Sachant que les techniques d'auscultation electromagnétiques non destructives (EM) sont sensibles à de nombreux paramètres d'état des bétons, l'objectif de ce projet de recherche est d'étudier le potentiel de ces méthodes d'investigation EM pour évaluer la durabilité des bétons et détecter la présence d'agents agressifs. Dans un premier temps une cellule de mesure EM coaxiale-cylindrique et une cellule de résistivité multi-anneaux (mise au point conçue dans cette thèse) ont été utilisées pour une étude paramétrique. Des modèles de régression multi-linéaires ont été développés pour chaque observable EM (résistivité électrique et permittivité diélectrique) en fonction du degré de saturation, de la teneur en chlorures, de la porosité et du coefficient de diffusion de différentes formulations de bétons et mortiers. Dans un deuxième temps, des techniques de mesure EM in-situ ont été utilisées sur des corps d'épreuve homogène pour évaluer leur état : un capteur de résistivité multi-électrodes, développé dans le cadre de cette thèse, un capteur capacitif et un système radar. Ces techniques ont été combinées pour donner une estimation quantitative du taux de saturation, de la teneur en chorures et de la porosité des mélanges par optimisation non-linéaire des modèles de régression, développés dans la phase précédente. Enfin, l'aptitude de ces techniques in-situ à détecter des gradients a également été étudiée. Il a été constaté que la tomographie de résistivité électrique (TRE) utilisant le nouveau système multi-électrodes était particulièrement adapté à la détermination de gradients dans le béton d'enrobage.

TRAPIL est une société Française ayant à charge l'exploitation et l'entretien de pipelines d'hydrocarbures. L'entretien de pipelines enterrés nécessite le passage de racleurs équipés de sondes ultrasons réalisant une cartographie de la structure du pipeline, qui est ensuite analysée à la main afin de détecter et d'identifier les différents défauts pouvant apparaître ou évoluer.L'objectif de ce travail de thèse est d'apporter une solution algorithmique permettant d'accélérer et de compléter le travail des analystes à l'aide des méthodes modernes de traitement d'images et du signal.Notre approche suit le mode opératoire des experts et est découpée en trois partie.Tout d'abord nous réalisons une détection des soudures d'aboutage permettant de séparer le pipelines en les différents tubes qui le composent. Les signaux de sondes représentant la circonférence du tube sont regroupés et compressés dans une détection de rupture par comparaison de moyenne à court et long terme, puis les signaux résultants sont fusionnés à l'aide d'une pondération unique permettant une augmentation majeure du contraste entre bruit et soudure, offrant une détection et une localisation presque sans faille.Les tubes subissent ensuite une première segmentation visant à éliminer le plus grand nombre de pixels sains. Usant de modélisation d'histogramme des valeurs d'épaisseur par un algorithme EM initialisé pour notre problématique, l'algorithme suit un principe récursif comparable aux méthodes de type split and merge pour détecter et isoler les zones dangereuses.Enfin, Les zones dangereuses sont identifiées à l'aide d'une foret aléatoire, apprise sur un grand nombre d'exemples de défauts. Cette troisième partie est centrée sur l'étude de différentes méthodes de reconnaissance de forme appliquées à notre nouvelle problématique.Au travers de ces différentes étapes, les solutions que nous avons apportées permettent à TRAPIL un gain de temps significatif sur les tâches les plus fastidieuses du processus d'analyse (par exemple 30% sur la détection de soudures) et leur offre de nouvelles possibilités commerciales, par exemple la possibilité de fournir un pré-rapport à leur clientèle en quelques jours pendant que l'analyse manuelle est réalisée pouvant prendre plus d'un mois. / TRAPIL is a French society who is in charge of exploitation and maintenance of oil pipelines. Maintenance of buried pipeline implies the use of ultrasonic sensor-equipped devices, providing thickness and structural maps of the pipe, which are analysed by experts in order to detect and identify defects that may appear or evolve.The objective of this work is to provide an algoritmic solution allowing to accelerate and aid the experts's work with modern image and signal processing methods.Our approach follows the experts's operating mode and is divided in three sections.First, a weld detection is realized allowing to split the pipe in tubes. The signals of probes representing the circumference of the pipe are regrouped and compressed through an abrupt change detection, using short and long-term average comparison, then the resulting signals are merged using a unique weightening function allowing a massive increase of the contrast between welds and noise, offering near-perfect detection and localization.The tubes then undergoes a first segmentation aiming at eliminating a large amount of sane pixels. Using histogram modelization through an EM algorithm tuned specially for our purpose, the algorithm follows a recursive approach comparable to split and merge methods to detect and isolate dangerous areas.Finally, those dangerous areas are identified with a Random Forest, which has been learnt on a large amount of defect examples. This third part is greatly focused on the study of different pattern recognition methods applied on our new problematic.Through those different steps, the solution we brought allows TRAPIL to save a lot of time on the most tedious tasks of the analysis process (for example 30% of gain in processing time for the weld detection) and offers new commercial possibilities, like for example the possibility to provide their clients a first report in a matter of days, while the manual analysis is completed, which can take more than a month.

