Ce mémoire présente une étude de la délamination dans des matériaux composites tissés taffetas. Des essais expérimentaux ont été réalisés afin de caractériser la délamination selon les modes purs I et II et pour plusieurs combinaisons des modes mixés I et II, respectivement avec des essais DCB, ENF et MMB de la mécanique de la rupture. Les standards ASTM ont été suivis. Deux stratifiés ont été testés, un [0/90]12 et un [45/-45]12, et leurs résultats sont comparés. Des modèles numériques ont été créés sur Abaqus afin de simuler les essais expérimentaux. La méthode de la zone cohésive a été utilisée dans des analyses statiques en utilisant le solveur Abaqus/Standard. Les résultats des modèles numériques sont comparés aux résultats expérimentaux et leur validité est discutée. / This thesis is about the delamination of plain weave woven composite materials. Some experimental tests have been conducted to characterize the delamination for the pure modes I and II and for several combinations of mixed mode I and II, respectively with the DCB, ENF and MMB fracture mechanics tests. ASTM standards have been followed. Two laminate lay-ups were tested, one [0/90]12 and one [45/-45]12 and their results are compared. Numerical models have been created on Abaqus to simulate the experimental tests. The method of cohesive zone model has been used for static analyses using the Abaqus/Standard solver. Numerical models results are compared to experimental results and their validity is discussed.

L'objectif principal de ce travail est d'étudier la cinétique d'endommagement par multifissuration matricielle de stratifiés croisés [0m/90n]S, carbone/époxyde IM7/977-2 ou IMS/M21 utilisés dans l'industrie aéronautiques, à partir d'essais de traction sous chargement monotone et de fatigue, à plusieurs températures. L'évolution de la densité de fissures dans des stratifiés [0m/90n]S sous chargement monotone est étudiée expérimentalement puis décrite par un critère énergétique faisant intervenir l'énergie de rupture. Plusieurs expressions du taux de restitution d'énergie ont été comparés pour obtenir une bonne évaluation de l'énergie de rupture en fonction de la densité de fissures. L'influence du délaminage et de la température sur les courbes de fissuration a aussi été considérée. Pour le composite IM7/977-2, l'influence de la température est décrite au moyen du principe de superposition temps-température, en cherchant à construire des courbes maîtresses d'iso-endommagement. Un passage de l'étude de la fissuration sous chargement monotone à l'étude de la fissuration progressive sous chargement de fatigue a été étudié. Une étude expérimentale et une simulation de l'évolution de la densité de fissures transverses en fonction du nombre de cycles sont présentées. Dans le critère de fissuration, une loi de dégradation de l'énergie de rupture en fatigue du matériau qui repose sur une génération de l'hypothèse simple de Vinogradov concernant la forme des courbes S-N de première fissuration et qui prend en compte l'effet de courbe «R» a été utilisée.

Cette recherche explore l'utilisation de la thermographie infrarouge passive (IRT) pour la détection du délaminage dans les infrastructures civiles et l'intégration des données obtenues à partir de l'inspection visuelle et de l'IRT avec des technologies informatiques avancées pour faciliter la détection, l'interprétation et l'évaluation des dommages et augmenter la visualisation, l'accessibilité, l'interopérabilité et la réutilisabilité des résultats de l'inspection. La motivation de cette recherche découle des incertitudes actuelles entourant l'inspection des grandes infrastructures à l'aide de l'IRT passive. Les chercheurs, les entreprises d'inspection et les décideurs exécutifs sur le marché de la durabilité et de la gestion du cycle de vie des infrastructures sont confrontés à des incertitudes théoriques et pratiques dans l'élaboration d'une stratégie globale pour inspecter plusieurs composants des grandes infrastructures en béton, ainsi que dans la gestion des données qui en résultent. Il existe un désir de mieux comprendre l'utilisation de techniques avancées de contrôle non destructif (CND) et d'outils informatiques et d'explorer les avantages de la collaboration entre les industries pour la gestion du cycle de vie des structures civiles. Dans ce contexte, le problème de recherche implique la nécessité d'approches innovantes et normalisées pour améliorer la planification, la collecte, l'analyse, la numérisation et l'interopérabilité des données d'inspection par IRT passive pour les infrastructures civiles. L'objectif principal de la recherche était d'explorer l'utilisation de l'IRT passive comme méthode de détection des délaminages dans divers composants en béton des infrastructures civiles, en tenant