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.

Les différents processus de dégradation des structures de génie civil induisent une micro, puis macro- fissuration du béton. Celle-ci génère alors une réduction des propriétés mécaniques de l'ouvrage et, à terme, sa perte d'étanchéité. Il est donc nécessaire de fournir des informations quant à la présence et à la taille de fissures pour procéder aux réparations nécessaires et conserver l'intégrité de l'ouvrage. Dans un premier temps, le contrôle du béton ainsi que la morphologie de la fissure réelle sont présentés. La notion de contacts entre ses lèvres est introduite pour définir la problématique de sa caractérisation. La bibliographie montre que les méthodes acoustiques standards ne sont pas adaptées à la caractérisation d'une fissure dans le béton. Deux pistes sont alors identifiées : les ultrasons diffus et l'acoustique non linéaire. Nous présentons dans un second temps la caractérisation de la fissure par analyse du transport de l'énergie suivant une équation de diffusion. Les paramètres associés (diffusivité et dissipation) sont déterminés expérimentalement sur des éprouvettes fissurées sur différentes profondeurs. Nous introduisons et définissons le temps d'arrivée du maximum de l'énergie (ATME) qui s'avère être le paramètre le plus sensible à la partie ouverte d'une fissure. Son évolution au regard des incertitudes de mesure ne permet toutefois pas de caractériser totalement la partie fermée. Une simulation numérique en différences finies est réalisée. Elle met en évidence le rôle des contacts au sein de la partie fermée de la fissure et confirme les observations expérimentales. / The various processes of deterioration of the building structures lead to a micro and macro-cracking of the concrete. Consequently, the mechanical properties of the structure are reduced and, eventually, the building is no longer airtight. It is therefore necessary to supply information regarding the presence and size of cracks to carry out the necessary repairs and keep the integrity of the structure. First, the control of concrete as well as the morphology of the actual crack are presented. The notion of contacts between its lips is introduced to define the problem of its characterization. The bibliography shows that the standard acoustic methods are not adapted for characterizing of a crack in concrete. Two tracks are then identified: the diffuse ultrasound and the nonlinear acoustics. Subsequently, we present the characterization of the crack by analyzing the transport of the energy with a diffusion equation. The associated parameters (diffusivity and dissipation) are experimentally determined on test tubes cracked at different depths. We introduce and define the arrival time of the maximum energy (ATME), which turns out to be the most sensitive parameter to the open part of a crack. Its evolution with regard to the measurement uncertainties does not allow a full characterization of the closed part. A digital modeling in finite differences is performed. It highlights the role of the contacts within the closed part of the crack and confirms the experimental observations. Then, we present the nonlinear acoustics and the associated methods applied to concrete.

Increasing use of composite materials in industry brings the need for newer and more practical methods to evaluate them. Widespread use of composite materials heavily depends on the manufacturer’s ability to unquestionably ensure its safety, given how much the user trusts them. Non-Destructive Evaluation (NDE) can be used to evaluate adhesive bondline health. This thesis employs Digital Image Correlation (DIC) method, one of the known methods in NDE, and combines it with an embedded speckle pattern in order to obtain valuable information from within the adhesive bondline. By recording the movement of the speckles and analyzing their behavior according to DIC algorithms, a strain map of the adhesive is drawn. An adhesive strain map helps find defects that might be out of sight using conventional NDE methods. This thesis discusses different possible materials to be used as the speckle pattern and chooses the one shows better results based on different criteria. Then employing the material, it records the speckle pattern using optical and ultrasonic methods to draw a strain map. By analyzing the obtained strain maps, defects within the bondline are revealed.