Le travail effectué au cours de cette thèse porte sur l'inversion de données ultrasonores. Le contexte industriel en est le contrôle non destructif des cuves de réacteurs à eau pressurisée. Ces contrôles visent à détecter et caractériser des fissures. Les données ultrasonores se présentent sous la forme d'échographies obtenues à l'aide d'un capteur fonctionnant en émission-réception. Les fissures sont détectées par diffraction de leurs arêtes. L'analyse des données obtenues est rendue difficile du fait de l'existence d'un revêtement dont la surface est irrégulière et dont le matériau diffère du matériau constitutif de la cuve. Une méthode est ici proposée pour localiser avec précision les arêtes diffractantes et donc permettre un dimensionnement des fissures à partir des échographies ultrasonores obtenues. Cette méthode s'appuie sur l'application d'outils de modélisation de la propagation et de la diffraction des ultrasons prenant en compte à la fois le caractère irrégulier de la surface et la nature hétérogène du composant. La méthode développée a fait l'objet d'une implémentation informatique et a pu être testée sur un ensemble de cas représentatifs. En particulier, ses performances ont été évaluées à partir de l'analyse de résultats expérimentaux. La précision obtenue en laboratoire sur les cas expérimentaux traités est conforme à la demande industrielle qui a motivé cette étude.

Ce travail de thèse porte sur l'analyse et la synthèse de sons impulsifs. Une des particularités de cette étude réside dans son approche pluridisciplinaire. Elle fait notamment appel à la mécanique vibratoire, aux méthodes de traitement de signaux non stationnaires et à la psychoacoustique. Dans le but d'établir des méthodes de synthèse efficaces, il est de plus en plus courant d'allier plusieurs approches qui peuvent être complémentaires. D'un point de vue physique, un son impulsif est le résultat de la mise en vibration d'un système résonant en régime d'oscillations libres. D'un point de vue perceptif, de nombreux tests psychoacoustiques montrent que l'oreille est capable d'identifier un son impulsif à partir de son amortissement (caractéristique du matériau) ainsi que de son contenu spectral qui définit la hauteur tonale (caractéristique de la géométrie de la structure). Cette étude a débouché sur la mise en oeuvre de modèles de synthèse permettant de simuler le comportement vibratoire de structures simples unidimensionnelles (du type poutre) et multidimensionnelles (du type membrane ou plaque mince) qui sont basés, lorsque cela est possible, sur la modélisation physique de la structure. Les paramètres des modèles sont définis par l'analyse de sons naturels et des grandeurs physiques caractéristiques. Par ailleurs, un modèle de synthèse a pu être mis en uvre dans le cas de structures plus complexes où les solutions analytiques ne sont pas connues. Dans ce cas, les paramètres du modèle sont directement estimés par l'analyse d'une représentation conjointe du son, du type temps-échelle, en prenant en compte des grandeurs perceptives caractéristiques. Enfin, une application concernant la synthèse du son de piano est décrite. Un des modèles de synthèse a été utilisé pour reproduire la réponse impulsionnelle de la table d'harmonie du piano, qui est une structure multidimensionnelle complexe. Les paramètres du modèle ont été estimés à partir de l'analyse de signaux expérimentaux obtenus par des mesures effectuées sur un piano placé en chambre anéchoïque. Dans le cadre de la réalité virtuelle sonore, des fonctions de transfert de la table d'harmonie et de son rayonnement acoustique ont également été estimées afin de reproduire virtuellement le champ acoustique au niveau de la tête d'un pianiste.

