Letteratura scientifica selezionata sul tema "Capteur de déformation"

Cette étude propose la conception complète d’un système de suivi à distance des sollicitations mécaniques dans les machines électriques afin de répondre aux problématiques de l’industrie 4.0 et de la maintenance prédictive. Elle s’appuie sur la conception, la fabrication et la caractérisation de MEMS acoustiques hautes fréquences (bande ISM à 433MHz) intégrés à un banc de test et comparés aux performances de jauges de déformation commerciales.

L’article interroge la légitimité de l’usage du mot « traite » dans l’expression « traite des Blanches », devenue « traite des femmes et des enfants » en 1921 et « traite des êtres humains » en 1949. En effet, la traite négrière se caractérisait par deux traits absents dans les phénomènes qui y sont indûment assimilés : elle était légale (ce qui privait ses victimes de tout recours auprès des autorités) et elle était forcée du début à la fin du processus (capture, transport, vente et travail des esclaves). En l’absence de ces deux traits, c’est seulement par un abus de langage ou une déformation des faits que, depuis plus d'un siècle, l’on peut soutenir l’analogie. Les auteurs examinent en conclusion comment, pourquoi et avec quelles conséquences certains contemporains la soutiennent néanmoins.

Le Pont du Gard est un pont-aqueduc romain construit vers 50 après JC pour assurer le franchissement des gorges du Gardon par un aqueduc d’alimentation de la ville de Nîmes (France). Le pont-aqueduc et le pont routier attenant sont édifiés sur un entablement calcaire urgonien, karstifié et fracturé. Les ouvrages enjambent le lit mineur du Gardon par une voûte qui relie les piles VII et VIII. D’un point de vue géologique, ce chenal profond constitue une incision fracturée majeure dans ce paysage rocheux. Depuis près d’un siècle, les craintes d’une déstabilisation des flancs subverticaux de ce chenal ont motivé la mise en place de protections et de dispositifs de renforcement du massif rocheux. Un appareillage constitué par deux boulons instrumentés au moyen de capteurs extensométriques et une sonde de température a été mis en place dans l’appui rocheux de la pile VII et a fait l’objet d’un suivi pendant plusieurs années. Cette auscultation révèle des déformations de la roche qui évoluent avec le régime saisonnier des températures atmosphériques. Parmi les fluctuations journalières, des petits évènements semblent pouvoir être attribués à la variation de la température de l’eau pendant certaines crues du Gardon. Un calcul approximatif de ces variations saisonnières et momentanées a été effectué au moyen d’une formulation analytique. Un premier paragraphe présente une revue bibliographique des effets thermiques dans les massifs rocheux sous l’influence des conditions climatiques. Le paragraphe suivant est consacré à la présentation du site, de ses conditions environnementales et des travaux de renforcement. Les principales caractéristiques du dispositif d’auscultation sont présentées ensuite, puis les données recueillies. Une simulation des effets de la température est proposée enfin. Les résultats permettent d’expliquer effectivement l’ordre de grandeur des déformations observées dans la roche.

