La méthode des courants de Foucault (CF) est très largement utilisée en milieu industriel pour l’évaluation non destructive (END) de pièces ou de structures électriquement conductrices, parce qu’elle est sensible, robuste peu couteuse et non polluante. Toutefois, dans le cas général, l’évaluation quantitative des paramètres caractéristiques d’une structure est un problème difficile, d’une part parce que les données CF disponibles sont généralement incomplètes, d’autre part parce qu’il est nécessaire de faire appel à des modèle numériques élaborés pour rendre compte des interactions sonde / structure, et enfin, parce que le problème inverse consistant à estimer les paramètres de la structure à partir de la connaissance des interactions physiques et des données CF disponibles est « mal posé ».Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème particulier de l’évaluation de jeux entre pièces dans un assemblage métallique. Pour contourner les difficultés liées à la mise en oeuvre de l’évaluation quantitative par CF, nous avons choisi de placer nos travaux dans un cadre multifréquence afin d’enrichir les données d’observation fournies par la sonde, et d’adopter une démarche consistant à élaborer des modèles comportementaux issus de l’analyse statistique des interactions sonde / structure. Partant de l’analyse de l’effet d’un jeu apparaissant entre les plaques d’un assemblage de plaques d’aluminium sur la variation de l’impédance normalisée de la sonde, menée expérimentalement et par simulations à l’aide de codes éléments finis, nous avons tout d’abord bâti un modèle comportemental approché d’interactions reposant sur la linéarité de la relation observée dans une bande de fréquences d’examen liée aux dimensions de la structure étudiée. Dans ce cadre, nous avons proposé, implanté et discuté des performances de plusieurs algorithmes de résolution du problème inverse, permettant d’estimer le jeu entre pièces et l’épaisseur de la pièce « cachée » de l’assemblage. Ensuite, nous avons étendu l’approche proposée à l’aide de réseaux de neurones artificiels, puis appliqué la méthode comportementale proposée à un second problème : celui de la caractérisation de fissures de fatigue réelles dans des pièces massives. Les résultats obtenus inclinent à considérer que la démarche proposée est généralisable à d’autres configurations en END par CF. / The eddy current (EC) method is widely used in the industry for the nondestructive evaluation (NDE) of electrically conductive structures, because it is sensitive, robust, cost effective and non polluting. However, in the general case, the quantitative evaluation of the parameters of a structure is a difficult problem, because the available EC data are generally incomplete, because it is necessary to have numerical models developed to account for the probe / structure interactions, and finally, because the inverse problem which consists in estimating the parameters of an inspected structure from the knowledge of those physical interactions and the available EC data is "ill-posed".In this work, we focus on the evaluation of air gaps between the parts of a metallic assembly. In order to cope with the difficulties associated with the implementation of an EC quantitative evaluation, we choose to use a multi-frequency approach so as to increase the data provided by the EC probe, and to build behavioral models from the statistical analysis of the probe / structure interactions. Experimental data and simulated data based on finite elements modeling are analyzed. A first approach behavioral model of the probe/structure interactions is deduced from these analyses, which is based on the linear relationship observed (in a particular excitation an frequency band depending on the dimensions of the studied structure) between the variations of the sensor normalized impedance and the air gap to evaluate. Moreover, we propose, implement and discuss the performances of several algorithms designed to solve the inverse problem dealing with the estimation of both the multilayered structure air gap and "hidden" plate thicknesses. Then, we extend the proposed multi-frequency behavioral approach thanks to artificial neural networks, and we apply the proposed behavioral method to a second problem : that of the characterization of real fatigue cracks in metallic massive parts. The obtained results let the generalization of the proposed approach to other EC NDE configurations to be envisaged.