compte des différents scénarios d'exposition solaire. De plus, l'étude visait à intégrer les données provenant des inspections par IRT passive avec des technologies informatiques avancées telles que la modélisation par éléments finis (MEF), l'IA et la modélisation des informations du bâtiment (BIM), pour améliorer la planification, le diagnostic, la visualisation, l'interprétation et l'interopérabilité des données d'inspection. Les objectifs spécifiques comprenaient l'évaluation de la faisabilité, de la sensibilité et des exigences minimales pour utiliser l'IRT passive pour détecter les délaminages, l'élaboration d'une procédure de planification d'enquête, l'amélioration des techniques de contraste thermique, l'utilisation de l'IA pour détecter semi-automatiquement les délaminages, et l'intégration des résultats de l'IRT avec BIM. La méthodologie impliquait des domaines de recherche interdisciplinaires et complexes, comprenant l'inspection du béton, la thermographie infrarouge, la simulation numérique, le traitement d'images, la photogrammétrie, l'intelligence artificielle, et la modélisation des informations du bâtiment. En outre, l'étude englobait la révision des normes existantes et des rapports de recherche, la construction d'échantillons de béton représentatifs pour preuve de concept et la validation de l'étude numérique, et plusieurs études de cas comprenant l'acquisition de données sur le terrain avec plusieurs dispositifs (drones, voitures et caméras portatives munies de capteurs visibles et infrarouges). Les campagnes de collecte de données ont commencé en avril 2021 et se sont terminées en juillet 2023, étant menées sur des sites expérimentaux et publics afin d'informer et de soutenir le projet de recherche. Les résultats du travail comprenaient : (i) une évaluation approfondie de l'efficacité de l'IRT pour inspecter les infrastructures en béton, y compris une preuve de concept détaillée et un protocole recommandé pour la collecte de données, (ii) la création d'un modèle numérique non linéaire vérifié et validé pour simuler des inspections par IRT passive, qui peut être utilisé pour déterminer les exigences minimales pour inspecter les délaminages dans les structures en béton extérieures en utilisant l'IRT passive, (iii) le développement d'approches et d'outils de détection de dommages multimodaux semi-automatisés adaptés au traitement de grands ensembles de données générés à partir d'inspections effectuées dans et au-delà du spectre visible, et (iv) le développement d'un modèle d'information numérique et collaboratif contenant des données d'inspection complètes et bien structurées, présentées dans un format standard et ouvert pouvant être partagé avec d'autres inspecteurs, ingénieurs, gestionnaires, chercheurs et utilisateurs à diverses fins. En améliorant la compréhension de l'utilisation potentielle de tests non destructifs avancés, c'est-à-dire l'IRT passive, aux côtés de technologies informatiques et d'information, ce projet fait progresser les pratiques de maintenance des infrastructures. Non seulement ces conclusions peuvent optimiser la durabilité des infrastructures, mais elles peuvent également faciliter l'évolution des pratiques traditionnelles de CND pour répondre aux exigences de l'Industrie 4.0, notamment la durabilité, la numérisation, l'interopérabilité et la transparence de l'information. / This research work explores the use of passive infrared thermography (IRT) for the detection of delamination in civil infrastructures. It aims to facilitate the detection, interpretation, and evaluation of damages and integrate the data obtained from visual and IRT inspection with advanced computational technologies to increase visualization, accessibility, interoperability, and reusability of the inspection results. The motivation for this research arises from the current uncertainties surrounding the inspection of large infrastructures using passive IRT. Researchers, inspection companies, and stakeholders in the infrastructure durability and life cycle management sector are faced with both theoretical and practical uncertainties in developing a comprehensive strategy for inspecting multiple components of large concrete infrastructures using passive IRT, as well as managing the resulting inspection data. There is a demand to better understand the use of advanced non-destructive testing (NDT) techniques and computational tools and explore the benefits of collaboration between industries for the life-cycle management of civil structures. In this context, the research problem entails the need for innovative and standardized approaches to enhance the planning, collection, analysis, digitalization, and interoperability of passive IRT inspection data for civil infrastructures. The main objective of the