Surveillance d'intégrité des structures par apprentissage statistique : application aux structures tubulaires

Structural health monitoring using statistical learning methods : Application on tubular structures

• Auteur / Autrice : Mahjoub El Mountassir
• Direction : Didier Maquin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique
• Date : Soutenance le 30/04/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en automatique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Maan El Badaoui El Najjar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Moamar Sayed-Mouchaweh, Nazih Mechbal, Gilles Mourot, Slah Yaacoubi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Moamar Sayed-Mouchaweh, Nazih Mechbal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse en composantes principales

Représentation parcimonieuse

Apprentissage automatique

Capteurs (technologie)

Contrôle non destructif

Matériaux -- Détérioration

Mots clés libres

Surveillance d’intégrité des structures

Conditions environnementales et opérationnelles

Structures tubulaires

Apprentissage statistique

Estimation parcimonieuse

Modèle PCA adaptatif

Structural health monitoring

Environmental and operational conditions

Pipelines

Machine learning

Sparse estimation

Adaptive PCA model

Résumé

Les approches de surveillance de l’intégrité des structures ont été proposées pour permettre un contrôle continu de l’état des structures en intégrant à celle-ci des capteurs intelligents. En effet, ce contrôle continu doit être effectué pour s’assurer du bon fonctionnement de celles-ci car la présence d’un défaut dans la structure peut aboutir à un accident catastrophique. Cependant, la variation des conditions environnementales et opérationnelles (CEO) dans lesquelles la structure évolue, impacte sévèrement les signaux collectés ce qui induit parfois une mauvaise interprétation de la présence du défaut dans la structure. Dans ce travail de thèse, l’application des méthodes d’apprentissage statistiques classiques a été envisagée dans le cas des structures tubulaires. Ici, les effets des paramètres de mesures sur la robustesse de ces méthodes ont été investiguées. Ensuite, deux approches ont été proposées pour remédier aux effets des CEO. La première approche suppose que la base de données des signaux de référence est suffisamment riche en variation des CEO. Dans ce cas, une estimation parcimonieuse du signal mesuré est calculée. Puis, l’erreur d’estimation est utilisée comme indicateur de défaut. Tandis que la deuxième approche est utilisée dans le cas où la base de données des signaux des références contient une variation limitée des CEO mais on suppose que celles-ci varient lentement. Dans ce cas, une mise à jour du modèle de l’état sain est effectuée en appliquant l’analyse en composante principale (PCA) par fenêtre mobile. Dans les deux approches, la localisation du défaut a été assurée en utilisant une fenêtre glissante sur le signal provenant de l’état endommagé.

To ensure better working conditions of civil and engineering structures, inspections must be made on a regular basis. However, these inspections could be labor-intensive and cost-consuming. In this context, structural health monitoring (SHM) systems using permanently attached transducers were proposed to ensure continuous damage diagnostic of these structures. In SHM, damage detection is generally based on comparison between the healthy state signals and the current signals. Nevertheless, the environmental and operational conditions will have an effect on the healthy state signals. If these effects are not taken into account they would result in false indication of damage (false alarm). In this thesis, classical machine learning methods used for damage detection have been applied in the case of pipelines. The effects of some measurements parameters on the robustness of these methods have been investigated. Afterthat, two approaches were proposed for damage diagnostic depending on the database of reference signals. If this database contains large variation of these EOCs, a sparse estimation of the current signal is calculated. Then, the estimation error is used as an indication of the presence of damage. Otherwise, if this database is acquired at limited range of EOCs, moving window PCA can be applied to update the model of the healthy state provided that the EOCs show slow and continuous variation. In both approaches, damage localization was ensured using a sliding window over the damaged pipe signal.