Lors de la détection de phénomènes non-linéaires faibles dans les solides, dans le cadre de l’évaluation non-destructive par ultrasons, les non-linéarités des céramiques piézoélectriques, éléments actifs des transducteurs ultrasonores, peuvent introduire des effets parasites. L’objectif de la thèse est de caractériser les propriétés non-linéaires de ces céramiques et de prédire l’influence de celles-ci sur la propagation d’ondes ultrasonores. Une méthode de caractérisation non-linaire basée sur l’analyse de la génération de second harmonique sur un résonateur piézoélectrique sous excitation électrique est ici développée. On montre que l’analyse des taux de distorsions permet de distinguer différentes sources de non-linéarité, mécanique ou électromécanique, impliquées dans la génération harmonique. L’influence de la charge acoustique sur le comportement vibratoire non-linéaire de la céramique est ensuite étudiée. L’ensemble des résultats obtenus est utilisé pour prédire l’influence de la non-linéarité de la céramique piézoélectrique sur la propagation d’ondes acoustiques dans un milieu extérieur. / During the detection of nonlinear phenomena in solids, under the non-destructive evaluation by ultrasound, nonlinearities of piezoelectric ceramics might introduce parasitic effects that could disrupt the measurements. The objective here is to characterize the nonlinear properties of these ceramics and predict their influence on the propagation of ultrasonic waves. A method to characterize nonlinear properties based on the analysis of the generation of second harmonic on a piezoelectric resonator is developed here. It is shown that the analysis of the distortions for a wide range of excitation frequencies, allow to distinguish different sources of nonlinearity. Thereafter, the influence of an acoustic load on the nonlinear behaviour of vibration is studied. Finally, the previous results are used to predict the influence of non-linearity of piezoelectric ceramic on the propagation of acoustic waves in an environment outside.

La méthode des courants de Foucault (CF) est très largement utilisée en milieu industriel pour l'évaluation non destructive (END) de pièces ou de structures électriquement conductrices, parce qu'elle est sensible, robuste peu couteuse et non polluante. Toutefois, dans le cas général, l'évaluation quantitative des paramètres caractéristiques d'une structure est un problème difficile, d'une part parce que les données CF disponibles sont généralement incomplètes, d'autre part parce qu'il est nécessaire de faire appel à des modèle numériques élaborés pour rendre compte des interactions sonde / structure, et enfin, parce que le problème inverse consistant à estimer les paramètres de la structure à partir de la connaissance des interactions physiques et des données CF disponibles est " mal posé ".Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème particulier de l'évaluation de jeux entre pièces dans un assemblage métallique. Pour contourner les difficultés liées à la mise en oeuvre de l'évaluation quantitative par CF, nous avons choisi de placer nos travaux dans un cadre multifréquence afin d'enrichir les données d'observation fournies par la sonde, et d'adopter une démarche consistant à élaborer des modèles comportementaux issus de l'analyse statistique des interactions sonde / structure. Partant de l'analyse de l'effet d'un jeu apparaissant entre les plaques d'un assemblage de plaques d'aluminium sur la variation de l'impédance normalisée de la sonde, menée expérimentalement et par simulations à l'aide de codes éléments finis, nous avons tout d'abord bâti un modèle comportemental approché d'interactions reposant sur la linéarité de la relation observée dans une bande de fréquences d'examen liée aux dimensions de la structure étudiée. Dans ce cadre, nous avons proposé, implanté et discuté des performances de plusieurs algorithmes de résolution du problème inverse, permettant d'estimer le jeu entre pièces et l'épaisseur de la pièce " cachée " de l'assemblage. Ensuite, nous avons étendu l'approche proposée à l'aide de réseaux de neurones artificiels, puis appliqué la méthode comportementale proposée à un second problème : celui de la caractérisation de fissures de fatigue réelles dans des pièces massives. Les résultats obtenus inclinent à considérer que la démarche proposée est généralisable à d'autres configurations en END par CF.

