Le principe du contrôle non destructif par Flux de Fuite Magnétique (FFM) consiste à magnétiser une pièce à contrôler par un champ magnétique intense et à détecter à l'aide d'un capteur magnétique les fuites des lignes de champ qui résultent de la présence d'un défaut dans la pièce. Les méthodes de contrôle FFM sont très employées notamment lors du processus de fabrication des tubes ferromagnétiques par la société Vallourec, le leader mondial des fabricants de tube. Dans le but d'améliorer les performances des systèmes de contrôle installés en usine, le CEA LIST et le centre de recherches de Vallourec (VRA) collaborent pour développer des outils de simulation rapides dédiés au contrôle virtuel des tubes ferromagnétiques. Le système expérimental existant concerne plus particulièrement la détection des défauts longitudinaux. Le problème de modélisation se pose en termes de modélisation d'un système électromagnétique à géométrie complexe en régime magnétostatique non-linéaire. Les courants de Foucault induits par le mouvement relatif entre la pièce et le circuit magnétique sont négligés. Dans ce contexte, une approche semi-analytique reposant sur le formalisme des équations intégrales (EI) a été choisie. Les travaux effectués dans cette thèse ont pour but de traiter des géométries complexes 3D mais limitées dans une première étape aux matériaux linéaires. Toutefois, le caractère non-linéaire de la relation liant l'induction magnétique et le champ magnétique dans un matériau ferromagnétique doit être envisageable lors du choix de la formulation du problème. Après une étude des paramètres influents du système expérimental existant, menée par des simulations par éléments finis, nous avons considéré deux stratégies de modélisation. La première consiste à proposer un schéma de résolution qui combine un module de calcul 2D et un module d'extension du 2D vers le 3D. Le manque de généralisation de cette première approche simplifiée nous a conduits à proposer une deuxième stratégie qui résout le problème complet de magnétostatique 3D. La formulation par équations intégrales porte sur une quantité scalaire auxiliaire : la densité surfacique de charges magnétiques. Afin de pouvoir résoudre à terme un problème 3D non-linéaire, le schéma numérique proposé considère deux hypothèses : la pièce ferromagnétique est divisée en un ensemble de cellules hexaédriques dans lesquelles la perméabilité magnétique est constante et les inconnues du problème, les densités surfaciques de charge sur les faces de chaque cellule sont projetées sur des fonctions de base d'ordre 0. Le calcul numérique des intégrales singulières s'effectue de manière analytique. Plusieurs résultats de simulation confirment la validité du modèle numérique présenté. Même si le modèle présente encore aujourd'hui quelques limitations notamment sur le manque de précision des calculs en présence de défaut, celui-ci donne satisfaction en absence de défaut. Diverses configurations géométriques ont été traitées grâce à l'emploi du mailleur libre Gmsh. Le travail réalisé débouche sur un modèle 3D linéaire intégrable dans un procédé itératif pour effectuer une simulation en régime non-linéaire. Les inconvénients liés au formalisme des équations intégrales sont aujourd'hui contournables grâce aux méthodes de compression de matrices. Ce modèle est un bon candidat pour servir d'outil de simulation pour le contrôle virtuel des matériaux plans ou cylindriques par flux de fuite.