Les voies ferrées n'ont cessé d'évoluer depuis l'apparition du premier rail en fer laminé (1789). Les traverses en bois laissent maintenant place à des traverses en béton alors que dans certains pays et dans les tunnels, le ballast est remplacé par des dalles continues en béton armé ou non. Ce type de voie nécessite cependant l'intégration de systèmes supports de rails permettant d'assurer le confort des passagers. Le système "low vibration track" développé par la société Sonneville fait partie de ce type de système. Il se compose d'un blochet en béton reposant sur une semelle micro-cellulaire le tout étant intégré dans un "chausson" en caoutchouc noyé dans la dalle en béton non armé. Ce système équipe aujourd'hui un peu plus de 1100 km de voies de par le monde dont les voies du tunnel sous la Manche, tunnel ayant la section sous-marine la plus longue du monde.Ce travail rentre dans le cadre de la chaire de recherche commune à l'Ecole des Ponts ParisTech et au groupe Eurotunnel et s'intéresse, d'une part à l'étude du comportement dynamique et, d'autre part à la dégradation de la voie ferroviaire du tunnel sous la Manche.La première partie de ce travail présente les modèles existants appliqués aux voies ballastées et propose de développer des modèles pour les voies non ballastées. En utilisant une condition périodique en régime stationnaire, on démontre que la distribution des efforts sur les systèmes supports est gouvernée par une relation caractéristique qui ne dépend pas du comportement des supports. Ce résultat permet de proposer un "système équivalent" de la voie représenté par un ressort caractérisé par sa rigidité et une pré-force qui ne dépendent que des caractéristiques du rail et du chargement. Ce modèle analytique permet alors de calculer rapidement la réponse dynamique de la voie quel que soit le comportement des supports (linéaires ou non linéaires), ce modèle ayant été validé par confrontation avec les résultats des mesures réalisées en tunnel. Ce modèle a enfin été développé pour une voie dont les supports présentent des propriétés mécaniques différentes (supports sains ou endommagés) et a été implanté dans un logiciel (logiciel "EuroAnalyse") qui permet de calculer la réponse dynamique de la voie en intégrant l'évolution des caractéristiques mécaniques de la voie.La deuxième partie est consacrée à l'étude de l'endommagement des blochets en béton du système support. La première phase de cette étude porte sur la compréhension de ces endommagements à l'aide d'une modélisation éléments finis 3D du blochet, la seconde étant consacrée à la mise au point d'une méthode d'identification de ces endommagements en tunnel. Pour ce faire, ce travail met expérimentalement en évidence l'existence d'une variation des deux premières fréquences propres et du coefficient d'amortissement des blochets en fonction de leur état de dégradation. Les mesures sur blochet montrent en effet qu’il existe une corrélation entre l'état de dégradation des blochets et leur signature vibratoire, ces mesures étant en accord avec les calculs éléments finis effectués. La méthode de mesure des fréquences propres basée sur l'analyse modale a été implantée dans un logiciel (logiciel "EuroDetection") qui fera partie intégrante du système automatique de détection des endommagements des blochets en tunnel que la société Eurotunnel utilisera dans le cadre de ses campagnes de maintenance de la voie / Railways have been evolving since the onset of the first rail rolled iron (1789). Wooden sleepers now give way to concrete sleepers while in some countries and commonly in tunnels ballast is replaced by continuous concrete slabs. This type of track, however, requires the integration of rail supports systems to ensure passenger comfort. The "low vibration track" (LVT) system developed by the company Sonneville is such a system. It contains a concrete block based on a micro-cellular pad all integrated in a rubber boot embedded in the slab of unreinforced concrete. This system today covers more than 1100km of railway track around the world, including the Channel tunnel.This work takes place within the framework of joint research between Ecole des Ponts ParisTech and the Eurotunnel group, that investigates the railway dynamic behavior and the support system degradation in the Channel tunnel.The first part of this work presents existing models for ballasted tracks and proposes extended models for non-ballasted tracks. Using a periodic condition of the railway track in steady state it can be shown that the distribution of loads on the support systems is governed by a characteristic relation that does not depend on the support behavior. This result allows us to offer an equivalent system represented by a preloaded spring. This analytical model is then used to calculate the dynamic response of the track by combining with support behavior (linear or nonlinear). This model has been validated by comparison with measurement data in the Channel tunnel. Lastly, a model is presented for a track whose supports have different properties. This model allows rapid calculation of track leveling due to support damage and has been integrated into the new software "EuroAnalyse".The second part of this work deals with the degradation of the LVT concrete block. Firstly, the research focuses on the damage mechanism by calculating the block stress with the help of the finite element method. The result shows that the concrete experiences tension stresses which can lead to damage by fatigue loads. Secondly, a method of identification is developed to monitor the concrete blocks in a tunnel. We show that the eigen frequencies of the block depend on its damage level and this is demonstrated by data and simulations. The method of measuring the eigen frequencies based on modal analysis has been integrated into the software "EuroDetection" which will be part of the track monitoring system for Eurotunnel

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.