Ce manuscrit traite de l'étude métrologique d'un spectromètre Terahertrz (THz), de la caractérisation et de la quantification de produits pulvérulents par spectroscopie THz. Le sujet a été orienté afin de fournir les études préliminaires nécessaires à une thématique visant la détection de pesticides sur les aliments, à savoir la caractérisation métrologique de l'appareil (études de répétabilité, sensibilité...) ainsi que la faisabilité de la quantification de produits et l'application de méthodes chimiométriques lors du prétraitement des spectres. La thèse est ordonnée autour de trois publications. La première publication consiste en une revue de littérature servant à faire le point sur les applications concrètes existant en spectroscopie THz. La seconde porte sur la première partie de notre travail, à savoir la caractérisation métrologique du spectromètre THz sur lequel nous avons effectué nos mesures. Enfin, la troisième porte sur l'aspect quantification de la spectroscopie THz et la possibilité d'appliquer les mêmes principes et techniques chimiométriques qu'en spectroscopie infrarouge. / This manuscript concerns the metrological study of a Terahertz (THz) spectrometer, the characterization and the quantification of powder products by THz spectroscopy. The subject has been aimed to give preliminary analysis to a wider thematic of pesticides detection on aliments, which implies the metrological characterization of the device (repeatability, sensitivity...) and the quantification feasibility of these products and the application of chemometrics methods for spectral pretreatment. The thesis is organized around three publications. The first publication is a literature review, which aims to list but a few of the concrete applications of THz spectroscopy. The second one concerns the metrological characterization of the THz spectrometer we worked on. Lastly, the third one deals with the quantification aspect of THz spectroscopy and the possibility of using the same principles and chemometrics techniques that are used in infrared spectroscopy.

En contrôle non destructif par ultrasons, l'utilisation de la génération et de la détection par laser présente l'avantage de ne pas nécessiter de contact mécanique. La source laser crée à la surface du matériau un échauffement qui engendre dans celui-ci un champ de contraintes. Ce champ est la source d'ondes élastiques de surface et de volume. En régime thermoélastique (régime non destructif) et dans le cas d'une source linéique, les ondes de surface sont prépondérantes. Nous avons étudié la propagation de ces ondes sur des pièces cylindriques. Dans le cas d'un cylindre, nous avons développé un modèle analytique permettant d'analyser l'influence de la dispersion due aux variations de la vitesse de groupe sur la forme de l'onde de Rayleigh. Nous avons également constaté expérimentalement la déformation de l'onde de Rayleigh selon la position du point d'observation déterminée par son angle par rapport aux pôles d'émission. Ces résultats ont été corroborés par une simulation aux différences finies. Dans une approche plus industrielle, nous avons analysé les différents éléments pouvant perturber la détection des ondes ultrasonores (la sonde optique, la configuration de contrôle, la dimension des échantillons ...). En présence d'un défaut, nous avons montré, dans le domaine temporel et dans le domaine spectral, que la détection de fissures débouchantes de profondeur 0,2 mm à 1 mm est réalisable sur le premier tour de propagation. En raison des propriétés géométriques de l'échantillon, nous avons constaté un effet cumulatif sur l'énergie des ondes réfléchies par la fissure en fonction du nombre de tour de propagation. A l'aide d'une méthode de calcul du degré de ressemblance et en décomposant le signal ultrasonore temporel en fenêtres centrées sur chaque onde transmise, nous avons mis en évidence des défauts de profondeur 0,08 mm, quelle que soit leur position sur le cylindre. Dans le cas d'un tube, nous avons comparé la méthode sans contact mécanique à une méthode en immersion, développée au laboratoire, basée sur la décomposition de l'opérateur de retournement temporel (DORT). Nous avons mis en évidence la présence d'une fissure de profondeur égale à la moitié de l'épaisseur du tube par ces deux techniques de contrôle et probablement des conversions de mode au passage de la fissure à l'aide de la méthode DORT.