Cet article traduit la volonté de deux maîtres d’ouvrages (ayant une compétence interne d’ingénierie conseils en géophysique), que sont SNCF Réseau et EDF, de mettre en commun leurs retours d’expériences pour améliorer la gestion des risques liés à l’aléa cavités souterraines sur des ouvrages de grands linéaires, en contexte ferroviaire ou hydraulique. Cette coopération a permis de valider plusieurs méthodes de diagnostic, par reconnaissance et auscultation, afin de détecter des cavités souterraines et de suivre leur évolution : dans deux contextes géologiques distincts (craie et marnes à gypse), les méthodes sismiques actives et passives basées sur les ondes de surface ont confirmé leurs performances théoriques, aussi bien pour des reconnaissances que de la surveillance en continu : (1) dans un contexte de cavités anthropiques dans la craie et hors nappe, les exemples présentés valident l’intérêt de certaines méthodes industrielles de reconnaissance (DCOS®, ParSeis®) et laissent espérer une industrialisation prochaine de plusieurs autres (SI active et passive), (2) dans le contexte de dissolution de gypse, ces mêmes méthodes utilisant le signal généré par les circulations ferroviaires se sont avérées très pertinentes pour assurer une surveillance en continu, via un monitoring 4D, du sol support de la plateforme ferroviaire. Le résultat de ce développement permettra de s’inscrire dans une démarche de maintenance prédictive vis-à-vis du risque fontis ; dans le contexte de dissolution de gypse, la mesure de déformation par fibre optique en place dans un remblai a démontré sa pertinence pour capter l’amorce de remontée d’un fontis, avant même l’apparition d’indice en surface. Enfin, il faut noter que les méthodes de reconnaissance et d’auscultation, présentées dans les deux premiers cas d’étude, pourraient favorablement être réalisées en utilisant une fibre optique comme celle exploitée dans le troisième cas d’étude, mais il faudrait un interrogateur optique différent de type DAS. Ceci est une perspective à laquelle s’intéressent les deux maîtres d’ouvrages.

La caractérisation des matériaux par méthode non destructive est largement répandue dans l’industrie. La méthode s’appuie souvent sur l’analyse d’un signal provenant d’un capteur (ultrason, courants de Foucault, bruit Barkhausen ou autres), afin d’évaluer une caractéristique du matériau telle que la dureté superficielle, la profondeur des traitements thermiques et thermochimiques, etc. Tout d’abord, il est nécessaire d’avoir une corrélation physique entre la propriété physique et la réponse du moyen de contrôle mise en oeuvre. Ensuite, le signal acquis doit être enregistré dans des conditions optimales qui permettent de transcrire l’information nécessaire à la caractérisation. Mais malgré ces précautions, il arrive dans certains cas que la corrélation entre ces propriétés physiques et le signal soit difficile à établir. Cela est dû principalement à la complexité de la propriété physique recherchée et aux multiples interactions avec d’autres facteurs influents qui donne lieu à une faible corrélation entre le paramètre suivi et celle-ci. En effet, les méthodes classiques sont souvent basées sur l’analyse d’un seul paramètre, comme le Root Mean Square (RMS), le maximum ou le kurtosis par exemple, afin de corréler la propriété du matériau à ce dernier. Mais cette corrélation reste incomplète puisqu’elle ne décrit pas toute la déformation du signal en fonction de la propriété recherchée. Dans cet article, nous proposons d’utiliser une méthode multi paramètres qui permet, à partir d’un signal, d’extraire des paramètres pertinents qui décrivent correctement le signal, et de les utiliser afin de remonter à des propriétés mécaniques telles que la profondeur de cémentation ou les contraintes résiduelles. Des algorithmes de Machine Learning et/ou de Deep Learning sont utilisés, et les résultats sont comparés entre eux.

L'évaluation de l'intégrité des structures est un aspect important des exigences de sécurité dans les applications industrielles de pointe, comme par exemple l’aéronautique et le nucléaire. Le Structural Health Monitoring (SHM) propose d'utiliser des capteurs et des unités de traitement du signal in situ pour surveiller l’état d’une structure. Les ondes ultrasonores guidées constituent l'un des moyens de mettre en oeuvre les systèmes SHM. Les performances d’une solution SHM sont affectées par les conditions opérationnelles et en particulier les contraintes mécaniques. Un exemple typique est celui des charges opérationnelles induisant de grandes déformations et par conséquent des contraintes internes qui entraînent des changements dans la propagation des ondes. Il est donc important que la modélisation de la propagation des ondes prenne en compte ces phénomènes pour l’interprétation des signaux, la démonstration de performance et la conception des systèmes. L'objectif de notre travail est de proposer un modèle, et les méthodes numériques correspondantes, pour la propagation d’ondes élastiques dans un milieu précontraint. Comme les structures considérées sont généralement minces, nous utilisons une formulation de coque pour la mécanique non linéaire pour résoudre le problème quasi-statique, représentant les effets du chargement de la structure. Le déplacement calculé est ensuite transmis à un solveur éléments finis spectraux (SFEM) pour résoudre le problème élastodynamique linéarisé dans le domaine temporel. Au-delà de la modélisation directe nous visons à utiliser ces outils dans les boucles d'inversion pour la reconstruction de la contrainte mécanique à partir de mesures ultrasonores. Le modèle s’applique de la même façon à des configurations SHM ou à des configurations d’END et il a pour vocation d’enrichir la plateforme CIVA.

