Les matériaux diélectriques jouent un rôle important dans les applications industrielles et les domaines de la recherche scientifique et leur utilisation a augmenté ces dernières années. Leurs applications concernent l'industrie moderne des circuits intégrés et les réseaux d'antennes compacts. De plus, les composites structuraux légers dans l'industrie aérospatiale, les armures corporelles en Kevlar et les composites à matrice céramique pour la stabilité thermique dans les environnements chauds des moteurs sont des exemples de certaines des applications récemment développées des matériaux diélectriques. Par conséquent, la détection des défauts de ces matériaux diélectriques devient très importante pour le contrôle du processus de fabrication, l'optimisation de la conception et des performances des appareils électriques, et la surveillance et le diagnostic du système. Par conséquent, le besoin de tests de contrôle non destructifs (CND) précis des matériaux structurels et fonctionnels diélectriques a également augmenté. Cependant, le CND de ces matériaux n'est pas aussi développé que celui des métaux et de nouvelles approches pour évaluer la qualité de ces matériaux lors de la fabrication et de la maintenance n'ont pas encore été développées. Par conséquent, il sera utile de développer de nouvelles méthodes telles que des techniques de détection capacitive qui peuvent surmonter certaines des restrictions associées à d'autres techniques d'évaluation des matériaux diélectriques. La simulation numérique utilisant la modélisation par éléments finis (FEM) tridimensionnelle (3D) est utilisée dans le logiciel COMSOL Multiphysics pour simuler la distribution du champ électrique à partir d'un capteur capacitif coplanaire et la façon dont il interagit avec divers échantillons composés de différents types de défauts. Une analyse détaillée FEM est fournie pour étudier les paramètres de conception, y compris la forme/taille/distance des électrodes coplanaires pour évaluer et identifier les caractéristiques importantes des électrodes capacitives coplanaires, telles que la pénétration et la force du champ électrique en fonction du capteur propriétés géométriques. De plus, l'influence des différentes fréquences, du décollement et de la présence ou de l'absence d'une plaque de blindage métallique et d'une électrode de garde sur le résultat de sortie est analysée par la même méthode. En outre, la distribution du champ électrique, en fonction du nombre d'électrodes, à partir d'un capteur capacitif coplanaire multi-électrodes avec différents agencements d'électrodes d'entraînement et de détection, et comment ce champ peut être modifié en changeant l'agencement est simulé et illustré par le MEF 3D. Des expériences physiques sont réalisées avec plusieurs capteurs capacitifs coplanaires pour vérifier les résultats de la simulation et évaluer les performances de la sonde. Dans ces expériences, les performances d'imagerie du capteur, l'effet des paramètres de conception sur les performances du capteur, l'impact des divers matériaux testés et la faisabilité de la sonde capacitive coplanaire multi-électrodes seront pris en compte. La comparaison des résultats de simulation numérique et d'expériences physiques montre qu'ils sont en bon accord qualitatif. / Dielectric materials have an extensive role in both industrial applications and scientific research areas and their use has increased in recent years. Furthermore, lightweight structural composites in the aerospace industry, Kevlar body-armour and ceramic-matrix composites for thermal stability in hot engine environments are examples of some of the recently developed applications of dielectric materials. Therefore, the flaw detection of these dielectric materials becomes markedly important for the process control in manufacturing, optimization of electrical apparatus design and performance, and system monitoring and diagnostics. Consequently, the need for accurate non-destructive testing (NDT) of dielectric structural and functional materials has also been increased. However, the NDT of such materials is not as well developed as those for metals and new approaches to evaluate the quality of these materials during manufacturing and maintenance have not yet been expanded. Therefore, it will be valuable to develop new methods such as capacitive sensing techniques which can overcome some of the restrictions associated with other techniques for assessing dielectric materials. The numerical simulation using three dimensional (3 D) Finite Element Modelling (FEM) is employed in COMSOL Multiphysics software to simulate the electric field distribution from a coplanar capacitive sensor and the way it interacts with various specimens composed of different types of defects. A detailed analysis FEM is provided to study the design parameters including the shape/size/distance of the coplanar electrodes to assess and identify the important features of the coplanar capacitive electrodes, such as the penetration and strength of the electric field as a function of sensor geometrical properties. In addition, the influence of the different frequencies, lift-off, and the presence or absence of a metal shielding plate and guard electrode on the output result is analyzed by the same method. Besides, the electric field distribution, as a function of the number of electrodes, from a multi-electrode coplanar capacitive sensor with different arrangements of driving and sensing electrodes, and how this field may be altered by changing the arrangement is simulated and illustrated by the 3D FEM. Physical experiments are carried out by several coplanar capacitive sensors to verify the simulation results and evaluate the performance of the probe. In these experiments, the imaging performance of the sensor, the effect of design parameters on the sensor performance, the impact of various materials under test, and the feasibility of the multi-electrode coplanar capacitive probe will be considered. Comparison of the numerical simulation results and physical experiments illustrate that they are in good qualitative agreement.