Cette thèse s’inscrit dans le contexte de l’ANR ISABEAU (Innovating for Structural Adhesive Bonding Evaluation and Analysis with Ultrasounds, associant des physico-chimistes et des acousticiens) et cherche à apporter des connaissances nouvelles sur l’évaluation par ultrasons du niveau d’adhésion d’un collage structural par ondes de Lamb. La première partie porte sur l’aspect cohésif et particulièrement sur l’influence du paramètre de réticulation de réseaux époxys sur les courbes de dispersion des ondes de Lamb. La deuxième partie est consacrée à la caractérisation de niveaux d’adhésion dans une structure bicouche Aluminium Epoxy en tenant compte aussi bien des aspects cohésifs qu’adhésifs. Des échantillons à niveau d’adhésion connus et maîtrisés sont réalisés avec l’aide de physico-chimistes, où l’époxy est partiellement ou totalement réticulé, et où l’interface substrat adhésif a subit différents traitements chimiques et/ou mécaniques. Les résultats expérimentaux sont confrontés à ceux issus du modèle rhéologique de Jones résolu par éléments finis. Enfin, la troisième partie porte sur l’étude d’un assemblage tricouche Aluminium/Epoxy/Aluminium et cherche à qualifier différents niveaux d’adhésion à l’aide du modèle de Jones par ondes guidées et également par l’étude des fréquences de coupure des modes verticaux de la structure. / This thesis is in the context of the ANR ISABEAU (Innovating for Structural Adhesive Bonding Evaluation and Analysis with Ultrasounds, with the association of physico-chemists and acousticians) and seeks to bring new knowledge of the ultrasonic evaluation of the level of adhesion of structural bonding using Lamb waves. The first part focuses on the cohesive aspect, in particular on the influence of the crosslinking parameter of the polymer on the Lamb waves dispersion curves. The second part is dedicated to the evaluation of the adhesion level of a bi-layer Aluminum Epoxy taking into account the both cohesive and adhesive aspects. Samples of controlled and known adhesion levels are manufactured with the help of physico-chemists, where the crosslinking of the epoxy is partial or total, and the interface substrate-adhesive have been treated chemically and/or mechanically. The experimental results are compared to those obtained from a predictive model based on the rheological model of Jones solved by finite elements method. Finally, the third part focuses on the study of tri-layers Aluminum/Epoxy/Aluminum, looking for the qualification of different levels of adhesion with the Jones model using guided waves as well as the cut-off frequencies of the structure.

Les transducteurs ultrasonores font l'objet de nombreux développements en contrôle non-destructif (CND) industriel. Utilisé ponctuellement et périodiquement, le CND ultrasonore permet d'établir des diagnostics sur la santé des matériaux. La caractérisation ultrasonore en temps réel constitue un outil de surveillance de l'évolution des propriétés physiques lors de la fabrication des matériaux composites. Dans ce contexte, des études sont menées au LOMC pour optimiser le procédé de fabrication des matériaux composites par RTM (Resin Transfer Molding) afin d’améliorer la qualité du produit. Ce travail de thèse consiste à développer des méthodes ultrasonores pour le suivi des propriétés viscoélastiques d’un composite pendant la phase de production. Les propriétés viscoélastiques sont étudiées à l’aide de modèles théoriques, de simulations numériques et de résultats expérimentaux. Des études de calibration ont été menées afin d’étudier les facteurs d’influence sur le suivi de propriétés ultrasonores lors de la mise en oeuvre d’un procédé RTM. Le suivi des paramètres viscoélastiques de résines époxy est effectué dans un premier temps à basse température au cours d'une polymérisation isotherme et d’une post-cuisson. Ensuite, une approche basée sur la méthode de caractérisation en émission/transmission a été développée afin d’étudier le comportement à haute température. La modélisation de la réponse électroacoustique par série de Debye (DSM) a été effectuée en se basant sur des approches analytiques. L’utilisation des transducteurs multiéléments permet la localisation et le dimensionnement de défauts lors du déplacement de fibres de carbone dans une résine liquide, entre des moules. / The developments based on ultrasonic transducers are nowadays numerous in the industrial non-destructive testing (NDT). Used punctually and periodically, the ultrasonic NDT is used for health diagnostics of materials. Ultrasonic characterization in real time allows a physical properties monitoring during the manufacturing of composite materials. In this context, studies are conducted in LOMC in view to optimize the manufacturing process of composite materials using RTM (Resin Transfer Molding) in order to improve the product quality. This work consists to develop ultrasonic methods for the monitoring of viscoelastic properties during the production phase of composites. The viscoelastic properties are studied using theoretical models, numerical simulations and experimental measurements. Calibration studies were carried out to study the influencing factors on the monitoring of ultrasonic properties during the RTM process. The monitoring of viscoelastic parameters of epoxy resins is performed in a first time at low temperature during an isothermal polymerization and a post-curing. Then, an approach based on the transmission mode characterization was developed to study high-temperature behavior. Based on analytical approaches, the electroacoustic response was simulated by Debye series method (DSM). The use of phased array transducers was investigated for the location and sizing of defects during the movement of the carbon fiber in a liquid resin between the molds.