Il y a un besoin de mesures de vibration, tel que dans l'automobile pour le contrôle actif du bruit acoustique. Les microsystèmes électromécaniques (MEMS) et les technologies sans fils sont des technologies de plus en plus répandues pour l'implémentation de capteurs. Ce projet vise donc le développement de capteurs de déformation en utilisant une solution sans fil pour l'acquisition des mesures de la vibration, avec les technologies MEMS. Ce projet de recherche utilise la technologie des systèmes RFID passifs pour la communication, intégrée avec un transducteur de déformation MEMS pour la mesure. Le capteur consiste en une antenne reliée à un transducteur MEMS capacitif par l'entremise d'une ligne de transmission avec des discontinuités. Les déformations de la structure sur laquelle le capteur est fixé sont traduites en changement de capacité du transducteur, ce qui engendre un retard dans le signal réfléchi par l'antenne. Une étude de l'état de l'art des principes de communication et de transduction a permis de comparer les avantages et inconvénients des approches. Une modélisation analytique faite sur différents types de transduction a conduit à une combinaison optimale faisant intervenir un transducteur type capacitif. Pour atteindre une taille du capteur de l'ordre du centimètre, le système travaille à une fréquence micro-onde fixée à 24,125 GHz. Un dispositif fût alors conçu, incluant la ligne de transmission avec des discontinuités pour l'identification du capteur ainsi que le transducteur capacitif avec peignes interdigités et ressorts en silicium. La conception d'un tel capteur permet d'aboutir à une sensibilité de 11ps/[epsilon] avec une bonne linéarité sur une plage de mesure [0..2500[micro][epsilon]]. Un procédé de microfabrication du transducteur MEMS est aussi proposé, ainsi qu'une approche pour la fabrication pour les éléments RF sur un substrat d'alumine et leur intégration.

