Cette thèse porte sur le contrôle non destructif par ultrasons et la détection de défauts dans des matériaux complexes. Elle apporte des améliorations à l’imagerie Total Focusing Method(TFM) lorsque les images sont altérées par un haut niveau de bruit. Trois points essentiels sont abordés : l’optimisation de l’acquisition de la matrice des réponses impulsionnelles K(t) avec des sources virtuelles ou des émissions codées en amplitude ; la séparation des sous-espaces vectoriels associés au signal et au bruit avec la Décomposition de l’Opérateur de Retournement Temporel (DORT) ; et la formation d’image dans le domaine temporel avec TFM après le débruitage des signaux. La thèse s’intéresse au bruit cohérent lié à la structure hétérogène d’un acier à gros grains, puis au bruit électronique incohérent introduit par la chaîne d’acquisition des signaux dans le cas d’un matériau viscoélastique très atténuant. Ce travail s’intéresse aussi aux artefacts d’imagerie engendrés par les ondes de surface se propageant le long d’un capteur multiéléments au contact. Les valeurs singulières associées à ces modes guidés sont modélisées pour faciliter l’interprétation de la décomposition de la matrice de transfert Kˆ(f)et filtrer les artefacts d’imagerie. Lorsque la zone d’intérêt est éloignée de l’axe central du capteur,une approche alternative à la rétro-propagation de vecteurs singuliers est proposée pour améliorer la qualité des images formées dans le domaine fréquentiel. Elle consiste à combinerla méthode DORT avec l’imagerie topologique. Après filtrage du bruit et des ondes de surface,les images TFM sont comparées avec celles calculées par rétro-propagation ou par imagerie topologique. Ensuite, ce travail s’intéresse à la détection dans un tube en polyéthylène dont l’atténuation viscoélastique fait apparaître un fort bruit électronique sur les images TFM. Pour enregistrer la matrice K(t) en augmentant la profondeur de pénétration des ultrasons, deux pseudo-codages de Hadamard sont développés, et les gains apportés sont justifiés théoriquement et expérimentalement. Un modèle théorique des valeurs singulières associées au bruit est ensuite proposé pour faciliter l’extraction de la réponse du défaut dans la matrice Kˆ(f). Enfin, la thèse introduit une méthode de filtrage pour Plane Wave Imaging (PWI) offrant de bonnes performances dans les matériaux complexes car elle cumule les avantages de sources virtuelles (utilisées dans l’acier) et des émissions codées (utilisées dans le polyéthylène) / This thesis is related to ultrasonic non-destructive testing and detection of defects in complex materials. Improvements of the Total Focusing Method (TFM) when images are corrupted bya high noise level are proposed. Three main points are developed : the optimization of the acquisition of the impulse response matrix K(t) using virtual sources or spatial coding ; the separation of subspaces associated with the signal and the noise using the decomposition of the time reversal operator (DORT) ; and the image formation in the time domain with TFM after the signal denoising. Two different types of noise are considered : the coherent noise linked to the heterogeneous structure of a coarse-grained steel, and the incoherent electronic noise introduced by the signal acquisition system in the case of a high attenuating viscoelastic material.The study also focuses on imaging artifacts generated by surface waves which propagate alonga contact array probe. The singular values associated with these guided modes are modeled tofacilitate the interpretation of the decomposition of the transfer matrix ˆK( f ), and to filter theartifacts. When the region of interest is far from the probe axis, an alternative approach to singular vector back-propagation is proposed in order to improve the quality of images formedin the frequency domain. This approach consists in combining the DORT method with the topologica limaging. After the noise and surface waves filtering, the TFM images are comparedwith those calculated by the singular vector back-propagation or by the topological imaging.Then, this work focuses on the detection in a polyethylene pipe of high viscoelastic attenuation introducing unwanted noise in the TFM images. To record the K(t) matrix while increasingthe ultrasonic penetration depth, two Hadamard pseudo-codes are developed, and the gainsare theoretically and experimentally justified. A theoretical model of the singular values associated with the noise is then proposed to facilitate the defect response extraction from thetransfer matrix ˆK( f ). Finally, a filtering procedure for Plane Wave Imaging (PWI) is proposed,which combines the advantages of virtual sources (used in the coarse-grained steel) and coded transmissions (used in the polyethylene), thus giving excellent performances in complex materials

Les câbles électriques sont partout dans de nombreux domaines où le transfert d'énergie et de l'information est nécessaire pour garantir une bonne performance d'un système. Un jour ou l'autre, un câble dans un réseau va montrer des signes de faiblesse qui conduit à l'apparition de défauts soit francs ou non francs. Malgré le fait que plusieurs méthodes de diagnostic de fil électriques et non-électriques ont été étudiés et mis au point au cours des dernières décennies, les techniques basées réflectométrie ont fourni des résultats efficaces avec des défauts difficiles, mais ont montré moins fiables à chaque fois que des erreurs légères sont traitées.Basé sur un concept radicalement différent, la méthode DORT, développé à l'origine en acoustique a récemment été transposée à la propagation à ondes guidées, par exemple, les réseaux de fils, et montré pour détecter avec précision et localiser les défauts mous simples même dans les configurations de réseau complexes. D'autre part, plusieurs défauts ne peuvent être résolus séparément. Désormais une formulation alternative du DORT basée sur un système de mise à jour est proposée. Notamment, cette