Les matériaux diélectriques jouent un rôle important dans les applications industrielles et les domaines de la recherche scientifique et leur utilisation a augmenté ces dernières années. Leurs applications concernent l'industrie moderne des circuits intégrés et les réseaux d'antennes compacts. De plus, les composites structuraux légers dans l'industrie aérospatiale, les armures corporelles en Kevlar et les composites à matrice céramique pour la stabilité thermique dans les environnements chauds des moteurs sont des exemples de certaines des applications récemment développées des matériaux diélectriques. Par conséquent, la détection des défauts de ces matériaux diélectriques devient très importante pour le contrôle du processus de fabrication, l'optimisation de la conception et des performances des appareils électriques, et la surveillance et le diagnostic du système. Par conséquent, le besoin de tests de contrôle non destructifs (CND) précis des matériaux structurels et fonctionnels diélectriques a également augmenté. Cependant, le CND de ces matériaux n'est pas aussi développé que celui des métaux et de nouvelles approches pour évaluer la qualité de ces matériaux lors de la fabrication et de la maintenance n'ont pas encore été développées. Par conséquent, il sera utile de développer de nouvelles méthodes telles que des techniques de détection capacitive qui peuvent surmonter certaines des restrictions associées à d'autres techniques d'évaluation des matériaux diélectriques. La simulation numérique utilisant la modélisation par éléments finis (FEM) tridimensionnelle (3D) est utilisée dans le logiciel COMSOL Multiphysics pour simuler la distribution du champ électrique à partir d'un capteur capacitif coplanaire et la façon dont il interagit avec divers échantillons composés de différents types de défauts. Une analyse détaillée FEM est fournie pour étudier les paramètres de conception, y compris la forme/taille/distance des électrodes coplanaires pour évaluer et identifier les caractéristiques importantes des électrodes capacitives coplanaires, telles que la pénétration et la force du champ électrique en fonction du capteur propriétés géométriques. De plus, l'influence des différentes fréquences, du décollement et de la présence ou de l'absence d'une plaque de blindage métallique et d'une électrode de garde sur le résultat de sortie est analysée par la même méthode. En outre, la distribution du champ électrique, en fonction du nombre d'électrodes, à partir d'un capteur capacitif coplanaire multi-électrodes avec différents agencements d'électrodes d'entraînement et de détection, et comment ce champ peut être modifié en changeant l'agencement est simulé et illustré par le MEF 3D. Des expériences physiques sont réalisées avec plusieurs capteurs capacitifs coplanaires pour vérifier les résultats de la simulation et évaluer les performances de la sonde. Dans ces expériences, les performances d'imagerie du capteur, l'effet des paramètres de conception sur les performances du capteur, l'impact des divers matériaux testés et la faisabilité de la sonde capacitive coplanaire multi-électrodes seront pris en compte. La comparaison des résultats de simulation numérique et d'expériences physiques montre qu'ils sont en bon accord qualitatif. / Dielectric materials have an extensive role in both industrial applications and scientific research areas and their use has increased in recent years. Furthermore, lightweight structural composites in the aerospace industry, Kevlar body-armour and ceramic-matrix composites for thermal stability in hot engine environments are examples of some of the recently developed applications of dielectric materials. Therefore, the flaw detection of these dielectric materials becomes markedly important for the process control in manufacturing, optimization of electrical apparatus design and performance, and system monitoring and diagnostics. Consequently, the need for accurate non-destructive testing (NDT) of dielectric structural and functional materials has also been increased. However, the NDT of such materials is not as well developed as those for metals and new approaches to evaluate the quality of these materials during manufacturing and maintenance have not yet been expanded. Therefore, it will be valuable to develop new methods such as capacitive sensing techniques which can overcome some of the restrictions associated with other techniques for assessing dielectric materials. The numerical simulation using three dimensional (3 D) Finite Element Modelling (FEM) is employed in COMSOL Multiphysics software to simulate the electric field distribution from a coplanar