L'objectif de cette thèse est la conception d'un nouveaucapteur à fibre optique pour la mesure enfouie dedéformation. Les capteurs de déformation à réseaux deBragg fibrés sont généralement collés à la surface de lastructure sondée. Leur utilisation comme capteur enfouipeut s'avérer inappropriée. En effet, dans ces conditions,un couplage mécanique entre le capteur et sonenvironnement modifie la déformation transverse de la fibrequi devient alors une inconnue. Dès lors, la seule mesuredu décalage de la longueur d'onde de Bragg ne suffit paspour remonter aux déformations axiales et transverses. Pour décorréler ces déformations nous proposons unearchitecture de capteur basée sur la superposition dansune fibre optique d'un réseau de Bragg (FBG) et d'unréseau longue période (LPG). Le travail de thèse a été detrouver l'architecture optimale, possédant une réponse auxdéformations linéaire et une résolution de mesureéquivalente à celle des capteurs FBG standards. Lors de laconception du capteur, des résultats classiques sur les LPGont été revisités. Des propriétés optiques inédites desmodes de gaine ont été mises en évidence. Nous avonsmontré que la forme de ces modes évolue fortement avecle rayon de gaine et qu'il existe des rayons de gainecritiques pour lesquels des modes de gaine possèdent lemême profil d'intensité. Nous avons également réalisé une étude statistique surles sensibilités des LPG aux déformations afin de dégagerdes règles générales sur l'utilisation des LPG commecapteur. Nous notons que les sensibilités croisées sontnégligeables et que les sensibilités dépendentprincipalement du pas du réseau et du rayon de gaine. L'enfouissement du capteur pouvant induire descourbures, l'influence de la courbure sur la réponse desréseaux a été étudiée en couplant des simulations paréléments finis et des méthodes semi-analytiques. Il a étédémontré que la sensibilité des FBG à la courbure est dueaux variations opposées de l'indice effectif et du coefficientde couplage des modes couplés et que l'indice effectifmoyen du réseau jouait un rôle clé dans l'amplitude et lesigne de cette sensibilité. Un mécanisme similaire a été misen évidence pour les LPG
The aim of this thesis is the design of a new fiber optic sensor for the strain measurement inside materials. Fiber Bragg grating strain sensors are usually glued on the surface of the monitored structure. Their use like embedded strain sensor may be unadapted. Indeed, in these circumstances, a mechanical coupling between the sensor and the host material changes the transverse strain of the fiber. The transverse strain becomes unknown. Consequently, the only measurement of the Bragg wavelength shift is not enough to estimate both axial and transverse strains. In order to decorrelate these strains, we propose a sensor architecture based on the juxtaposition of a Bragg grating (FBG) and of a long period grating (LPG). The thesis work consist in finding the optimal architecture so that the sensor response to strain is linear and the measurement resolution is identical to the resolution of usual fiber optic sensors. During the sensor design, some usual results on LPG have been studied again. Some original optical properties of cladding modes have been revealed. It has been shown that the shape of these modes changes significantly with the cladding radius of the fiber and that there are critical cladding radii for which some modes have the same transverse intensity distribution. A statistical study has been carried out on the strain sensitivities of LPG. General behaviors of LPG strain sensors have been highlighted. Especially, the crosssensitivities can be neglected and the sensitivities are mainly influenced by the period of grating and the cladding radius of the fiber. When the sensor is embedded inside the material, it may be bent. The bending effects on the gratings responses have been studied using the finite element as well as the semi analytical methods. It has been shown that the bending sensitivity of FBG depends on a balance mechanism between the effective refractive index change and the coupling coefficient change of the coupled modes and that the average index variation of the grating plays a key role in the amplitude and the sign of this sensitivity. A similar mechanism has been highlighted for LPG

Les recherches menées sur le maintien de l'intégrité de structure, encore appelé surveillance de l'état des structures (SHM) permet la mise en œuvre d'une stratégie d'identification des dommages pour les infrastructures d'ingénierie aérospatiale, civile et mécanique. Ces systèmes se constituent généralement d'un réseau de capteurs intelligents qui permettent l'acquisition des données de l'intégralité de la structure. De plus, l'utilisation accrut des objets connectés (IoT) rend ces systèmes plus attractifs dans le marché. Ainsi, il devient important de concevoir des capteurs sensibles à l'environnement extérieur disposant des caractéristiques innovantes et permettant de procéder à la surveillance en continu de la structure. Les dispositifs à onde acoustique de surface disposent d'une large gamme de caractéristique innovante, leur sensibilité aux perturbations extérieures permet de réaliser des mesures des différentes mesurandes (température, pression, déformation, etc.) en continu. En plus, ces dispositifs peuvent être passifs (sans batterie) interrogeable à distance (sans fil) et auto protégés (sans packaging). La réalisation des capteurs SAW conventionnels se fait généralement sur des matériaux piézoélectriques, ce qui entraîne l'utilisation de la colle pour la fixation du capteur sur la pièce sous test. La colle entraîne la mise en place d'un certain nombre de techniques complexes à réaliser, en plus d'une calibration de la structure fixée avant tout types de mesures. L'utilisation de celle-ci a pour effet, dans un premier temps, de générer des erreurs de mesure dues à la relaxation de la colle dans des environnements hostile et variable. Dans un second temps, un retard de mesure des contraints de déformation due qui varie en fonction de l'épaisseur et de l'environnement des mesures. Dans un troisième temps, souvent très rare à observer le décollage du capteur. L'objectif des travaux de cette thèse est donc de développer des capteurs combinant, les dispositifs SAW au système de surveillance de santé de structure pour la mesure de déformation, de température et de champ magnétique intégrés directement sur des pièces métalliques industrielles
Structural integrity research, also called structural health monitoring (SHM), enables the implementation of a damage detection strategy for aerospace, civil, and mechanical infrastructures. These systems typically consist of a network of smart sensors that enable the collection of data across the entire structure. In addition, the increasing use of connected objects (IoT) in the market is making these systems more and more attractive. Therefore, it is important to develop sensors that are responsive to the external environment, have innovative features, and enable continuous monitoring of the structure. Surface acoustic wave devices have a wide range of innovative properties. Their sensitivity to external disturbances allows continuous measurement of the various measurands (temperature, pressure, deformation, etc.). Moreover, these devices can be passive (without battery), remotely interrogatable (wireless) and self-protected (without packaging). The implementation of conventional SAW sensors is usually on piezoelectric materials, which involves the use of adhesive to attach the sensor to the part under test. The adhesive leads to the need to perform a certain number of complex techniques, in addition to a calibration of the structure to be fixed before any type of measurement. This first leads to measurement errors caused by the relaxation of the adhesive in inhospitable and variable environments. In a second step, a delay is caused in the measurement of the deformation stresses, which varies according to the thickness and environment of the measurements. In a third step, sensor lift-off is often very rare. Therefore, the aim of this work is to develop sensors that combine SAW devices with the structural health monitoring system for the measurement of deformation, temperature and magnetic field integrated directly on industrial metal parts