La thèse a mis en œuvre deux méthodes inverses pour l’évaluation non destructive d’un milieu multicouche anisotrope : la microscopie acoustique et les courants de Foucault. Pour la microscopie acoustique, nous avons adapté un modèle de propagation de l'onde acoustique dans un milieu multicouche, en calculant les coefficients de réflexion et de transmission d’un revêtement multicouche sur un substrat et en modélisant la réponse acoustique V(z) propre à la microscopie acoustique. Une méthode inverse utilisant l’algorithme de Levenberg-Marquardt donne accès à l’épaisseur, au module de Young et à la densité du revêtement. Pour les courants de Foucault, une méthode inverse similaire basée sur le formalisme de Tree a été mise au point, qui donne accès à l’épaisseur, à la conductivité électrique et à la perméabilité magnétique du revêtement. Après des vérifications de l’algorithme sur des matériaux massifs de référence, nous avons appliqué ces méthodes à un métal revêtu pour tuyauteries de centrale thermique : de l’acier inoxydable austénitique type 304 revêtu par pulvérisation thermique de superalliage Hastelloy C22 à base de nickel. La corrosion sèche sous l’effet des gaz chauds (air contenant du gaz SO2) amincit graduellement la paroi des tubes, ce qui peut les rendre dangereux. Il a fallu tenir compte de l’effet du grenaillage préalable à la pulvérisation, qui crée une mince couche de martensite à laquelle les courants de Foucault sont très sensibles : un modèle à trois couches substrat / martensite / revêtement a été utilisé. Nous avons caractérisé des échantillons de métal avant et après exposition à l’air avec ou sans SO2 à 650°C. Les deux méthodes d’évaluation non destructive permettent une détermination très satisfaisante de l’épaisseur de revêtement et se complètent bien. L’évaluation des caractéristiques physiques (acoustiques et électromagnétiques) met en évidence des hétérogénités du revêtement liées à son mode d’élaboration et des évolutions au cours du temps. Des pistes d’amélioration des méthodes sont proposées. / In the current work, we investigate the nondestructive evaluation of a thermal sprayed coating (Hastelloy C22 Ni-based alloy) on substrate (type 304 austenitic stainless steel) using acoustic microscopy and ECT method. Two models were built for the evaluation of this kind of material: one is for acoustic V(z) measurement and the other is for swept eddy current measurement. The implementation of these two models is used for the evaluation and properties measurement of the thermal sprayed coatings, such as elastic properties, electromagnetic properties. In particular, the main achievements and results are as follows: 1. Acoustic wave propagation in an anisotropic multilayered medium was investigated. The formula for calculating the reflection and transmission coefficients of the multilayered medium on or without a substrate were derived, which is necessary for the modeling of acoustic V(z) measurement of the thermal sprayed coating on substrate. 2. A model was built for the acoustic V(z) measurement of the thermal sprayed coatings on substrate, which can deal with anisotropic multilayered media. Specifically, we used a model of multilayered coatings with graded properties on substrate to calculate the acoustic reflection coefficient of our sample. Treating the thermal sprayed coating, deposited on a 304 steel substrate, as FGMs, we evaluated the coating thickness and the Young’s modulus evolution along the depth of the coating. 3. A model was built for the swept eddy current measurement of the thermal sprayed coatings. Since before the spraying process, the surface of the substrate is usually shot-peened (SP), the coated material is considered as a three-layer medium. The coating thickness and electromagnetic properties of each of the 3 layers were determined by an effective reverse process. 4. The thermal sprayed coated material after exposure in different conditions, i.e., as-received, heat-treated in air and heat-treated in SO2 environment, and after different exposure time was evaluated by the integrity of acoustic microscopy and ECT method. The coating thickness and the electromagnetic properties of the coated material under different conditions were measured.