LMA - Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique

[2020 - Stage M2] Imagerie ultrasonore de nids de cailloux présents dans le béton Simulation numérique sous Specfem2D

Encadrement :
Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique : Jean-François Chaix et Jean Mailhé
EDF R&D PRISME : Jean-Marie Hénault et Lorenzo Audibert

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] a permis de modéliser, sous Specfem2D [3], la composition hétérogène des bétons. Les granulats ont été modélisés et différentes configurations ont été validées expérimentalement. La tomographie ultrasonore peut être utilisée pour imager les défauts du béton. Ces derniers peuvent apparaître dès le coulage ou lors de la vie de l’ouvrage. Dans le premier cas, si le mélange n’est pas suffisamment homogénéisé, des poches de nids de cailloux peuvent se former conduisant à une macroporosité locale dans le matériau qui peut être dommageable pour la structure. Le stage porte sur l’imagerie de ce type de défaut structurel.

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. La formation et la géométrie de ces macro-défauts sera particulièrement détaillée. L’étude de la propagation des ondes élastiques dans les milieux hétérogènes et des solutions de modélisation numérique en 2D sera ensuite détaillée. Ensuite, il s’agira de prendre en main un modèle numérique de la propagation d’ondes dans le béton sous Specfem2D. Il s’agira alors d’introduire dans différentes modélisations de bétons sains des défauts représentatifs de ceux étudiés dans la bibliographie. Cela conduira à l’obtention des réponses ultrasonores pour les différents cas envisagés sains ou avec défauts. La comparaison de ces cas permettra d’établir le potentiel de diagnostic de ce type d’endommagement (nids de cailloux et macroporosité). Des algorithmes de traitement du signal pour l’imagerie seront également appliqués aux résultats de simulation afin de mettre en évidence la présence de défauts. La méthode d’imagerie utilisant l’énergie topologique sera implémentée. Enfin, l’ensemble des résultats obtenus seront comparés à des mesures réalisées sur maquettes. 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, et en particulier sur la détection et l’imagerie de macro-défauts. Une poursuite dans un travail de thèse est envisageable.

[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...

Compétences :
- Connaissance en propagation des ondes élastiques et en analyse numérique
- Développements informatiques sous C++ et Matlab

Profil recherché : Master Recherche, Master ou Ingénieur
Durée du stage : 6 mois
Lieu du stage : LMA à Aix-en-Provence
Rémunération : 800€ mensuel net
Poursuite en thèse : Possible

Contact : jean-francois.chaix@univ-amu.fr (+33)4 42 93 90 37

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