La thèse porte sur la conception d'un système universel de mesure de déformations destiné au secteur de l'embarqué. Le premier chapitre présente les méthodes d'extensométrie et les jauges de contrainte. Les limites d'utilisation des compensations thermiques classiques des ces jauges sont présentées et la nécessité d'une auto-adaptation du traitement au capteur et à son environnement est démontrée. L'architecture mixte matérielle logicielle est discutée. Une large étude de la conception conjointe matérielle logicielle est exposée. Les résultats des implantations sont analysés. Le démonstrateur réalisé est présenté. Plusieurs procédés d'auto-adaptation du traitement sont détaillés et évalués. Pour conclure notre travail, la seconde version du dispositif qui est en cours de réalisation est présentée et nous donnons les perspectives du travail réalisé en ouvrant le sujet sur certaines méthodes tels que les réseaux de neurones ou encore la séparation aveugle de sources
The thesis is about a universal strain measurement system for embedded application. First chapter provides a general presentation of the extensometry methodologies and the strain gage sensors. Classical thermal compensation limitations are proven and the necessity of self-adaptation of the treatment to the sensor and his environment is set out. The hardware and software architecture is discussed and a study of CODESIGN methodology is exposed. Demonstrator prototype is detailed. Several processes for self-adaptation are enounced and evaluated. Finally, we expound the second version of the prototype and we give our perspective like uses of neural network or blind source separation

