Corrosion in underground and submerged steel pipes is a global problem. Coatings serve as an impermeable barrier or a sacrificial element to the transport of corrosive fluids. When this barrier fails, corrosion in the metal initiates. There is a critical need for sensors at the metal/coating interface as an early alert system. Current options utilize metal sensors, leading to accelerating corrosion. In this dissertation, a non-conductive sensor textile as a viable solution was investigated. For this purpose, non-woven zinc (II) oxide-polyvinylidene fluoride (ZnO-PVDF) nanocomposite fiber textiles were prepared in a range of weight fractions (1%, 3%, and 5% ZnO) and placed at the coating/steel interface. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) testing was performed during the immersion of the coated samples to validate the effectiveness of the sensor textile. In the second part of this dissertation, an accelerated thermal cyclic method has been applied to determine sensor's reliability in detecting corrosion under actual service condition. The results suggested that the coating is capable of detecting corrosion under harsh conditions. Moreover, the addition of ZnO decreases the error in sensor textile and improved coating's barrier property. In the next phase, experiments were conducted to detect the type of corrosion (pitting or uniform) underneath the protective coating as it has profound effect on overall performance and durability of the steel pipe. The data suggested that the pitting corrosion drew a lot of current, hence its resistance was significantly low which was tacked by the sensor accurately whereas the uniformly corroded specimens showed almost identical results which portrayed the sensor's ability to detect pitting corrosion.

Les travaux de thèse sont axés sur le développement de nouvelles techniques de caractérisation basées sur la variation de la réponse d’un résonateur, réponse modifiée par les propriétés diélectriques ou métalliques d’un matériau sous test. La première méthode utilise la microscopie microonde en champ proche pour la caractérisation résonante et non destructive de matériaux diélectriques dans la bande ISM (2,45 GHz).Celle-ci permet de déterminer les propriétés électromagnétiques (permittivité relative, tangente de pertes) des échantillons diélectriques solides de faible volumepar rapport à la longueur d’onde de mesure, et cela sans aucun traitement préalable. La connaissance de ces paramètres est essentielle pour fournir des informations critiques nécessaires pour la conception, la modélisation et la fabrication de circuits microondes. Une deuxième approche vise l’étude et le développement d’un nouveau capteur à base de céramique, économique, sensible, et pouvant s’intégrer dans un système sans fil pour la détection et la caractérisation du degré de corrosion. Ces nouveaux capteurs fournissent des informations sur l'état de l'équipement opérationnel d’une structure cible afin d'assurer la sécurité de cette dernière et par conséquent celle de leurs utilisateurs. Pour ces deux axes d’études, des simulations sur des logiciels de calcul électromagnétique ont été effectuées puis validées par des mesures expérimentales. / This Ph. D thesis focuses on the development of new characterization techniques of dielectric and metallic materials in the ISM band (2.45 GHz). The first proposed method is based on non-destructive near field microave microscopy. This technique allows the determination of the electromagnetic properties (permittivity, loss tangent) of solid dielectric samples of small volume without prior treatment. The knowledge of these parameters is essential to provide critical information needed for accurately designing, modeling and manufacturing microwave circuits. A second study focuses on the development of a new, ceramic based, sensitive and economic sensor that can be integrated in a wireless system for the detection and characterization of the corrosion evolution. These new sensors provide information about the state of the operational equipment of the target structure in order to ensure the safety of these structures and therefore that of their users. In these two studies, simulations on electromagnetic calculation software have been performed and validated by experimental measurements.

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Cette thèse a porté sur la conception d'un capteur de corrosion passif, sans contact de moyenne portée. Les solutions existantes sans fil concernent soit des capteurs à architecture classique, soit des solutions passives. Dans le premier cas, le capteur de corrosion est actif et peut être interrogé à longue portée. Dans le second cas, les solutions passives existantes ne fonctionnent qu’avec des distances de lecture de quelques centimètres du fait des basses fréquences utilisées. L’objectif de ce travail était de répondre à ce besoin. Pour cela, nous nous sommes inspirés de la technologie RFID (Radio Frequency Identification) passive chipless pour le développement d’un capteur basé sur une fonction hyperfréquence. La première structure réalisée a été une ligne microruban, dont le ruban est constitué d’une couche mince d’un élément sensible à la corrosion. Dans ce cas, la corrosion de la ligne s’est traduite par une variation d’amplitude du fait de l’apparition de pertes expliquées principalement par l’effet de peau ou la création de défauts. Une deuxième structure hyperfréquence a été élaborée en se basant sur un stub (circuit ouvert) qui a permis de suivre le processus de la corrosion via une variation de fréquence. Comme le cas de la ligne microruban, cette structure nous a permis de distinguer la corrosion uniforme et la corrosion localisée. Grâce à la mise en évidence de ces fonctionnalités, diverses stratégies de contrôle de la corrosion peuvent être imaginées et un démonstrateur a été réalisé. Le point clé du démonstrateur proposé est une augmentation de la distance de lecture dans la technologie RFID chipless, ceci a été rendu possible en considérant l’isolation Tx / Rx du lecteur. Dans ce contexte, trois types d’antennes ont été étudiées. Afin d’augmenter encore la distance de lecture, d’autres techniques d’isolation ont été proposées : l’utilisation d’un déphaseur mais aussi l’isolation temporelle par l’utilisation d’une ligne à retard SAW. Grâce à ces 2 méthodes, une distance de lecture de deux mètres a été obtenue. Suite aux caractérisations RF des métaux soumis à la corrosion discutées, nous avons aussi élaboré une sonde RF à champ proche permettant de diagnostiquer la corrosion de surfaces métalliques. / This thesis focused on the design of a passive wireless corrosion sensor. Existing wireless solutions concern either classic architecture sensors or passive solutions. In the first case, the corrosion sensor is active and can be interrogated at long range. In the second case, the existing passive solutions only work with reading distances of a few centimeters because of the low frequencies. The objective of this study was to respond to this need. That’s why; we were inspired by the RFID( Radio Frequency Identification) passive chipless technology for the development of a sensor based on a microwave function. The first structure was a microstrip line, of which the strip is composed of a thin layer of an element sensitive to corrosion. In this case, the corrosion of the line is proven by an amplitude variation due to losses principally explained by the skin effect or the creation of defects. A second microwave structure was developed based on a stub (open circuit) which allowed us to follow the process of corrosion via a frequency variation. Much like the microstrip line, this structure allowed us to distinguish between uniform corrosion and localised corrosion. Due to the highlighting of these features, different corrosion control strategies can be imagined and a demonstrator was executed. The key point of the proposed demonstrator is an increase in the reading distance in the chipless RFID technology; this was made possible by taking into consideration the isolation TX / Rx of the reader. In this context, three types of antennas were studied. In order to increase the reading distance, other isolation techniques were proposed: the use of a phase shifter but also a temporal isolation using a SAW delay line. Thanks to these two methods, a reading distance of two meters was obtained. Following the RF characterizations of metals exposed to the discussed corrosion, we also developed a near field RF probe, which allows corrosion diagnostic of metal surfaces.