Modélisation numérique pour l'évaluation non destructive électromagnétique : Application au contrôle non destructif des structures en béton

Numerical modeling for the electromagnetic non-destructive evaluation : application to the non-destructive evaluation of concrete

• Auteur / Autrice : Lucas Travassos
• Direction : Alain Nicolas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, électrotechnique, automatique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire AMPERE (Ecully, Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radar

Électromagnétisme

Contrôle non destructif

Résumé

Le béton est un des matériaux de construction principaux dans les grandes infrastructures telles les routes, les ponts et les centrales électriques. Pour évaluer l’évolution du béton dans ces structures, le contrôle non destructif est une des techniques les plus répandues. Elle fournit des informations non perceptibles a l’oel humain ce que ne permettent pas des techniques d’évaluation conventionnelles. L’objectif principal de ce travail est la simulation numérique d’une technique particuliére de contrôle non destructif : l’analyse radar. La modélisation numérique de cette analyse radar de structures en béton doit permettre de prévoir le comportement du système et sa capacité à détecter des défauts dans différentes configurations. Nous proposons pour atteindre cet objectif, la mise en oeuvre de modèles de propagation des ondes électromagnétiques dans des structures en béton, en utilisant des techniques numériques diverses afin d’examiner les différentes aspects de l’inspection radar. Tout d’abord, nous mettons en oeuvre la méthode des différences finies en 3D qui permet de prendre aisément en compte la modélisation des caractéristiques du béton comme la porosité, la présence de sel et le degré de saturation du mélange en utilisant des modèles de Debye. Ensuite, nous proposons un algorithme d’optimisation pour l’amélioration d’antennes papillon dans le cas de la détection de cibles spatialement proches, en utilisant des Algorithmes Génétiques et la Méthode des Moments. Finalement, nous mettons en oeuvre des algorithmes d’imagerie, qui accomplissent l’évaluation rapide et précise de la forme de la cible enfouie dans des milieux inhomogènes, en utilisant trois méthodes différentes. La performance des algorithmes proposés est confirmée par des simulations numériques.

Concrete is the most common building material and accounts for a large part of the systems that are necessary for a country to operate smoothly including buildings, roads, and bridges. Nondestructive testing is one of the techniques that can be used to assess the structural condition. It provides nonperceptible information that conventional techniques of evaluation unable to do. The main objective of this work is the numerical simulation of a particular technique of nondestructive testing: the radar. The numerical modeling of the radar assessment of concrete structures make it possible to envisage the behavior of the system and its capacity to detect defects in various configurations. To achieve this objective, it was implemented electromagnetic wave propagation models in concrete structures, by using various numerical techniques to examine different aspects of the radar inspection. First of all, we implemented the finite-difference time-domain method in 3D which allows to take into account concrete characteristics such as porosity, salt content and the degree of saturation of the mixture by using Debye models. In addition, a procedure to improve the radiation pattern of bowtie antennas is presented. This approach involves the Moment Method in conjunction with the Multiobjective Genetic Algorithm. Finally, we implemented imaging algorithms which can perform fast and precise characterization of buried targets in inhomogenous medium by using three different methods. The performance of the proposed algorithms is confirmed by numerical simulations.