Les résonateurs à ondes acoustiques de surface peuvent être utilisés en tant que capteur pour la mesure de température et de contrainte. La fonction capteur s’appuie sur l’exploitation de la variation de fréquence des résonateurs qui dépend de la variation de la grandeur mesurée. La technologie employée actuellement, à miroirs de Bragg, montre ses limites en termes de performances aux fréquences élevées (supérieures à 1 GHz).L’objectif de ces travaux fut ainsi d’étudier les possibilités et performances des cristaux phononiques. Cette technologie désigne l’ensemble des matériaux possédant des structures arrangées périodiquement permettant de contrôler la propagation des ondes élastiques. Elle constitue une alternative potentielle aux miroirs de Bragg dans un résonateur, offrant un confinement spatial omnidirectionnel et un degré supplémentaire d’optimisation.Une structure phononique à réseau carré de piliers a été numériquement et expérimentalement étudiée. Par combinaison de résonances locales et de réflexions multiples de Bragg, des bandes interdites ont pu être ouvertes et exploitées. La fréquence d’étude a été choisie à environ 450 MHz, en utilisant l’electroformage nickel pour la fabriquation des piliers. Dans cette gamme de fréquence, il a été mis en évidence des bandes interdites par le biais de caractérisations large bande. Un résonateur phononique a pu être conçu, fabriqué, et caractérisé par des mesures électriques et optiques. Un facteur de qualité d’environ 950 a été obtenu avec une réflexion quasi-totale de l’onde incidente atteinte en moins de dix périodes. Les mesures ont pu être confronté aux simulations, ce qui a notamment permis d’expliquer les phénomènes observés et les mécanismes mis en jeu
Surface acoustic wave resonators can be used as sensors for temperature and strain monitoring. The idea is to take advantage of the variation in frequency of the resonators that depends on the measured quantity. Currently, the technology used, based on Bragg mirrors, shows its limits in terms of performance at high frequencies (above 1 GHz).The aim of this PhD thesis work was to study the potential and performance of a new technology based on the use of phononic crystals. This technology refers to periodically arranged materials, acting on acoustic waves’ propagation. Phononic crystals represent an alternative to classical Bragg mirror technology, allowing an omnidirectional spatial confinement and an additional degree of freedom for optimization.A square lattice pillar based phononic crystal was theoretically and experimentally investigated. Based on the combination of Bragg scattering and local resonances, we were able to create acoustic band gaps that could be exploited. The operating frequency considered was about 450 MHz, using nickel electroplating to fabricate pillars. In this frequency range, we demonstrated the presence of acoustic band gaps using wide band electrical characterization. A phononic resonator was designed, fabricated and characterized by electrical and optical methods. A quality factor of about 950 was obtained, with total reflection of acoustic wave reached within less than ten periods. Comparison of measurements and simulations allowed us to explain the acoustic phenomena involved

[Les capteurs à fibres optiques présentent des qualités intéressantes en termes de tailles et de poids relativement faibles qui permettent de réduire l'intrusivité du capteur dans le matériau (ou dans la structure composite). Ils sont également insensibles aux perturbations électromagnétiques, stables et durables dans le temps, mais aussi sensibles à plusieurs sollicitations comme la température, la déformation et la pression, d'où un besoin essentiel de les discriminer. Parmi eux on distingue les réseaux de Bragg : ceux à courtes périodes (FBG : Fiber Bragg Grating) et ceux à longues périodes (LPG : Long Period Grating). Le travail de thèse reporté dans ce manuscrit, traite du développement d'un capteur à fibre optique basé sur la superposition d'un LPG et d'un FBG afin de mesurer et de discriminer la température et la déformation. De nombreuses approches sont proposées dans la littérature afin de découpler ces deux sollicitations cependant elles ne permettent pas forcément une utilisation en conditions réelles de mesures. C'est pourquoi nous introduisons la notion d'efficacité de découplage avec le paramètre E qui permet de comparer toutes ces approches et met en évidence un très bon potentiel pour la structure à base de réseaux superposés LPG/FBG. La mise en œuvre d'un tel composant est décrite dans ce manuscrit et consiste à inscrire initialement le LPG puis le FBG au même endroit et sur toute la longueur du LPG. De plus ce type de structure permet un multiplexage qui, bien que faible, est néanmoins possible. Les étalonnages en température et en déformation du capteur ont permis de mettre en évidence une erreur de l'ordre de 2% sur la sensibilité à la température et de 3% sur la sensibilité à la déformation, ce qui conduit à une erreur sur l'estimation de la température et de la déformation mesurée de l'ordre de 0.3°C et 3 microdef. Dans un souci applicatif, le capteur à base de réseaux de Bragg superposés est tout d'abord utilisé pour instrumenter une structure métallique soumise simultanément à une variation de température et de déformation. Les valeurs mesurées présentent une incertitude maximale de 0.4°C pour la température et de 3 me pour la déformation ce qui permet de valider notre composant pour le contrôle et la surveillance de structures métalliques. La seconde application étudiée est relative à l'instrumentation de pièces composites stratifiées de type verre/époxy pour le suivi de procédés d'élaboration par voie liquide : VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) et LRI (Liquid Resin Infusion), pour lesquels l'évolution de la température et de la déformation au cours du procédé est suivie par le capteur à base de réseaux de Bragg superposés LPG/FBG. Des mesures diélectriques (DEA) sont également réalisées au cours de ces procédés et permettent la comparaison et la validation de nos résultats]
[Optical Fibre Sensors present some interesting qualities when considering its size and weight relatively light, which lead to a low intrusivity of the sensor in a material (a composite structure). These sensors are insensitive to electromagnetic phenomenon, stable and long lasting with time, but sensitive to several solicitations such as temperature, strain and pressure hence a real need of discrimination. Among these sensors, we may discern the Bragg gratings: the Long Period Grating one (LPG) and the Fibre Bragg Grating (FBG) one. This thesis work reports the development of an optical fibre sensor based on two superimposed Bragg gratings: LPG and FBG for measuring and discriminating temperature and strain. Several studies are reported in literature without getting a real condition use. That's why we propose a parameter E, which stand for the discrimination efficiency leading to a possible comparison of the existing techniques and highlight the quite good potential of superimposed Bragg gratings. The settings of such a structure are given in this thesis report and consist in writing LPG first, then FBG over the entire length of the LPG, which also gives multiplexing possibilities. Strain and temperature calibration steps give sensitivities errors of 2% for temperature and 3% for strain, which lead to estimated errors on measured strain and temperature of 0.3°C and 3 microstrain respectively. In an application point of view, the sensor has been used for the instrumentation of a metallic structure subjected to a variation of temperature and strain applied simultaneously. The results exhibit a maximum error of 0.4°C and 3me for temperature and strain respectively, which is a good validation of the sensor for structural control and monitoring purpose. The second studied application is about instrumentation of glass/epoxy composite specimen for monitoring manufacturing processes: VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Moulding) and LRI (Liquid Resin Infusion), for which temperature and strain have been monitored with the superimposed Bragg gratings based sensor. Dielectric analyses have also been performed during those processes in order to compare and validate our results]