research was to explore the utilization of passive IRT as a method of detecting delamination in various concrete components of civil infrastructures, while accounting for different scenarios of solar exposure. Additionally, the study aimed to integrate data from passive IRT inspections with advanced computational technologies such as numerical simulation, artificial intelligence (AI), and Building Information Modeling (BIM), to improve planning, diagnosis, visualization, interpretation, and interoperability for inspection data. Specific objectives included assessing the feasibility, sensibility, and minimum requirements for utilizing passive IRT to detect delamination, devising a survey planning procedure, enhancing thermal contrast techniques, leveraging AI for semi-automated delamination detection, and integrating IRT planning and results with BIM. The methodology involved interdisciplinary and complex research domains, including concrete inspection, infrared thermography, numerical simulation, image processing, photogrammetry, artificial intelligence, and information modeling. Moreover, the study encompassed the review of existing standards and research works, the construction of concrete samples for proof of concept and validation of numerical studies, and the conduction of multiple case studies involving field data acquisition using various devices such as drones, vehicles, and handheld cameras equipped with visible and infrared sensors. The data collection campaigns started in April 2021 and were concluded in July 2023, being conducted at experimental and public sites to inform and support the research project. The findings of the work included: (i) a thorough evaluation of the capabilities of IRT for inspecting concrete infrastructure, including a detailed proof of concept and a recommended protocol for data collection, (ii) the creation of a verified and validated non-linear numerical model for simulating passive IRT inspections, which can be used to determine the minimum requirements for inspecting delamination in outdoor concrete structures using passive IRT, (iii) the development of semi-automated multimodal damage detection approaches and tools suitable for processing large datasets generated from passive IRT inspections of delamination in concrete structure, and (iv) the development of a digital and collaborative information model that contains comprehensive and well-structured inspection data, presented in a standard and open format that can be shared with other inspectors, engineers, managers, researchers, and users for various purposes. By enhancing the understanding of the potential use of advanced non-destructive testing, i.e., passive IRT, alongside computational and information technology, this project advances infrastructure maintenance practices. Not only can its findings optimize infrastructure durability, but they can also facilitate the evolution of traditional NDT practices to meet the demands of Industry 4.0, including sustainability, digitalization, interoperability, and information transparency.

Les délaminations sous-surfaciques représentent une menace significative pour l'intégrité structurelle des composants en béton et nécessitent des méthodes de tests non destructives (NDT) efficaces et fiables pour une détection rapide. Cette étude examine l'intégration de la thermographie infrarouge active (IRT) et du radar à pénétration de sol (GPR) pour la détection et l'évaluation de la délamination dans les dalles de béton. Deux spécimens de laboratoire, construits en béton armé et intentionnellement conçus pour simuler une délamination interne, sont soumis à des tests à l'aide de méthodes IRT et GPR. La méthodologie implique l'utilisation d'une approche de thermographie infrarouge par chauffage par étapes, qui nécessite la capture d'images thermographiques brutes tout au long des phases de chauffage et de refroidissement. Ce processus documente les variations thermiques et aide à identifier les modèles de dommages sous-surfaciques. Simultanément, le radar à pénétration de sol (GPR) est intégré dans le processus d'évaluation pour mesurer l'étendue et la gravité de la délamination à l'intérieur des spécimens. Le GPR fournit des informations détaillées sur l'intérieur des spécimens en utilisant des ondes électromagnétiques haute fréquence. Il mesure le temps que mettent les impulsions radar pour traverser les matériaux et refléter à la surface. Ces données, associées aux résultats thermographiques, offrent une compréhension complète des conditions internes des dalles de béton. La conception expérimentale implique deux spécimens de béton identiques en taille mais avec et sans armature pour explorer l'impact des barres d'armature sur les capacités de détection des méthodes IRT et GPR. L'étude inclut