LMA - Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique

[Stage Master 2 /Ecole d’ingénieurs] Intégration de l’atténuation viscoélastique dans la modélisation numérique de la propagation d’ondes dans les bétons

Mots clés : propagation des ondes élastiques ; analyse numérique ; approche expérimentale en mécanique et ultrasons

Un thème de recherche du LMA concerne la Caractérisation Non Destructive (CND) des bétons par méthodes ultrasonores. Dans cette thématique, il s’agit d’établir les liens qui existent entre des évolutions du béton (apparition de défauts, évolution de porosité, chute de caractéristiques mécaniques, …) et les paramètres des ondes élastiques [1]. Pour cela l’utilisation de modèles de propagation permet de prévoir ces liens qu’il faut alors valider par des études expérimentales. La première difficulté concernant les bétons est la prise en compte de l’hétérogénéité de structure liée à sa composition (matrice de ciment et granulats de différentes tailles et natures). Ainsi un travail de thèse [2] qui vient de se terminer, a permis de modéliser, sous Specfem2D [3], la composition hétérogène des bétons. Les granulats ont été modélisés et différentes configurations ont été validées expérimentalement. Cependant la matrice de ciment des bétons est obtenue à partir de ciments différents et présente des porosités variées, ce qui conduit, selon le taux de saturation en eau des éprouvettes, à des comportements viscoélastiques plus ou moins importants. Ce comportement viscoélastique peut être intégré dans le modèle numérique par la prise en compte d’une atténuation au travers d’un facteur nommé Q. Ce point doit être validé sur des éprouvettes à base cimentaires. Des rapports eau/ciment variables dans la formulation des ciments (porosités et caractéristiques mécaniques variables) associés à la variation du taux de saturation en eau permettra d’obtenir des comportements viscoélastiques différents.
Dans un premier temps, par une approche bibliographique, le stage sera consacré à la découverte de la thématique d’étude avec notamment la connaissance du matériau béton et de ses évolutions possibles puis des différentes notions liées à la propagation des ondes élastiques dans les milieux hétérogènes.
Dans un second temps, il s’agira de prendre en main d’une part le modèle numérique avec viscoélasticité et d’autre part de définir le plan d’expérience permettant d’identifier les comportements fréquentiels des ondes dans des bétons à matrices de ciment. Les évolutions des vitesses et atténuations ultrasonores seront alors mesurées et mises en regard des résultats des modèles numériques. Cette étude conduira à valider ou infirmer l’intégration du facteur Q dans le modèle numérique. S’il est validé, l’objectif sera de fournir des valeurs cohérentes de ce facteur pour les bétons étudiés. S’il n‘est pas validé d’autres solutions issues de la bibliographie seraient alors envisagées dans les développements numériques.
Dans un dernier temps, le modèle numérique de propagation intégrant la viscoélasticité pourra être utilisé pour simuler la caractérisation ultrasonore de défauts inclus dans des maquettes de bétons déjà présentes chez EDF.

[1] V. Garnier, B. Piwakowski, O. Abraham, G. Villain, C. Payan, J.F. Chaix. Acoustic techniques for concrete evaluation : Improvements, comparisons and consistency, Construction and Building Materials 43 (2013) 598–613.
[2] Ting Yu, J.F. Chaix, L. Audibert, D. Komatitsch, V. Garnier. Simulations of ultrasonic wave propagation in concrete based on a two dimensional numerical model validated analytically and experimentally, Ultrasonics 92 (2019) 21–34.
[3] https://geodynamics.org/cig/softwar...

La conclusion du travail

permettra de faire un point sur les différents développements faits et à venir dans le cadre de la modélisation de la caractérisation non destructive des bétons par ultrasons. Une poursuite dans un travail de thèse est envisageable.

- Profil recherché : Master Recherche, Master ou Ingénieur
- Compétences :

  • Connaissance en propagation des ondes élastiques et en analyse numérique
  • Approche expérimentale en mécanique et ultrasons
  • Développements informatiques sous C++ et Matlab

- Durée du stage : 6 mois
- Lieu du stage : LMA à Aix-en-Provence
- Rémunération : à partir de 700€ mensuel net
- Poursuite en thèse : Possible
- Contact : jean-francois.chaix@univ-amu.fr / (+33)4 42 93 90 79


Encadrement :
Labo. de Mécanique et d’Acoustique : Jean-François Chaix, Vincent Garnier et Dimitri Komatitsch
EDF R&D PRISME : Jean-Marie Hénault et Lorenzo Audibert