Contribution au traitement du signal pour le contrôle de santé in situ de structures composites : application au suivi de température et à l’analyse des signaux d’émission acoustique

Le controle de sante structural ou Structural Health Monitoring (SHM) des materiaux constitue une demarche fondamentale pour la maitrise de la durabilite et de la fiabilite des structures en service. Au-dela des enjeux industriels et humains qui ne cessent de s’accroitre en termes de securite et de fiabilite, le controle de sante doit faire face a des exigences de plus en plus elaborees. Les nouvelles strategies de controle de sante doivent non seulement detecter et identifier l’endommagement mais aussi quantifier les differents phenomenes qui en sont responsables. Pour atteindre cet objectif, il est necessaire d’acceder a une meilleure connaissance des processus d’endommagement. Par ailleurs, ceux-ci surviennent frequemment sous l’effet de sollicitations mecaniques et environnementales. Ainsi, il est indispensable, d’une part, d’elaborer des methodes de traitement des signaux permettant d’estimer les effets des conditions environnementales et operationnelles, dans un contexte de l’analyse des evenements precurseurs des mecanismes d’endommagement, et, d’autre part, de definir les descripteurs d’endommagement les plus adaptes a cette analyse. Cette etude propose donc des methodes de traitement du signal permettant d’atteindre cet objectif, dans un premier temps, pour l’estimation des effets externes sur les ondes multidiffusees dans un contexte de controle de sante actif et, dans un second temps, pour l’extraction d’un indicateur d’endommagement a partir de l’analyse des signaux d’emission acoustique dans un contexte de controle de sante passif. Dans la premiere partie de ce travail, quatre methodes de traitement du signal sont proposees. Celles-ci permettent de prendre en compte les variations des conditions environnementales dans la structure, qui dans le cadre de cette these, se sont limitees au cas particulier du changement de la temperature. En effet, les variations de temperature ont pour effet de modifier les proprietes mecaniques du materiau et par consequent la vitesse de propagation des ondes ultrasonores. Ce phenomene entraine alors une dilatation temporelle des signaux acoustiques qu’il convient d’estimer afin de suivre les variations de temperature. Quatre estimateurs de coefficients de dilatation sont alors etudies : Il s’agit de l’intercorrelation a fenetre glissante, utilisee comme methode de reference, la methode du stretching, l’estimateur a variance minimale et la transformee exponentielle. Les deux premieres methodes ont ete deja validees dans la litterature alors que les deux dernieres ont ete developpees specifiquement dans le cadre de cette etude. Par la suite, une evaluation statistique de la qualite des estimations est menee grâce a des simulations de Monte-Carlo utilisant des signaux de synthese. Ces signaux sont bases sur un modele de signal multidiffuse prenant en compte l’influence de la temperature. Une estimation sommaire de la complexite algorithmique des methodes de traitement du signal complete egalement cette phase d’evaluation. Enfin, la validation experimentale des methodes d’estimation est realisee sur deux types de materiaux : Tout d’abord, dans une plaque d’aluminium, milieu homogene dont les caracteristiques sont connues, puis, dans un second temps dans un milieu fortement heterogene prenant la forme d’une plaque composite en verre/epoxy. Dans ces experiences, les plaques sont soumises a differentes temperatures dans un environnement thermique controle. Les estimations de temperature sont alors confrontees a un modele analytique decrivant le comportement du materiau. La seconde partie de ce travail concerne la caracterisation in situ des mecanismes d’endommagement par emission acoustique dans des materiaux heterogenes. Les sources d’emission acoustique generent des signaux non stationnaires.