Interaction ultrasons/béton pour le contrôle et le suivi de l’état de santé des ouvrages du génie civil

Direction de thèse :

- Cédric Payan, Professeur des Universités (cedric.payan@univ-amu.fr)
- Manda Ramaniraka, Maître de Conférences (manda.ramaniraka@univ-amu.fr)

Financement : demandé / Type de financement : bourse ministérielle MESR (ED 353)

Résumé : La propagation des ultrasons dans un milieu hétérogène peut être plus ou moins perturbée en fonction des longueurs d’ondes présentes rapportées aux tailles des hétérogénéités [1]. L’interaction avec le milieu est très élevée lorsque ces dimensions sont du même ordre de grandeur. Ce régime de forte interaction maximise les informations concernant le milieu contrôlé et la sensibilité du suivi, cependant les amplitudes des signaux s’en retrouvent atténuées. Le contrôle et le suivi ultrasonores de l’état d’un matériau hétérogène nécessitent alors un équilibre entre quantité d’informations/sensibilité et moyens d’acquisition/traitement.

Dans le cas du béton, les hétérogénéités présentes dans la matrice cimentaire peuvent êtrede natures, de formes et de tailles diverses et aléatoires : ce sont les granulats (sable et gravier). Les aciers d’armatures viennent se rajouter dans le cas du béton armé qui compose la majorité des ouvrages du génie civil. A plus petite échelle, on retrouve les porosités et les microfissures présentes dans la matrice cimentaire, mais aussi et surtout l’Interfacial Transition Zone (ITZ). L’ITZ est une fine couche - très poreuse - autour de chaque granulat. Il a été démontré qu’elle conditionne le com- portement mécanique global et la durabilité du béton. Son effet sur l’interaction ultrasons/béton a, quant à lui, été encore très peu étudié [2].   (voir plus dans le fichier joint)

Ce travail de thèse traitera de l’exploitation de la diffusion multiple : aussi bien en acoustique linéaire que non linéaire ; et aussi bien à cœur (suivi avec capteurs noyés) que sous la surface (contrôle depuis la surface). L’accent sera mis sur la considération de la réalité du matériau (présence de l’ITZ, présence d’armatures, vieillissement/pathologie, etc.). Les trois grandes approches seront abordées :
- Théorique : comprendre la physique des interactions ultrasons/béton ;
- Numérique : modéliser correctement le matériau et la propagation des ultrasons afin de disposer de bancs d’essais numériques et d’outils d’inversion ;
- Expérimentale : confronter les développements numériques et théoriques aux mesures expérimentales sur matériaux réels, étudier la faisabilité des instrumentations sur ouvrages réels.
La pondération de chaque approche se fera au fur et à mesure des avancées et selon les appétences du candidat.

Profil du candidat recherché :
Ingénieur ou Master2 dans l’un des domaines suivants : Mécanique, Acoustique, Géophysique, Génie Civil, … avec :
- De bons résultats sur les 3 dernières années académiques ;
- Des compétences en programmation (Matlab et/ou Python) et traitement des signaux ;
- Un esprit analytique et force de propositions ;
- De bonnes aptitudes : à la rédaction, à la présentation orale, à l’autonomie, au travail en équipe ;

Le travail de thèse s’effectuera dans les locaux du LMA à Aix-en-Provence et/ou Marseille. Possibilité d’effectuer des missions d’enseignement (64h de monitorat) à l’IUT.

Publications sur le sujet :
[1] M. Ramaniraka, S. Rakotonarivo, C. Payan, V. Garnier, Effect of the interfacial transition zone on ultrasonic wave attenuation and velocity in concrete, Cement and Concrete Research 124 (2019)
[2] M. Ramaniraka, S. Rakotonarivo, C. Payan, V. Garnier, Effect of Interfacial Transition Zone on diffuse ultrasound in thermally damaged concrete, Cement and Concrete Research 152 (2021)

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