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Les travaux présentés dans cette thèse contribuent au développement du contrôle non destructif des conduits de précontrainte extérieure dans les ouvrages d'art. Une sonde capacitive a été développée pour ausculter ces conduits. L'objectif est d'en améliorer le diagnostic.Dans un premier temps, une cellule de mesure en transmission coaxiale a été développée pour caractériser les matériaux présents dans le conduit sur la bande de fréquence 50 MHz - 1 GHz. Le ciment, les produits de la ségrégation du ciment et la cire d'injection ont été étudiés.La deuxième partie du travail exploite ces résultats dans une modélisation directe du problème global. Une étude paramétrique nous a permis de proposer une méthode d'estimation de l'épaisseur de vide à l'intérieur du conduit à partir des signaux délivrés par la sonde, qui a pu être validée sur une maquette de conduit. A partir de ces résultats sont proposées plusieurs améliorations du dispositif visant à l'obtention de signaux plus riches issus des capteurs, afin de pouvoir estimer un plus grand nombre de paramètres. / The work presented in this report contributes to the development of Non Destructive Evaluation of the external post-tensioned ducts in bridges. A capacitive probe has been developed for bridge monitoring applications. The aim of this work is to improve its diagnostic.In a first step, a coaxial transmission line was developed to characterize the materials involved in the duct over the frequency range 50 MHz - 1 GHz. The cement grout, segregation products of the cement grout and the injection wax were studied.In the second part of this work the previous results are used in the modelling of the devices. A parametrical study has shown the ability to get from the signals an estimate of the thickness of the void in the duct. This estimation method has been validated using a laboratory duct. Further, several improvements of the probes are proposed to get signals containing more information in order to get a better estimation of the target parameters.

Les mesures habituelles en optique détruisent les photons<br />incidents pour convertir leur énergie en un signal détectable.<br />Cette destruction n'est cependant pas imposée par les lois<br />quantiques fondamentales et des stratégies de mesure quantique<br />non-destructive ont été proposées qui permettent la mesure répétée<br />de champs électromagnétiques. Nous présentons la détection sans<br />absorption d'un seul photon stocké dans une cavité micro-onde<br />supraconductrice. Nous utilisons à cette fin des atomes de Rydberg<br />circulaires, très fortement couplés au champ. Durant son<br />interaction avec le mode de la cavité, un atome est capable<br />d'absorber un photon puis de le réémettre. Il s'agit des<br />oscillations de Rabi quantiques. À la fin de ce cycle<br />absorption--émission, le photon est encore présent dans la cavité<br />mais le système atome--champ a gardé une trace de son évolution<br />dans la phase de sa fonction d'onde qui a tourné de 180°. Nous<br />détectons ce déphasage grâce à un dispositif d'interférométrie<br />atomique. Un ensemble d'expériences permet de prouver les<br />corrélations entre l'atome et l'état du champ et le caractère<br />non-destructif de la mesure. Une analyse précise des performances<br />du dispositif et de ses applications possibles pour l'optique<br />quantique est menée.

Ce mémoire de thèse étudie diverses méthodes d'amélioration des interféromètres atomiques. Dans la première partie du manuscrit, nous analysons comment une détection non-destructive, au sens où elle préserve la cohérence entre les états internes de l'ensemble atomique, permet d'améliorer la sensibilité des interféromètres. Nous montrons tout d'abord, grâce à une étude théorique, que la projection du vecteur d'onde engendrée par la mesure permet de préparer des états comprimés de spin. Nous présentons ensuite la mise en œuvre de cette méthode à l'aide d'une détection reposant sur la spectroscopie par modulation de fréquence. Finalement, nous exposons quelques premières applications de cette détection non-destructive, plus précisément nous présentons la réalisation du rétroaction quantique qui protège l'état atomique contre la décohérence induite par un basculement du spin collectif, nous montrons aussi comment réaliser une boucle à verrouillage de phase où les atomes servent de référence de phase. Dans la seconde partie du manuscrit, nous présentons la réalisation tout-optique d'un condensat de Bose-Einstein dans une cavité de haute finesse, exploitant les technologies développées pour les télécommunications optiques. Nous commençons par une analyse du résonateur et des méthodes d'asservissement, nous introduisons notamment une méthode d'asservissement originale exploitant la modulation serrodyne. Enfin, nous montrons comment un condensat est obtenu par évaporation dans le mode optique de la cavité.