nouvelle approche, appelée EDORT, a permis de localiser plusieurs défauts non francs dans différents réseaux de câblage et a permis l'extraction de l'intensité de chaque défaut uniquement. D'autre part, ces méthodes dans le domaine temporel comptent sur la disponibilité de potentiellement importantes largeurs de bande, afin de créer les conditions pour la résolution spatiale. Retournement temporel (TR) classement de signaux multiples, également connu sous le TR-MUSIC, assurée sous-longueur d'onde résolution spatiale des emplacements des défauts tout en travaillant sur une base mono-fréquence. TR-MUSIC a montré une bonne performance dans la localisation unique, ainsi que de multiples défauts non francs dans différentes configurations de réseau. Il a également montré pour permettre la récupération du coefficient de réflexion de chaque défaut séparément. / Electrical cables are everywhere in many fields where the transfer of energy and information is necessary to guarantee a good performance of a system. One day or another, a cable in a network will show signs of weakness leading to the appearance of either hard or soft faults. Despite the fact that several electric and non-electric wire diagnosis methods have been studied and developed throughout the last few decades, reflectometrybased techniques have been providing effective results with hard faults, but have shown to be less reliable whenever soft faults are addressed. Based on a radically different concept, the DORT method, originally developed in acoustics was recently transposed to guided-wave propagation, e.g., wire networks, and shown to precisely detect and locate single soft faults even within complex network configurations. On the other hand, multiple faults cannot be resolved separately. Henceforth an alternative formulation of the DORT based on an updating scheme is proposed. Notably, this novel approach, referred to as EDORT, allowed locating multiple soft faults in different wiring networks and enabled extracting the intensity of each fault solely. On the other hand, such time domain methods rely on the availability of potentially large bandwidths, in order to create the conditions for spatial resolution. Time-reversal (TR) multiple signal classification, also known as TR-MUSIC, ensured sub-wavelength spatial resolution of the faults’ locations while working on a single-frequency basis. TR-MUSIC has shown a good performance in locating single as well as multiple soft faults in different network configurations. It has also shown to allow retrieving the reflection coefficient of each fault separately.

La reconstruction passive des fonctions de Green par corrélation de bruit ambiant suscite aujourd’hui un grand intérêt en contrôle santé intégré (CSI). Dans ce manuscrit, nous proposons une méthode originale reposant sur l’application de cette approche pour détecter et localiser des défauts (fissures, trous, rainures) dans des plaques minces réverbérantes avec un faible nombre de capteurs. Les ondes de flexion qui se propagent sur la plaque sont engendrées soit par un ensemble de sources aléatoirement réparties sur la surface ou un bruit ambiant. Un réseau de capteurs sensibles au déplacement normal permet d’estimer la matrice de corrélations inter-éléments avant et après l’apparition d’un défaut. Un critère d’évaluation de la qualité des corrélations est proposé sous forme d’un niveau de bruit relatif entre les résidus de reconstruction et les fonctions de Green. La matrice différentielle de corrélations avant et après défaut est utilisée pour l’imagerie de défaut. En dépit de la reconstruction imparfaite des réponses impulsionnelles, la technique proposée s’avère comparable aux méthodes actives avec une excellente résolution. On a proposé ensuite une extension de la méthode passive par corrélation de champs pour l’identification des zones de bruit. Un filtrage basé sur la technique de décomposition en valeurs singulières (DORT) est tout particulièrement utilisé pour améliorer les images de localisation. Des sources acoustiques secondaires ont été développées pour la translation du bruit ambiant basses fréquences en composantes hautes fréquences, utilisées pour localiser des défauts dans des plaques. Enfin, on a montré que ce type de méthode pourrait être également utilisé pour caractériser un défaut dans une structure réverbérante, en particulier, il a été souligné que l’intensité des images de localisation obtenues est liée à la section de diffusion de celui-ci. / Green’s functions retrieval from ambient noise correlation has recently drawn a new interest in structural health monitoring. In this manuscript, we propose an original method based on this approach to detect and locate defects (cracks, holes, grooves) in a reverberant thin plate with a limited number of sensors. Flexural waves that propagate on the plate are generated by either a set of sources distributed randomly on the surface or an ambient noise. Covariance matrices are estimated from the sparse array after damage and compared to baseline-correlation matrix recorded from the healthy plate. An evaluation criterion has developed in the form of relative noise level to predict the quality of the GF reconstruction. The differential correlation matrix w/o defect is used to localize the defect. We have shown numerically and experimentally that this technique is exploitable for defect detection and localization, despite a non-perfect estimation of the GF. We have also proposed a passive technique to identify the regions of noise. A filtering technique based on the singular value decomposition is shown to improve the detection. A secondary acoustic sources have been developped to harvesting the LF ambient noise to HF field, used to localize defects in platelike structures. Finally, it was shown that such method could also be used to characterize a defect in a reverberant structure, in particular, it has been drawn that the obtained images intensity is related to the defect cross-section.