Caractérisation non destructive du béton : étude du potentiel de l'acoustique non linéaire

par Cédric [Alain, François-Marie] Payan

Thèse de doctorat en Mécanique des solides

Sous la direction de Joseph Moysan.

Soutenue en 2007

à Aix-Marseille 2 .


  • Résumé

    Cette thèse étudie le potentiel des techniques issues de l’acoustique non linéaire appliquées à la caractérisation non destructive du béton. Les méthodes non linéaires ont été envisagées car les indicateurs de non linéarité montrent des dynamiques d’évolutions importantes face à l’endommagement dans les milieux homogènes. Souvent, leur dynamique d’évolution est de dix fois supérieure à celle des paramètres linéaires. Un des enjeux majeurs pour l’évaluation non destructive dans le domaine du génie civil, est la recherche d’indicateurs capables de fournir des informations pertinentes in situ. Le béton, matériau de structure, voit ses caractéristiques évoluer au cours du temps en fonction des paramètres structuraux (composition, endommagement…) et environnementaux (teneur en eau, température, précontrainte…). Milieu fortement hétérogène et microfissuré par nature, il exhibe un comportement fortement non linéaire caractéristique des matériaux appelés « non classiques », mis en évidence dans les années 1990 pour les roches ou plus récemment les milieux granulaires. Dans un premier temps, nous nous attachons à caractériser la non linéarité classique du béton, traduisant la dépendance de la vitesse des ondes ultrasonores avec la contrainte appliquée. Pour ce faire, nous transposons au cas du béton une méthode issue de la géophysique fondée sur l’analyse de la coda des signaux transmis, au fort potentiel d’application in situ. Nous nous intéressons dans un second temps à la sensibilité des indicateurs non linéaire non classiques à un endommagement thermique progressif. Nous employons pour ce faire la méthode de résonance non linéaire et montrons la sensibilité de ces indicateurs à ce type d’endommagement. Nous montrons de plus la faisabilité de l’analyse des modes de résonance transverses pour la méthode ainsi que la similitude de leur réponse avec celle des modes longitudinaux. Nous traitons enfin des limites de transposition sur site de cette méthode. Nous avons développé une autre approche au fort potentiel de transposition in situ, en étudiant la non linéarité par l’interaction d’un impact mécanique avec une onde monochromatique. Nous examinons enfin l’apport d’un modèle proposé récemment, permettant de traduire l’influence de certains paramètres tels que la porosité et la teneur en eau sur la réponse non linéaire du béton. Nous transposons ce modèle au cas du béton, puis nous appuyant sur une série d’expériences, nous proposons une fonction permettant d’optimiser les paramètres influents du modèle. Nous avons démontré le potentiel des méthodes non linéaires pour l’auscultation in situ du béton. Les travaux se poursuivront sur la possibilité d’augmenter la sensibilité de détection des non linéarités en mettant en œuvre le retournement temporel et la dynamique lente.

  • Titre traduit

    Non destructive characterisation of concrete : study of the potential of nonlinear acoustics


  • Résumé

    This thesis study the potential of nonlinear acoustics based techniques applied to non-destructive evaluation of concrete. Nonlinear based methods have been considered as regard of nonlinear indicators sensitivity face homogeneous medium’s damage. Their dynamic evolution is often two order magnitude greater than linear ones. One of the greater stacks for non destructive evaluation in civil engineering is research of indicators capable of providing relevant information in situ. Concrete, structural material, find itself properties altering in time as function of its structural (composition, damage…) and environmental (water saturation, temperature, pre-stress…) parameters. Naturally highly heterogeneous and micro-cracked medium, it exhibits a strong nonlinear response, signature of so called since 1990’s “non classical” materials such as rocks or more recently as granular mediums. We illustrate first the classical nonlinearity of concrete, reflecting ultrasound wave speed dependence with quasi-static stress. Thus, we apply in case of concrete a method from geophysics studying the coda of transmitted waves, with a high potential for on site applications. Secondly, we study sensitivity of nonlinear non classical parameters face of a progressive thermal damage. So we employ the Nonlinear Resonant Ultrasound Spectroscopy (NRUS) method and show sensitivity of these indicators to this kind of damage. We then show feasibility and sensitivity of applying shear modes for the method as well as similarity of their response with compressional ones. At last, we deal with its on site transposition limits. Another approach is implemented studying non classical nonlinearity by interaction of a mechanical impact with a monochromatic wave, with a high potential for on site applications. We finally describe and transpose in case of concrete, a recent modelling which allow describing the influence of some parameters as water saturation and porosity on the nonlinear response of concrete. We then exploit a battery of experiments in order to optimising some influent parameters in the model. We have demonstrated the potential of nonlinear methods for on site non destructive evaluation of concrete. This work is to be continued by studying possibilities of increasing sensitivity of nonlinearities detection by using time reversal mirror or slow dynamics.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (129 p.)
  • Annexes : Bibliogr. : p.127-129

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  • Bibliothèque : Université Aix-Marseille (Marseille. Luminy). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 47361
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