capacitive sensor and the way it interacts with various specimens composed of different types of defects. A detailed analysis FEM is provided to study the design parameters including the shape/size/distance of the coplanar electrodes to assess and identify the important features of the coplanar capacitive electrodes, such as the penetration and strength of the electric field as a function of sensor geometrical properties. In addition, the influence of the different frequencies, lift-off, and the presence or absence of a metal shielding plate and guard electrode on the output result is analyzed by the same method. Besides, the electric field distribution, as a function of the number of electrodes, from a multi-electrode coplanar capacitive sensor with different arrangements of driving and sensing electrodes, and how this field may be altered by changing the arrangement is simulated and illustrated by the 3D FEM. Physical experiments are carried out by several coplanar capacitive sensors to verify the simulation results and evaluate the performance of the probe. In these experiments, the imaging performance of the sensor, the effect of design parameters on the sensor performance, the impact of various materials under test, and the feasibility of the multi-electrode coplanar capacitive probe will be considered. Comparison of the numerical simulation results and physical experiments illustrate that they are in good qualitative agreement.

In a very restrictive economic context, the built heritage managers are eager to evaluate their structures in order to know there security state and also assess the need for maintenance. Among the most common structural disorders in old masonry structures, we find the presence of voids within the masonry and especially deep unfilled joint defects. The objective of this research is to use radar technology to increase the accuracy of this technique in recognizing geometric masonry structures and particularly the detection of deep unfilled joint defects. An imaging algorithm inspired from migration methods and based on a multi-receiver acquisition was developed. To implement this method, improvement in the use of radar data, such as determining the emission time, inaccessible to conventional radar system were needed. The development of the algorithm was made from numerical experiments on simulated environments integrating various dimensions of unfilled joint defects. A sensitivity study has also been proposed. The imaging algorithm was finally tested on real masonry structures and the effectiveness in detecting small-sized voids (deep unfilled joint defects, buried pipes) was demonstrated. The determination of wave velocity in the medium combined to the exploitation of phase in the recorded echoes allowed to precisely locate and partially identify the different interfaces of the monitored structure.

La Thermographie de Phase Pulsée (TPP) est une technique d’Évaluation Non-Destructive basée sur la Transformée de Fourier pouvant être considérée comme étant le lien entre la Thermographie Pulsée, pour laquelle l’acquisition de données est rapide, et la Thermographie Modulée, pour laquelle l’extraction de la profondeur est directe. Une nouvelle technique d’inversion de la profondeur reposant sur l’équation de la longueur de diffusion thermique : μ=(α /πf)½, est proposée. Le problème se résume alors à la détermination de la fréquence de borne fb, c à d, la fréquence à laquelle un défaut à une profondeur particulière présente un contraste de phase suffisant pour être détecté dans le spectre des fréquences. Cependant, les profils de température servant d’entrée en TPP, sont des signaux non-périodiques et non-limités en fréquence pour lesquels, des paramètres d’échantillonnage Δt, et de troncature w(t), doivent être soigneusement choisis lors du processus de discrétisation du signal. Une méthodologie à quatre étapes, basée sur la Dualité Temps-Fréquence de la Transformée de Fourier discrète, est proposée pour la détermination interactive de Δt et w(t), en fonction de la profondeur du défaut. Ainsi, pourvu que l’information thermique utilisée pour alimenter l’algorithme de TPP soit correctement échantillonnée et tronquée, une solution de la forme : z=C1μ, peut être envisagée, où les valeurs expérimentales de C1 se situent typiquement entre 1.5 et 2. Bien que la détermination de fb ne soit pas possible dans le cas de données thermiques incorrectement échantillonnées, les profils de phase exhibent quoi qu’il en soit un comportement caractéristique qui peut être utilisé pour l’extraction de la profondeur. La fréquence de borne apparente f’b, peut être définie