La problématique de cette thèse se place à l'interface entre le domaine scientifique du contrôle non destructif par ultrasons (CND US) et l'adéquation algorithme architecture. Le CND US comprend un ensemble de techniques utilisées pour examiner un matériau, qu'il soit en production ou maintenance. Afin de détecter d'éventuels défauts, de les positionner et les dimensionner, des méthodes d'imagerie et de reconstruction ont été développées au CEA-LIST, dans la plateforme logicielle CIVA.L'évolution du matériel d'acquisition entraine une augmentation des volumes de données et par conséquent nécessite toujours plus de puissance de calcul pour parvenir à des reconstructions en temps interactif. L'évolution multicoeurs des processeurs généralistes (GPP), ainsi que l'arrivée de nouvelles architectures comme les GPU rendent maintenant possible l'accélération de ces algorithmes.Le but de cette thèse est d'évaluer les possibilités d'accélération de deux algorithmes de reconstruction sur ces architectures. Ces deux algorithmes diffèrent dans leurs possibilités de parallélisation. Pour un premier, la parallélisation sur GPP est relativement immédiate, contrairement à celle sur GPU qui nécessite une utilisation intensive des instructions atomiques. Quant au second, le parallélisme est plus simple à exprimer, mais l'ordonnancement des nids de boucles sur GPP, ainsi que l'ordonnancement des threads et une bonne utilisation de la mémoire partagée des GPU sont nécessaires pour obtenir un fonctionnement efficace. Pour ce faire, OpenMP, CUDA et OpenCL ont été utilisés et comparés. L'intégration de ces prototypes dans la plateforme CIVA a mis en évidence un ensemble de problématiques liées à la maintenance et à la pérennisation de codes sur le long terme.

Dans le domaine du génie civil, l'auscultation de couches minces de chaussée (de l'ordre de 2 cm d'épaisseur) est mal résolue par les techniques radar de Contrôle Non Destructif. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif d'améliorer, d'un facteur 3 à 6, la résolution temporelle des radars actuels par des techniques de traitement du signal dites super et haute résolution. Dans un premier temps, les méthodes super et haute résolution les plus connues de la littérature (LSMYW, MUSIC, ESPRIT, Min-Norm) sont évaluées à partir de signaux simulés. Les résultats montrent les variations de l'erreur quadratique moyenne sur l'épaisseur estimée de chaussée, en fonction du rapport signal sur bruit et du retard différentiel entre échos. Un critère de précision sur la mesure d'épaisseur permet de déduire la limite de résolution temporelle de chacun des algorithmes. Pour des échos fortement ou totalement corrélés, on propose une optimisation du paramétrage de la technique de moyennage en sous-bande de fréquences. Quel que soit le niveau de corrélation, la limite de résolution temporelle obtenue permet de montrer la faisabilité de l'application. Dans un second temps, le document se focalise sur l'amélioration de techniques haute résolution de complexité calculatoire plus réduite. Tout d'abord, une version généralisée de l'algorithme ESPRIT (G-ESPRIT) est proposée, pour tenir compte de la forme de l'impulsion radar et des caractéristiques d'un bruit quelconque. Ensuite, deux méthodes linéaires à sous-espaces (OPM et SWEDE) sont introduites. Une version polynomiale d'OPM (root-OPM) permettant d'accélérer la recherche des retards de propagation est proposée. La méthode SWEDE est transposée à l'estimation de retards ; une nouvelle procédure de blanchiment permettant d'améliorer ses performances est également suggérée (FBD-SWEDE). Puis, de nouveaux algorithmes sont développés, combinant les avantages calculatoires des algorithmes SWEDE et ESPRIT (ESPRITWED, AV-ESPRITWED, G-ESPRITWED). Enfin, les méthodes de traitement présentées dans ce document sont expérimentées sur des signaux d'un radar impulsionnel et à sauts de fréquence, mesurés sur un 'milieu-modèle' monocouche et bicouche. La mise en oeuvre des algorithmes est détaillée. Les résultats permettent d'une part de valider les résultats théoriques et de montrer la faisabilité de la mesure de couches minces de chaussée à l'aide d'un radar de 2 GHz de largeur de bande.