des défauts de différentes tailles et profondeurs, permettant une évaluation complète des performances des méthodes dans différentes conditions. La méthode de thermographie active, caractérisée par un rapport taille-profondeur de 0.83, montre une capacité remarquable à détecter presque tous les défauts. Les données thermographiques, acquises pendant le processus de refroidissement, fournissent des informations primordiales sur les signatures thermiques des delaminations. Le GPR se révèle très efficace pour identifier toutes les anomalies sous-surfaciques, même les plus profondes et les plus petites. L'étude souligne les forces complémentaires de l'IRT et du GPR, où l'IRT offre une couverture plus large et le GPR fournit des informations précises sur la profondeur. Les résultats de cette étude fournissent une base solide pour les développements futurs dans la surveillance de la santé structurelle et la maintenance des structures en béton. / Subsurface delaminations pose a significant threat to the structural integrity of concrete components and they require effective and reliable non-destructive testing (NDT) methods for early detection. This study investigates the integration of Active Infrared Thermography (IRT) and Ground Penetrating Radar (GPR) for the detection and evaluation of delamination in concrete slabs. Two laboratory specimens, built from reinforced concrete and intentionally designed to simulate internal delamination, are subjected to testing using IRT and GPR methods. The methodology involves employing a step-heating Infrared Thermography (IRT) approach, which requires capturing raw thermographic images throughout both the heating and cooling phases. This process documents thermal variations and helps identify subsurface damage patterns. Simultaneously, Ground Penetrating Radar (GPR) is integrated into the assessment process to measure the extent and severity of delamination within the specimens. GPR provides detailed subsurface information using high-frequency electromagnetic waves. It measures the time that radar pulses take to travel through materials and reflect back to the surface. This data along with the thermographic findings, offer a comprehensive understanding of the internal conditions of the concrete slabs. The experimental design involves two concrete specimens that are identical in size but with and without reinforcement to explore the impact of rebars on the detection capabilities of the IRT and GPR methods. The study includes defects of different sizes and depths, enabling a comprehensive evaluation of the methods' performance under different conditions. The active thermography method, characterized by a size-to-depth ratio of 0.83, shows a remarkable ability to detect nearly all defects. The thermographic data, acquired during the cooling process, provides valuable insights into the thermal signatures of the defects. The GPR proves highly efficient in identifying all subsurface anomalies, even the deepest and smallest. The study emphasizes the complementary strengths of IRT and GPR, where IRT provides broader coverage, and GPR offers precise depth information. The findings of this study provide a solid foundation for future developments in structural health monitoring and maintenance of concrete structures.

Cette thèse est dédiée à l'étude théorique expérimentale et numérique de deux mécanismes majeurs gouvernant l'absorption d'énergie dans les structures composites stratifiées : la fragmentation et le délaminage. En matière de fragmentation, le modèle micro-mécanique de Fleck et Budiansky (1995) à été utilisé et discrétisé pour pouvoir intégrer les statistiques de défauts observées par Paluch (1994) et ainsi déterminer les caractéristiques principales à intégrer dans un comportement moyen. Celles-ci s'avèrent être une contrainte maximale de fragmentation dont la dispersion est de l'ordre de celle des imperfections géométriques, ainsi que des énergies dissipées et des longueurs de fragment quasi déterministes. Du point de vue du délaminage, une association d'essais de mode II sous sollicitation dynamique menant à des propagations sub-soniques, de suivi par caméra rapide et de traitement par mesure de champs, et des comparaisons essais/calculs conduisent à conclure à d'importants effets de vitesse interfaciaux. Un modèle d'endommagement à taux limité à été utilisé pour les reproduire. Celui-ci a permis d'en déduire un modèle de propagation de fissure de délaminage dynamique intégrant un paramètre de vitesse limite de fissuration. Enfin, des premières simulations pseudo-2D simplifiées d'absorbeur ont permis d'étudier les interactions entre ces deux mécanismes. Qualitativement, la très grande influence de la nature des défauts géométriques introduits pour initier le délaminage est retrouvée.