comme la fréquence de borne évaluée à un seuil de phase donné φd et peut être utilisée en combinaison avec la définition de la phase pour une onde thermique : φ=z /μ, et le diamètre normalisé Dn=D/z, pour arriver à une expression alternative. L'extraction de la profondeur dans ce cas nécessite d'une étape additionnelle pour récupérer la taille du défaut. / Pulsed Phase Thermography (PPT) is a NonDestructive Testing and Evaluation (NDT& E) technique based on the Fourier Transform that can be thought as being the link between Pulsed Thermography, for which data acquisition is fast and simple; and Lock-In thermography, for which depth retrieval is straightforward. A new depth inversion technique using the phase obtained by PPT is proposed. The technique relies on the thermal diffusion length equation, i.e. μ=(α /π·f)½, in a similar manner as in Lock-In Thermography. The inversion problem reduces to the estimation of the blind frequency, i.e. the limiting frequency at which a defect at a particular depth presents enough phase contrast to be detected on the frequency spectra. However, an additional problem arises in PPT when trying to adequately establish the temporal parameters that will produce the desired frequency response. The decaying thermal profiles such as the ones serving as input in PPT, are non-periodic, non-band-limited functions for which, adequate sampling Δt, and truncation w(t), parameters should be selected during the signal discretization process. These parameters are both function of the depth of the defect and of the thermal properties of the specimen/defect system. A four-step methodology based on the Time-Frequency Duality of the discrete Fourier Transform is proposed to interactively determine Δt and w(t). Hence, provided that thermal data used to feed the PPT algorithm is correctly sampled and truncated, the inversion solution using the phase takes the form: z=C 1 μ, for which typical experimental C 1 values are between 1.5 and 2. Although determination of fb is not possible when working with badly sampled data, phase profiles still present a distinctive behavior that can be used for depth retrieval purposes. An apparent blind frequency f’b , can be defined as the blind frequency at a given phase threshold φd , and be used in combination with the phase delay definition for a thermal wave: φ=z /μ, and the normalized diameter, Dn=D/z, to derive an alternative expression. Depth extraction in this case requires an additional step to recover the size of the defect. / La Termografía de Fase Pulsada (TFP) es una técnica de Evaluación No-Destructiva basada en la Transformada de Fourier y que puede ser vista como el vínculo entre la Termografía Pulsada, en la cual la adquisición de datos se efectúa de manera rápida y sencilla, y la Termografía Modulada, en la que la extracción de la profundidad es directa. Un nuevo método de inversión de la profundidad por TFP es propuesto a partir de la ecuación de la longitud de difusión térmica: μ=(α /π·f)½. El problema de inversion se reduce entonces a la determinación de la frecuencia límite fb (frecuencia a la cual un defecto de profundidad determinada presenta un contraste de fase suficiente para ser detectado en el espectro de frecuencias). Sin embargo, las curvas de temperatura utilizadas como entrada en TFP, son señales no-periódicas y no limitadas en frecuencia para las cuales, los parámetros de muestreo Δt, y de truncamiento w(t), deben ser cuidadosamente seleccionados durante el proceso de discretización de la señal. Una metodología de cuatro etapas, basada en la Dualidad Tiempo-Frecuencia de la Transformada de Fourier discreta, ha sido desarrollada para la determinación interactiva de Δt y w(t), en función de la profundidad del defecto. Así, a condición que la información de temperatura sea correctamente muestreada y truncada, el problema de inversión de la profundidad por la fase toma la forma : z=C 1 μ, donde los valores experimentales de C 1 se sitúan típicamente entre 1.5 y 2. Si bien la determinación de fb no es posible en el caso de datos térmicos incorrectamente muestreados, los perfiles de fase exhiben de cualquier manera un comportamiento característico que puede ser utilizado para la extracción de la profundidad. La frecuencia límite aparente f’b , puede ser definida como la frecuencia límite evaluada en un umbral de fase dado φd , y puede utilizarse en combinación con la definición de la fase para una onda térmica: φ=z /μ, y el diámetro normalizado Dn , para derivar una expresión alternativa. La determinación de la profundidad en este caso, requiere de una etapa adicional para recuperar el tamaño del defecto.