La problématique de cette thèse se place à l’interface entre le domaine scientifique du contrôle non destructif par ultrasons (CND US) et l’adéquation algorithme architecture. Le CND US comprend un ensemble de techniques utilisées pour examiner un matériau, qu’il soit en production ou maintenance. Afin de détecter d’éventuels défauts, de les positionner et les dimensionner, des méthodes d’imagerie et de reconstruction ont été développées au CEA-LIST, dans la plateforme logicielle CIVA.L’évolution du matériel d’acquisition entraine une augmentation des volumes de données et par conséquent nécessite toujours plus de puissance de calcul pour parvenir à des reconstructions en temps interactif. L’évolution multicoeurs des processeurs généralistes (GPP), ainsi que l’arrivée de nouvelles architectures comme les GPU rendent maintenant possible l’accélération de ces algorithmes.Le but de cette thèse est d’évaluer les possibilités d’accélération de deux algorithmes de reconstruction sur ces architectures. Ces deux algorithmes diffèrent dans leurs possibilités de parallélisation. Pour un premier, la parallélisation sur GPP est relativement immédiate, contrairement à celle sur GPU qui nécessite une utilisation intensive des instructions atomiques. Quant au second, le parallélisme est plus simple à exprimer, mais l’ordonnancement des nids de boucles sur GPP, ainsi que l’ordonnancement des threads et une bonne utilisation de la mémoire partagée des GPU sont nécessaires pour obtenir un fonctionnement efficace. Pour ce faire, OpenMP, CUDA et OpenCL ont été utilisés et comparés. L’intégration de ces prototypes dans la plateforme CIVA a mis en évidence un ensemble de problématiques liées à la maintenance et à la pérennisation de codes sur le long terme. / This thesis work is placed between the scientific domain of ultrasound non-destructive testing and algorithm-architecture adequation. Ultrasound non-destructive testing includes a group of analysis techniques used in science and industry to evaluate the properties of a material, component, or system without causing damage. In order to characterize possible defects, determining their position, size and shape, imaging and reconstruction tools have been developed at CEA-LIST, within the CIVA software platform.Evolution of acquisition sensors implies a continuous growth of datasets and consequently more and more computing power is needed to maintain interactive reconstructions. General purprose processors (GPP) evolving towards parallelism and emerging architectures such as GPU allow large acceleration possibilities than can be applied to these algorithms.The main goal of the thesis is to evaluate the acceleration than can be obtained for two reconstruction algorithms on these architectures. These two algorithms differ in their parallelization scheme. The first one can be properly parallelized on GPP whereas on GPU, an intensive use of atomic instructions is required. Within the second algorithm, parallelism is easier to express, but loop ordering on GPP, as well as thread scheduling and a good use of shared memory on GPU are necessary in order to obtain efficient results. Different API or libraries, such as OpenMP, CUDA and OpenCL are evaluated through chosen benchmarks. An integration of both algorithms in the CIVA software platform is proposed and different issues related to code maintenance and durability are discussed.