Les sols grossiers constituent une classe de sols caractérisée par la présence d'éléments de grande taille au sein du matériau. La taille de ces éléments peut varier de quelques centimètres jusqu'à plusieurs décimètres voire plusieurs mètres (moraines glacières). L'évaluation des caractéristiques mécaniques de ces sols est très délicate en raison, en particulier, de la présence des éléments de grande taille et de la définition des volumes de matériau représentatifs à considérer. Dans ce cadre, on s'intéresse, à une classe particulière de sols grossiers, à savoir des sols composés d'une matrice "fine" contenant des inclusions de taille bien diffenciée, appelés sols grossiers "à matrice". Après avoir défini et reconstitué des sols de référence (matrice sableuse contenant divers types d'inclusions), on présente un ensemble de résultats expérimentaux obtenus à l'appareil triaxial (éprouvettes de 100 et 300 mm de diamètre) destinés à mettre en évidence l'influence de paramètres significatifs sur les comportements observés: caractéristiques de la matrice, type et fraction volumique des inclusions, classe granulométrique des inclusions, état de contrainte initial appliqué. On s'intéresse en particulier aux propriétés mécaniques mesurées en petites déformations (élasticité) ainsi qu'aux caractéristiques de rupture du matériau et aux propriétés d'écrouissage (contractance et dilatance). Puis, sur la base des résultats obtenus, on propose une méthode d'évaluation des propriétés mécaniques des sols de référence étudiés basée sur une procédure de reconstitution granulométrique du matériau. Ces sols pouvant être considérés comme des sols hétérogènes, la méthode proposée inclus également l'utilisation de formules analytiques établies à partir de méthodes d'homogénéisation. Finalement, on montre l'extension possible de cette méthode aux sols naturels, généralement plus complexes que les sols de référence étudiés.