La thermographie à phase pulsée (TPP) a été présentée comme une nouvelle technique robuste de thermographie infrarouge (TIR) pour les essais non destructifs (END). Elle utilise la transformée de Fourier discrète (TFD) sur les images thermiques obtenues après un chauffage flash de la surface avant d'un spécimen pour extraire les informations de délai de phase (ou phase). Les gammes de phase calcules (ou cartes de phase) sont utilises pour la visualisation des défauts dans de nombreux matériaux. Le contraste de température permet de détecter les défauts à partir des données thermographiques. Cependant, les images thermiques comportent généralement un niveau de bruit important et des arrière-plans non uniformes causés par un chauffage inégal et des réflexions environnementales. Par conséquent, il n'est pas facile de reconnaître efficacement les régions défectueuses. Dans ce travail, nous avons appliqué la technique LSTM (Long Short Term Memory) et des réseaux de neurones convolutifs (RNC) basés sur des modèles d'apprentissage profond (AP) à la détection des défauts et à la classification de la profondeur des défauts à partir de données d'images thermographiques. Nos résultats expérimentaux ont montré que l'architecture proposée basée sur l'AP a obtenu des scores de précision de 0.95 et 0.77 pour la classification des pixels sains et défectueux. En outre, les résultats expérimentaux ont montré que les techniques LSTM et RNC ont obtenu des précisions de 0.91 et 0.82 pour la classification de la profondeur des défauts, respectivement. Par conséquent, la technique LSTM a surpassé la technique RNC pour les cas de détection des défauts et de classification de la profondeur des défauts. / Pulse Phase Thermography (PPT) has been introduced as a novel robust Non-Destructive Testing (NDT) Infrared Thermography (IRT) technique. It employs Discrete Fourier Transform (DFT) to thermal images obtained following flash heating of the front surface of a specimen to extract the phase delay (or phase) information. The computed phase grams (or phase maps) are used for defect visualization in many materials. The temperature contrast enables defect detection based on thermographic data. However, thermal images usually involve significant measurement noise and non-uniform backgrounds caused by uneven heating and environmental reflections. As a result, it is not easy to recognize the defective regions efficiently. In this work, we applied Long Short-Term Memory (LSTM) and Convolutions Neural Networks works (CNNs) based on deep learning (DL) models to defect detection and defect depth classification from thermographic image data. Our experimental results showed that the proposed DL-based architecture achieved 0.95 and 0.77 accuracy scores for sound and defected pixels classification. Furthermore, the experimental results illustrated that LSTM and CNN techniques achieved 0.91 and 0.82 accuracies for defect-depth classification, respectively. Consequently, the LSTM technique overcame the CNNs technique for defect detection and defect-depth classification cases.