An importantmatter in the field of building physics is the questioning of how wellbuildings sustain ageing, and how their overall efficiency evolves over their lifetime.Many causes for degradation are carried by moisture transfer through these porousmaterials. Indeed, infiltratedwatermay transport chemicals, altermechanical properties,and cause freeze thaw damage or mould development. It may also affect thermalproperties and energetic efficiency, as well as the health and comfort of the occupants.The understanding of how moisture transfer properties evolve during the lifespan ofbuildingmaterials is however far fromcomplete. The pore structure of amaterial itselfmay change over time, or be altered by cracks and defects caused bymechanical loadingand aggravated bymoisture-induced degradation. All sizes of fracturesmay have astrong impact on heat and moisture flow in the building envelope, and their influenceis to be accounted for in any long-termperformance assessment, not only of buildingand building components,but of any built structure in general. A considerable amountof work has already been performed in order to allow predicting the hygrothermal behaviourof buildings over longer periods of time. However, an accurate prediction of allranges of damage in a building component, from microscopic to macroscopic cracks,supposes an extensive knowledge of all damage-inducing, time-varying boundary conditionsof the problem during the simulation time. This also implies high computationalcosts, as well as important needs formaterial characterisation.As a complement to these predictive methods, a new approach was undertaken,combining experimental characterisation of crack patterns and numerical simulationsof coupled heat and moisture transfer. First, a preliminary study was conducted, consistingof measurements of the water vapour permeability of diffusely damaged constructionmaterials.This allowed identifying the experimental and numerical requirementsof the remainder of the work, which aimed at providing measurements of fracturenetwork geometries for their explicitmodelling in heat andmoisture transfer simulations.Digital image correlation and acoustic emission monitoring were then performedduring the degradation of cementitiousmaterials, in order to obtain quantitativedata on crack pattern geometries, and to assess the possibilities for damagemonitoringat the building scale. The optical technique, along with an appropriate imageprocessing procedure, was found suitable for providing precisemeasurements of fracturenetworks. Amethodwas also proposed for the interpretation of acoustic emissionrecordings in terms of damage quantification, localisation and identification.Then, a newmodel for coupled heat andmoisturemodelling in cracked porousmediawas developed, that allows including such measurements of fracture patterns intoa finite element mesh, and simulating flow accordingly. This model was validated onthe basis of experimentalmeasurements: digital image correlationwas performed duringthe fracturing of concrete samples, in which moisture uptake was then monitoredusing X-ray radiography. A good accordance was found between experimental and numericalresults in terms of 2-dimensional moisture concentration distributions. The validated code was then used for the simulation of test cases, in order to assess the hygrothermalperformance of damagedmulti-layered building components subjected toreal climatic conditions. The consequences of fractures on themoisture accumulationin walls, on the amplitude of sorption/desorption cycles and on the thermal performance,were observed.

Cette thèse s'intéresse à la génération d'états atomiques compressés par la mesure. La mesure considérée est de type quantique non-destructive, et profite de la surtension d'un résonateur optique de grande finesse. L'interférométrie atomique a démontré des performances inégalées pour la mesure de rotations, d'accélérations et du temps. Mais la sensibilité de ces appareils est aujourd'hui limitée par le bruit de grenaille, qui ne pourra être dépassé que par l'utilisation d'états non-classiques. Dans ce contexte, nous avons développé un appareil contenant une cavité optique de haute-finesse résonante à 1560 nm et à 780 nm. La lumière laser à 1560 nm qui est injectée dans la cavité génère un piège dipolaire où des atomes de Rb 87 sont chargés à partir d'un piège magnéto-optique. Le temps de vie de ces atomes dans le piège dipolaire est limité par les collisions avec le gaz résiduel, ce qui donne bon espoir pour l'implémentation d'une évaporation. Les concepts de mesure QND sont ensuite mis en place et un formalisme de fonction d'onde décrivant la dynamique de compression d'états est discuté et appliqué à des situations concrètes. Expérimentalement, cette mesure non-destructive réalisée à 780 nm a été implémentée grâce à une technique de modulation de fréquence particulièrement insensible aux bruits classiques. L'influence de cette sonde sur le système a été quantifiée en simple passage et cet outil a permis de suivre en temps réel l'état d'un interféromètre atomique. En outre, nous avons réalisé un laser Raman de faible largeur de raie. Ce laser qui utilise les atomes froids comme milieu à gain serait particulièrement adapté pour réaliser des mesures spectroscopiques de précision.

