Imagerie ultrasonore par émission d'ondes planes pour le contrôle de structures complexes en immersion

• Auteur / Autrice : Léonard Le Jeune
• Direction : Claire Prada
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matière condensée et interfaces
• Date : Soutenance en 2016
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes -- Propagation

Optique adaptative

Contrôle non destructif

Capteurs (technologie)

Imagerie ultrasonore

Mots clés libres

Imagerie adaptative

Capteurs multiéléments

Résumé

Cette thèse, réalisée dans le cadre du contrôle non-destructif par ultrasons, propose deux nouvelles méthodes adaptatives visant à imager en temps réel des structures de surfaces complexes et irrégulières. Ces méthodes ont été développées pour les contrôles en immersion (sans contact) où l'eau assure la transmission des ultrasons dans le solide. Le principe général de l'imagerie adaptative par ultrasons est de mesurer acoustiquement la surface située sous le capteur, puis de déterminer les trajets ultrasonores à travers la surface mesurée pour réaliser une image dans le matériau. Une des méthodes pouvant être appliquée en mode adaptatif est la méthode Synthetic Transmit Aperture (STA). Elle fournit des images de grande qualité et offre la possibilité d'utiliser différents modes de reconstruction pour améliorer la caractérisation des défauts, en fonction de leur géométrie et de leur orientation. Cependant, elle présente deux inconvénients majeurs : un grand volume de données à stocker et à traiter pour calculer une image, et une plus grande sensibilité au bruit électronique ou de structure que les méthodes échographiques conventionnelles. Pour pallier ces inconvénients, la méthode Plane Wave Imaging (PWI), basée sur l'émission d'ondes planes, est proposée. Les résultats obtenus pour des surfaces planes montrent que les deux méthodes fournissent des résultats comparables en termes de résolution spatiale mais l'imagerie par émission d'ondes planes est plus robuste en présence de bruit incohérent. Ils montrent aussi que la méthode PWI améliore nettement la qualité des images dans le cas de fissures, et qu'un très faible nombre de transmissions est nécessaire par rapport à la méthode STA. Les méthodes STA et PWI ont ensuite été généralisées pour traiter le cas d'une surface complexe, et couplées à des méthodes de mesure de surface pour réaliser de l'imagerie adaptative. Les deux méthodes donnent les mêmes images que celles obtenues lorsque tous les paramètres de contrôle sont connus et la méthode PWI adaptative conserve les avantages présentés précédemment : faible sensibilité au bruit et nombre réduit de transmissions.

This thesis, made in the non-destructive testing field, presents two new adaptive methods, looking for real-time imaging of structures with complex and irregular surfaces. These methods have been developed for immersion testing (contactless) where water ensure the transmission of the ultrasonic waves in the solid. The general principle of adaptive imaging is to acoustically measure the surface under the probe, then to determine the ultrasonic paths through the complex surface to produce an image inside the material. One of the methods that can be applied to adaptive imaging is the Synthetic Transmit Aperture (STA) method. It provides high quality images and offers the possibility of using different reconstruction modes to improve the defect charaterization, depending on their geometry and orientation. However, it suffers from two major drawbacks: a large amount of data to be stored and processed, and a higher sensibility to random or structural noise than the conventional imaging methods. To overcome these drawbacks, we propose the PlaneWave Imaging (PWI) method, based on plane wave transmissions. The results on a plane surface show that the two methods give similar results in terms of spatial resolution, but PWI is less sensitive to random noise. They also reveal that PWI improves greatly image quality when defects are cracks, and that very few transmissions are needed compared to STA. The STA and PWI methods are then generalized to complex surfaces, and coupled with surface measurement methods to perform adaptive imaging. The two méthods give the same images that those obtained when all the control parameters are known and the adaptive PWI keeps the advantages introduced previously : low sensibility to random noise and reduced number of transmission.