L'évaluation non destructive (END) est un domaine permettant d'identifier tous les types de dommages structurels dans un objet d'intérêt sans appliquer de dommages et de modifications permanents. Ce domaine fait l'objet de recherches intensives depuis de nombreuses années. La thermographie infrarouge (IR) est l'une des technologies d'évaluation non destructive qui permet d'inspecter, de caractériser et d'analyser les défauts sur la base d'images infrarouges (séquences) provenant de l'enregistrement de l'émission et de la réflexion de la lumière infrarouge afin d'évaluer les objets non autochauffants pour le contrôle de la qualité et l'assurance de la sécurité. Ces dernières années, le domaine de l'apprentissage profond de l'intelligence artificielle a fait des progrès remarquables dans les applications de traitement d'images. Ce domaine a montré sa capacité à surmonter la plupart des inconvénients des autres approches existantes auparavant dans un grand nombre d'applications. Cependant, en raison de l'insuffisance des données d'entraînement, les algorithmes d'apprentissage profond restent encore inexplorés, et seules quelques publications font état de leur application à l'évaluation non destructive de la thermographie (TNDE). Les algorithmes d'apprentissage profond intelligents et hautement automatisés pourraient être couplés à la thermographie infrarouge pour identifier les défauts (dommages) dans les composites, l'acier, etc. avec une confiance et une précision élevée. Parmi les sujets du domaine de recherche TNDE, les techniques d'apprentissage automatique supervisées et non supervisées sont les tâches les plus innovantes et les plus difficiles pour l'analyse de la détection des défauts. Dans ce projet, nous construisons des cadres intégrés pour le traitement des données brutes de la thermographie infrarouge à l'aide d'algorithmes d'apprentissage profond et les points forts des méthodologies proposées sont les suivants: 1. Identification et segmentation automatique des défauts par des algorithmes d'apprentissage profond en thermographie infrarouge. Les réseaux neuronaux convolutifs (CNN) pré-entraînés sont introduits pour capturer les caractéristiques des défauts dans les images thermiques infrarouges afin de mettre en œuvre des modèles basés sur les CNN pour la détection des défauts structurels dans les échantillons composés de matériaux composites (diagnostic des défauts). Plusieurs alternatives de CNNs profonds pour la détection de défauts dans la thermographie infrarouge. Les comparaisons de performance de la détection et de la segmentation automatique des défauts dans la thermographie infrarouge en utilisant différentes méthodes de détection par apprentissage profond : (i) segmentation d'instance (Center-mask ; Mask-RCNN) ; (ii) détection d’objet (Yolo-v3 ; Faster-RCNN) ; (iii) segmentation sémantique (Unet ; Res-unet); 2. Technique d'augmentation des données par la génération de données synthétiques pour réduire le coût des dépenses élevées associées à la collecte de données infrarouges originales dans les composites (composants d'aéronefs.) afin d'enrichir les données de formation pour l'apprentissage des caractéristiques dans TNDE; 3. Le réseau antagoniste génératif (GAN convolutif profond et GAN de Wasserstein) est introduit dans la thermographie infrarouge associée à la thermographie partielle des moindres carrés (PLST) (réseau PLS-GANs) pour l'extraction des caractéristiques visibles des défauts et l'amélioration de la visibilité des défauts pour éliminer le bruit dans la thermographie pulsée; 4. Estimation automatique de la profondeur des défauts (question de la caractérisation) à partir de données infrarouges simulées en utilisant un réseau neuronal récurrent simplifié : Gate Recurrent Unit (GRU) à travers l'apprentissage supervisé par régression. / Non-destructive evaluation (NDE) is a field to identify all types of structural damage in an object of interest without applying any permanent damage and modification. This field has been intensively investigated for many years. The infrared thermography (IR) is one of NDE technology through inspecting, characterize and analyzing defects based on the infrared images (sequences) from the recordation of infrared light emission and reflection to evaluate non-self-heating objects for quality control and safety assurance. In recent years, the deep learning field of artificial intelligence has made remarkable progress in image processing applications. This field has shown its ability to overcome most of the disadvantages in other approaches existing previously in a great number of applications. Whereas due to the insufficient training data, deep learning algorithms still remain unexplored, and only few publications involving the application of it for thermography nondestructive evaluation (TNDE). The intelligent and highly automated deep learning algorithms could be coupled with infrared thermography to identify the defect (damages) in composites, steel, etc. with high confidence and accuracy. Among the topics in the TNDE research field, the supervised and unsupervised machine learning techniques both are the most innovative and challenging tasks for defect detection analysis. In this project, we construct integrated frameworks for processing raw data from infrared thermography using deep learning algorithms and highlight of the methodologies proposed include the following: 1. Automatic defect identification and segmentation by deep learning algorithms in infrared thermography. The pre-trained convolutional neural networks (CNNs) are introduced to capture defect feature in infrared thermal images to implement CNNs based models for the detection of structural defects in samples made of composite materials (fault diagnosis). Several alternatives of deep CNNs for the detection of defects in the Infrared thermography. The comparisons of performance of the automatic defect detection and segmentation in infrared thermography using different deep learning detection methods: (i) instance segmentation (Center-mask; Mask-RCNN); (ii) objective location (Yolo-v3; Faster-RCNN); (iii) semantic segmentation (Unet; Res-unet); 2. Data augmentation technique through synthetic data generation to reduce the cost of high expense associated with the collection of original infrared data in the composites (aircraft components.) to enrich training data for feature learning in TNDE; 3. The generative adversarial network (Deep convolutional GAN and Wasserstein GAN) is introduced to the infrared thermography associated with partial least square thermography (PLST) (PLS-GANs network) for visible feature extraction of defects and enhancement of the visibility of defects to remove noise in Pulsed thermography; 4. Automatic defect depth estimation (Characterization issue) from simulated infrared data using a simplified recurrent neural network: Gate Recurrent Unit (GRU) through the regression supervised learning.