The level of axial compressive load on an existing column is one of the most important parameters to be known. This thesis aims to investigate current state of the art of NDT techniques, their application, and investigate alternative ways of using current technology to estimate the axial compressive load on columns. For this purpose, transverse vibration technique, ultrasonic pulse velocity method, and waveform and frequency content evaluation of ultrasound are investigated and implemented. Analytical and experimental studies on column transverse vibration frequency and axial load relationship are conducted and presented. The measured experimental lateral vibration frequency of the first bending mode decreased under increased axial compressive load as expected from analytical studies. Relationships between axial load and vibration frequency are derived and defined for different boundary conditions. Relationship charts are prepared for complicated solution sets. Numerical calculations, laboratory and field tests revealed that natural frequencies of slender columns are more sensitive to axial load changes. The available ultrasonic methods are investigated and described. Stress wave propagation in anisotropic solids is studied. Previous works have shown that the propogation velocity of stress waves depends on the density, Poisson&rsquo / s ratio, modulus of elasticity of the medium, and the state of stress. The orientation of the loading direction to the wave propogation direction, the couplant (ultrasonic transmission gel) uniformity, variability in the pressure applied to hold the transducers, alignment of the transmitting and recieving transducers, accuracy and modelling of Poisson&rsquo / s ratio make the ultrasonic testing more complicated.

The Rollover of heavy vehicles operating in the construction, mining and agricultural sectors is a common occurrence that may result in death or severe injury for the vehicle occupants. Safety frames called ROPS (Rollover Protective Structures) that enclose the vehicle cabin, have been used by heavy vehicle manufacturers to provide protection to vehicle occupants during rollover accidents. The design of a ROPS requires that a dual criteria be fulfilled that ensures that the ROPS has sufficient stiffness to offer protection, whilst possessing an appropriate level of flexibility to absorb some or most of the impact energy during a roll. Over the last four decades significant research has been performed on these types of safety devices which has resulted in the generation of performance standards that may be used to assess the adequacy of a ROPS design for a particular vehicle type. At present these performance standards require that destructive full scale testing methods be used to assess the adequacy of a ROPS. This method of ROPS certification can be extremely expensive given the size and weight of many vehicles that operate in these sectors. The use of analytical methods to assess the performance of a ROPS is currently prohibited by these standards. Reasons for this are attributed to a lack of available fundamental research information on the nonlinear inelastic response of safety frame structures such as this. The main aim of this project was to therefore generate fundamental research information on the nonlinear response behaviour of ROPS subjected to both static and dynamic loading conditions that could be used to contribute towards the development of an efficient analytical design procedure that may lessen the need for destructive full scale testing. In addition to this, the project also aspired to develop methods for promoting increased levels of operator safety during vehicle rollover through enhancing the level of energy absorbed by the ROPS. The methods used to fulfil these aims involved the implementation of an extensive analytical modelling program using Finite Element Analysis (FEA) in association with a detailed experimental testing program. From these studies comprehensive research information was developed on both the dynamic impact response and energy absorption capabilities of these types of structures. The established finite element models were then used to extend the investigation further and to carry out parametric studies. Important parameters such as ROPS post stiffness, rollslope inclination and impact duration were identified and their effects quantified. The final stage of the project examined the enhancement of the energy absorption capabilities of a ROPS through the incorporation of a supplementary energy absorbing device within the frame work of the ROPS. The device that was chosen for numerical evaluation was a thin walled tapered tube known as frusta that was designed to crush under a sidewards rollover and hence lessen the energy absorption demand placed upon the ROPS. The inclusion of this device was found to be beneficial in absorbing energy and enhancing the level of safety afforded to the vehicle occupants.