[Les capteurs à fibres optiques présentent des qualités intéressantes en termes de tailles et de poids relativement faibles qui permettent de réduire l'intrusivité du capteur dans le matériau (ou dans la structure composite). Ils sont également insensibles aux perturbations électromagnétiques, stables et durables dans le temps, mais aussi sensibles à plusieurs sollicitations comme la température, la déformation et la pression, d'où un besoin essentiel de les discriminer. Parmi eux on distingue les réseaux de Bragg : ceux à courtes périodes (FBG : Fiber Bragg Grating) et ceux à longues périodes (LPG : Long Period Grating). Le travail de thèse reporté dans ce manuscrit, traite du développement d'un capteur à fibre optique basé sur la superposition d'un LPG et d'un FBG afin de mesurer et de discriminer la température et la déformation. De nombreuses approches sont proposées dans la littérature afin de découpler ces deux sollicitations cependant elles ne permettent pas forcément une utilisation en conditions réelles de mesures. C'est pourquoi nous introduisons la notion d'efficacité de découplage avec le paramètre E qui permet de comparer toutes ces approches et met en évidence un très bon potentiel pour la structure à base de réseaux superposés LPG/FBG. La mise en œuvre d'un tel composant est décrite dans ce manuscrit et consiste à inscrire initialement le LPG puis le FBG au même endroit et sur toute la longueur du LPG. De plus ce type de structure permet un multiplexage qui, bien que faible, est néanmoins possible. Les étalonnages en température et en déformation du capteur ont permis de mettre en évidence une erreur de l'ordre de 2% sur la sensibilité à la température et de 3% sur la sensibilité à la déformation, ce qui conduit à une erreur sur l'estimation de la température et de la déformation mesurée de l'ordre de 0.3°C et 3 microdef. Dans un souci applicatif, le capteur à base de réseaux de Bragg superposés est tout d'abord utilisé pour instrumenter une structure métallique soumise simultanément à une variation de température et de déformation. Les valeurs mesurées présentent une incertitude maximale de 0.4°C pour la température et de 3 me pour la déformation ce qui permet de valider notre composant pour le contrôle et la surveillance de structures métalliques. La seconde application étudiée est relative à l'instrumentation de pièces composites stratifiées de type verre/époxy pour le suivi de procédés d'élaboration par voie liquide : VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) et LRI (Liquid Resin Infusion), pour lesquels l'évolution de la température et de la déformation au cours du procédé est suivie par le capteur à base de réseaux de Bragg superposés LPG/FBG. Des mesures diélectriques (DEA) sont également réalisées au cours de ces procédés et permettent la comparaison et la validation de nos résultats]

L'usage des capteurs à fibres optiques devient pratique courante en Génie Civil, et ce typiquement pour les mesures de déformations à coeur ou en surface des matériaux de structures. Les performances métrologiques atteintes d'une telle instrumentation en conditions réelles d'emploi, et en particulier dans le béton, dépendent de l'effet de filtrage créé à la fois par la structure du capteur, les interfaces entre l'environnement et l'élément sensible, la présence d'hétérogénéités, et l'effet d'inclusion au sein du matériau d'emploi. Certaines informations sont accessibles (ex. : grandeurs géométriques). D'autres au contraire, sont déterminées à partir d'hypothèses et de validations expérimentales (ex. : comportements d'un assemblage de matériaux aux propriétés physico-mécaniques différentes). Pour mieux comprendre les phénomènes mis en jeu, et faciliter ainsi à l'utilisateur l'interprétation des informations délivrées par les fibres optiques, des simulations numériques par éléments finis ont été réalisées. Plusieurs modèles ont été testés, en examinant notamment l'influence de la rigidité, des conditions d'ancrage et de la géométrie des capteurs. Parallèlement, des comparaisons ont été effectuées avec des expérimentations réalisées en laboratoire. Des recommandations ont pu ainsi être tirées de ces études, pour l'amélioration de la conception, et de la mise en place sur ouvrages, de tels capteurs.