Ce mémoire porte sur l’étude de nouvelles méthodes quantitatives d’analyse d’images rayons x en test non destructif. Ces méthodes permettent d’obtenir plus d’information à partir d’images radiographiques numériques et devraient faciliter l’automatisation de l’inspection industrielle de pièces. Le travail se sépare en trois parties. Premièrement, le contexte de radiographie industrielle qui a mené à ce travail de recherche sera détaillé. Ensuite, il sera question d’un article publié dans le cadre de la conférence de recherche de l’ASNT en avril 2019 [5]. Cet article propose une nouvelle méthode quantitative d’analyse radiographique pour le craquement par corrosion sous contrainte des pipelines. Il est parfait pour introduire le reste de ce mémoire puisque le travail fait dans le cadre de cet article a directement contribué au reste de la recherche. Il sera ensuite question du travail effectué pour obtenir des images rayons x de défauts internes de pièces d’inspection industrielle. Nous parlerons des nouvelles méthodes ayant été appliquées, telles que la simulation, le recalage itératif d’une image simulée et l’optimisation de la courbe d’atténuation globale de la pièce. Pour terminer, nous montrerons le résultat de ce projet sous la forme d’images de différences entre les images simulées et les images réelles.

La corrosion sous isolation (CUI) est une préoccupation majeure et une source importante de coûts dans l'industrie pétrochimique. Les dommages actuels peuvent évoluer de manière invisible jusqu'à ce qu'une fuite ou une défaillance plus catastrophique se produise, ce qui exige la mise en place de méthodes permettant une détection précoce et garantissant ainsi la sécurité et l'efficacité des installations de procèdes. Ce mémoire de maîtrise décrit les essais réalisés et les méthodologies proposées pour résoudre ce problème largement connu, en particulier dans le secteur pétrochimique, en utilisant la technique non-destructif de thermographie infrarouge passive. Les activités décrites dans ce document aboutissent à l'approbation et à la publication d'un article scientifique qui révèle les résultats et propose les bases d'une méthodologie d'inspection sur le terrain capable d'identifier l'humidité piégée, la principale force motrice de la formation de la corrosion, dès ses premiers niveaux et sans enlever la couche externe d'aluminium souvent appelée revêtement. Au cours de la recherche, une large revue de la littérature a été effectuée pour bien comprendre les propriétés thermiques des matériaux concernés, les potentiels et les limites de la méthode non destructive de la thermographie infrarouge sur son état de l'art et les techniques de vision par ordinateur poursuivant des méthodes de post-traitement appropriées des données acquises. Les résultats sont motivants compte tenu de la réussite du concept de preuve pour une procédure d'inspection passive et sans contact qui étend potentiellement l'applicabilité de la thermographie infrarouge aux faibles niveaux d'émissivité de surface des revêtements en aluminium. Ce document est divisé en un chapitre d'introduction où sont décrits le problème et la séquence des tests effectués, un deuxième chapitre avec la transcription complète de l'article publié qui constitue le cœur de la recherche et un dernier chapitre de conclusion contenant les leçons apprises et les suggestions pour les études futures visant à consolider la méthodologie proposée pour l'atténuation de la corrosion dans les environnements industriels. / Corrosion under insulation (CUI) is a major concern and a significant source of costs in the petrochemical industry. Present damage can evolve invisibly until leaking or more catastrophic failure occur, demanding the establishment of methods to be early detected and so assure safety and efficiency of process installations. This master dissertation describes the tests performed and proposed methodologies to tackle this widely known problem, with emphasis on the petrochemical sector, using the non-destructive technique of passive infrared thermography. The activities described in this document culminate on the approval and publishing of a scientific article which reveals the results and proposes the basis for a field inspection methodology capable of identifying the trapped humidity, the main driving force for corrosion formation, since its early levels and without removal of the external aluminum layer often referred as cladding. During the research, a wide literature review was performed to well understand the thermal properties of the involved materials, the potentials, and limitations of the infrared thermography non-destructive method on its state of the art and techniques of computer vision pursuing proper post-processing methods of the acquired data. The results are motivating considering the success of the proof-concept for a passive and non-contact inspection procedure which potentially extends the applicability of infrared thermography to the low surface emissivity levels of aluminum cladding. This document is divided into an introduction chapter where the problem and the tests sequence performed are described, a second chapter with the full transcription of the published article as the core of the research and a last conclusion chapter containing the learned lessons and suggestions for future study aiming the consolidation of the proposed methodology for corrosion mitigation in industrial environments.

