Mise en œuvre de l'implant piézoélectrique : application au suivi du cycle de vie d'un matériau composite

par Nicolas Saint-Pierre

Thèse de doctorat en Acoustique

Sous la direction de Yves Jayet.


  • Résumé

    Les techniques ultrasonores ont démontré leur intérêt pour l’étude des propriétés élastiques des matériaux. La vitesse et l’atténuation des ultrasons dépendent de la microstructure et donc des propriétés mécaniques du milieu de propagation. Néanmoins, pour des matériaux très atténuants, les méthodes ultrasonores classiques telles que la spectroscopie impulsionnelle par transmission ne sont pas très efficaces. Pour dépasser ces limitations, nous avons développé une méthode originale basée sur la mesure de l’impédance électrique d’un élément piézoélectrique inséré dans le matériau. De plus, cette technique présente l'avantage de permettre le suivi de l’évolution des propriétés d'un matériau polymère au cours de ses différents stades physiques (liquide, gel ou verre). En développant un modèle analytique que nous validons, nous montrons que l'impédance électrique de l’implant piézoélectrique dépend des propriétés des matériaux qui l’environnent. Puis, en utilisant un algorithme numérique d’optimisation non linéaire, nous pouvons déduire les valeurs des paramètres vitesse atténuation du matériau en minimisant l’écart entre le spectre d’impédance expérimental et le spectre simulé. Dans cette approche théorique, le modèle unidimensionnel utilisé suppose que l’élément piézoélectrique et les milieux environnants sont limités par des faces parallèles et que les différents milieux sont parfaitement couplés acoustiquement. Cependant, en pratique, deux défauts différents peuvent apparaître : un défaut de parallélisme et un décollement. Nous prenons en compte l’existence de ces défauts dans la simulation numérique. Ces simulations sont ensuite validées par comparaison entre spectres expérimentaux et spectres simulés. Ensuite, en considérant les relations de Kramers-Kronig qui relient les paramètres acoustiques (vitesse et atténuation) du matériau, nous déterminons, pour chacun de ces défauts, les tolérances admissibles ne perturbant pas l’application de l’algorithme d’optimisation. Enfin, la dernière partie de cette étude consiste à suivre l’évolution des propriétés d’un matériau composite pendant sa polymérisation et jusqu’à sa dégradation hydrolytique.

  • Titre traduit

    = Implementation of the piezoelectric implant method : application to the monitoring of the lifetime of a composite material


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    The ultrasonic technics have shown their utility for the mechanical characterisation of materials. Velocity and attenuation of ultrasonics depends on the microstructure and so, they are linked to the mechanical properties of the propagating medium. But for very attenuative materials, classical methods such as impulsive spectroscopy are not very efficient. So, we have developed an original method based on the measurement of the electric impedance of a piezoelectric element inserted in the material to be characterized. It is also possible, with this technic, to monitor the properties of a polymer material during its different physical states (liquid, glass or gel). We have developed and validated an analytical model and we show that the electrical impedance of the piezoelectric implant depends on the properties of the surrounding materials. Then, by using an identification algorithm, we can deduce the values of velocity and attenuation of the material by minimising the difference between experimental and simulated values. In this theoretical approach unidimensional model suppose that the piezoelectric element and the materials have parallel faces and that the different media are well coupled. In practical case, parallelism or bonding defects can appear. We take in account these defects in the numeric simulation and we validate these simulations by comparison of the simulated and measured spectra. Considering the Kramers Kronig relationships that link the acoustical parameters (velocity and attenuation) of the material, we determine for each defect, the tolerances that doesn't affect the result of the optimisation algorithm. The last part of this study concerns the monitoring of the properties of a composite during its polymerisation and to its hydrolytic degradation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (152 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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