal barrier coating and metallic bond layer of turbine blades. To optimize the detection of these defects, it is important to understand the physical phenomenon governing the interaction between guided waves and damaged area. Analytical and numerical simulations of these interactions have been developed to provide a selection of the most sensitive guided modes. These simulations are also useful for non-destructive technique investigation. They allow to configure the experimental setup and to extract the significant experimental data from the measurements. The final results of this work lead to an improvement of the sensitivity of Lamb waves to corrosion pitting and to the definition of a non-destructive technique for monitoring the bond quality between thermal barrier coating and turbine blades

L'objectif de neutralité carbone reposant massivement sur les sources d'énergie renouvelables peut être accéléré en envisageant la séquestration souterraine du CO2 et le stockage souterrain (i) de l'hydrogène produit par l'électrolyse de l'eau à partir d'électricité renouvelable et (ii) du méthane synthétisé produit par la méthanisation. Cependant, l'injection de ces fluides dans des aquifères salins profonds peut déclencher des instabilités locales sous la forme de digitations, qui sont les précurseurs d'instabilités macroscopiques telles que la microsismicité, l'affaissement ou le gonflement du sol. L'interaction entre le fluide injecté, le fluide résidentiel et le milieu poreux hôte est un problème complexe. Pour étudier la réponse d'un squelette solide percolé par un écoulement diphasique instable, une machine originale bi-axiale adaptée aux géo-matériaux partiellement saturés et fournissant un contrôle hydro- mécanique, a été mise en place. Des expériences de drainage ont été menées sur des échantillons de sable saturés en eau et chargés mécaniquement, par injection d'air via une pression capillaire imposée. Un protocol d’essai détaillant les étapes nécessaires à la réussite du test de drainage, allant de la préparation de l'échantillon à l'injection d'air, a été établi. Grâce à un système optique haute résolution, l'infiltration de l’air à travers un ou plusieurs chemins préférentiels dans le milieu granulaire, a été acquise. Le suivi du ou des doigts a nécessité le développement d'un algorithme robuste permettant la détection automatique de l'interface pour l'ensemble des images disponibles. De plus, le réarrangement de la squelette granulaire induit par la percolation du fluide a été quantifié via la corrélation d'images numériques par éléments finis. Le couplage entre la propagation de l'interface et les déformations localisées a été mesuré quantitativement en fonction du chargement mécanique, contrôlé par la contrainte effective. Les résultats ont montré une corrélation entre le chargement mécanique et la percolation hétérogène sous la forme de digitation et de déformations localisées
The goal of carbon neutrality relying massively on the renewable energy sources can be accelerated by considering underground CO2 sequestration and underground storage of (i) hydrogen produced by the water electrolysis from renewable electricity, and (ii) synthesized methane produced by the methanation. However, the injection of these fluids into deep saline aquifers, can trigger local instabilities in the form of fluid fingering, which are precursors of macroscopic instabilities such as micro-seismicity, subsidence or ground swelling. The interaction between the injected fluid, the residential one and the host porous medium is a complex problem. To investigate the response of a solid skeleton percolated by an unsteady bi-phasic flow, an original bi-axial machine adapted to partially saturated geo-materials and providing a hydro-mechanical control, has been set-up. Drainage experiments have been conducted on mechanically loaded water-saturated sand samples by injecting air via an imposed capillary pressure. A testing protocol detailing the steps required to achieve successful drainage test, starting from sample preparation to air injection, has been established. Thanks to a high resolution optical system, the air infiltration through preferential pathway(s) within the granular medium, has been acquired. The monitoring of the propagating finger(s) has required the development of robust algorithm allowing the automatic interface detection for the set of available images. In addition, the skeleton remodeling driven by the fluid percolation has been quantified via finite- element based digital image correlation. The coupling between interface propagation and localized strains has been quantitatively measured as function of the mechanical loading, controlled by the effective stress. The results have shown a correlation between mechanical loading and the heterogeneous percolation in the form of fingering and localized strains

Ce travail de thèse s'inscrit dans le contexte d'un certain nombre de projets qui visent la conception, le développement et l'évaluation de systèmes robotiques mobiles pour l'autonomie des personnes à domicile. Deux aspects complémentaires mais néanmoins distincts sont considérés dans ce travail de thèse: 1. La définition d'une interface graphique qui permet aux utilisateurs d'accéder aisément aux fonctionnalités du robot ; 2. La mobilité du système, portant cette interface, dans des environnements intérieurs encombrés, relativement à la personne et dans un certain contexte. Le type d'interface proposée pour l'interaction est un aspect très important notamment en raison de la population cible : des séniors, non experts, souffrants souvent de troubles cognitifs. Les règles générales pour la conception d'une interface sont indépendantes de la technologie et doivent s'inspirées des principes relevant de la psychologie cognitive et des sciences sociales. Afin de rendre l'interface du robot parfaitement adaptée à chaque utilisateur, une méthode de sélection d'icônes a été proposée et expérimentée avec les patients de l'hôpital gériatrique Broca. Les problèmes relatifs à la mobilité autonome du support de l'interface sont particulièrement complexes. Ils reposent sur deux questions centrales qui sont d'une part la localisation de la personne dans l'espace d'évolution du robot et d'autre part la définition de comportements d'interaction. Pour la détection et la localisation de la personne, un détecteur des jambes par laser 2D a été implémenté. La vitesse de la personne et sa trajectoire sont calculées en appliquant un filtre de Kalman étendu sur les données issues du laser. Pour répondre au besoin de donner au robot un comportement flexible par rapport à l'utilisateur, au contexte et aux événements qui se produisent de façon imprévisible, nous avons implémenté un moteur de décision exploitant le logiciel SpirOps. Les entrées de ce moteur décisionnel sont des informations extraites des différents capteurs. Ces informations sont exploitées avec des méthodes de logique floue utilisant une base des règles que nous avons définie et paramétrée pour produire en sortie du moteur des valeurs d'intérêt associés à chaque action que le robot peut exécuter. Le robot peut alors décider dynamiquement quelle est l'action la plus logique et adéquate à réaliser dans les différentes situations.