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.

La technique du contrôle non destructif (CND) par courants de Foucault (CF) est une solution envisageable pour caractériser l’état de contraintes dans un matériau magnétique. En effet, les propriétés magnétiques d’un matériau magnétique dépendent sensiblement de l’état de contraintes et, par ailleurs, les CF dépendent de la perméabilité magnétique. La technique des CF est potentiellement intéressante comparée à d’autres méthodes de CND, telles que la diffraction des rayons X, car elle est simple à mettre en œuvre, automatisable et peu coûteuse. Dans l'objectif de permettre in fine l’identification inverse de l’état de contraintes, un modèle prédisant l'évolution du signal fourni par un capteur à CF en fonction de l’état de contraintes du matériau ferromagnétique contrôlé a été élaboré dans cette thèse. Ceci implique la mise en place d’une double modélisation. D’une part, l’effet des contraintes sur la perméabilité magnétique a été modélisé par un modèle de comportement magnéto-élastique simplifié dérivé d'une approche multi-échelle. Cette approche permet de décrire la perméabilité magnétique d’un matériau soumis à un chargement multiaxial, en incluant notamment les effets d'anisotropie induite. D’autre part, un modèle reposant sur la méthode des éléments finis a été développé afin de prédire le signal fourni par un capteur à CF en fonction de la perméabilité anisotrope du matériau inspecté. Afin de valider la démarche de modélisation, un protocole expérimental de caractérisation magnétique et par CF a été mis en place. Les résultats de mesure obtenus présentent un bon accord qualitatif avec la modélisation, en l’absence de tout étalonnage. Une procédure d’étalonnage s'appuyant sur une mesure sous contraintes est nécessaire pour atteindre un accord quantitatif. Le modèle développé pourrait être utilisé pour concevoir des sondes à CF idoines et identifier les conditions opératoires optimales pour l'estimation de contraintes dans les matériaux magnétiques. Les procédures d'inversion à mettre en œuvre restent cependant un défi à relever / The non-destructive evaluation (NDE) technique by eddy current (EC) is a conceivable solution to characterize the stress state in magnetic materials. The approach relies on the high sensitivity of eddy current (EC) signals to the magnetic permeability, itself highly dependent on stress. The EC technique is potentially attractive compared to other NDE methods such as X-ray diffraction, due to its simple practical implementation, easiness of automation and low cost. In order to allow eventually the inverse identification of stress states in magnetic materials, a predictive model for the evolution of an EC probe signal as a function of stress has been developed during this thesis. The modelling is done in two steps. First, the effect of stress on the magnetic permeability is described using a simplified version of a multiscale model for magneto-elastic behaviour. This approach allows describing the effect of multiaxial mechanical loadings on the magnetic behaviour of materials including induced anisotropy effects. Then, the EC probe signal is determined as a function of the anisotropic permeability of the stressed material using the finite element method (FEM). In order to validate the modelling approach, an experimental setup for magnetic characterisation and EC measurements was developed. The measurements show a good qualitative accordance with the modelling results, in absence of any calibration. A calibration procedure based on a measurement under stress is necessary to obtain a quantitative agreement. The proposed model can be used to design efficient EC probes and to define optimal operating conditions to evaluate stress in magnetic materials. The development of inversion procedures, however, remains a challenge.