The diploma thesis examines the influence of setting welding parameters and welding process on the resulting structure and strength of the welded joint of harvester chains. The theoretical part discusses the problem of weldability of pine steels by using method “135” with the possibility of destructive or non-destructive testing of welded joints. In the practical part, this matter is examined on a specific weldment, the harvester chain. Cross member with a cube welded in two ways by method 135, followed by an assessment of the performance of welds. The results of the evaluation are written down in the manual.

This research embodied a three-prong approach for directly determining the residual prestress force of prestressed concrete bridge girders. For bridges that have yet to be constructed, outfitting girders with instrumentation is a highly effective means of determining residual prestress force in prestressed concrete bridge girders. This constitutes the first prong. Still, many bridges are constructed without such instrumentation. For these bridges, a destructive technique can be used to directly determine the residual prestress in a prestressed concrete bridge girder. This implies that the girder(s) being tested have already been taken out of service. This constitutes the second prong. For bridges that are anticipated to remain in service that are lacking embedded instrumentation, the development of a non-destructive technique used to estimate the remaining force in the tendons of prestressed bridge girders is extremely important. This constitutes the third prong used to directly determine residual prestress force. The flexural capacity was also determined from field tests and compared to analytical estimates. By design, the code estimates are meant to be conservative. Alternatively, the residual prestress force for in-service members can be determined directly through the non-destructive technique presented in this research. As such, bridge service capacities can be determined directly and do not need to be conservatively estimated. (231 pages)

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The X-ray computed tomography is a technology to investigate air void structure of drilled asphalt cores, which provides a non-destructive alternative to traditional laboratory methods, usually destructive testing.In this work, six in-situ specimens from a double layer porous asphalt pavement in Linköping, Sweden, were taken and analysed using both qualitative and quantitative methods of tomography. The qualitative study focused on identifying different features of the drilled cores, such as densification and air voids in the interface between the two porous layers. In the quantitative study, the air voids contents were quantified from processed tomography images. The tomography results of air voids content in all three directions (X, Y and Z), when increasing the calculated number of slices from 4 to 8, were compared to the measured air voids contents from a standardized laboratory method. Both t-test and F-test were applied to determine if a significant difference was found. Besides, the Evaluation Index (EI) was introduced to determine the most accurate combination slices and directions.The results shown here indicate that a reduced number of tomography slices can give enough accuracy in the determination of air voids content for the porous layers. The results also showed that air voids content determined with tomography gave no significant difference compared to the laboratory results. The most accurate combination found was, in this case, the Y+Z direction. Future development will focus on automatizing the determination of air voids, as well as mastic and aggregate phases using the same methodology of comparing tomography results with laboratory results.

Les matériaux composites sont de plus en plus utilisés en aéronautique. Leurs excellentes propriétés mécaniques et leur faible poids leur procurent un avantage certain par rapport aux matériaux métalliques. Ceux-ci étant soumis à diverses conditions de chargement et environnementales, ils sont susceptibles de subir plusieurs types d'endommagements, compromettant leur intégrité. Des méthodes fiables d'inspection sont donc nécessaires pour évaluer leur intégrité. Néanmoins, peu d'approches non destructives, embarquées et efficaces sont présentement utilisées. Ce travail de recherche se penche sur l'étude de l'effet de la composition des matériaux composites sur la détection et la caractérisation par ondes guidées. L'objectif du projet est de développer une approche de caractérisation mécanique embarquée permettant d'améliorer la performance d'une approche d'imagerie par antenne piézoélectrique sur des structures composites et métalliques. La contribution de ce projet est de proposer une approche embarquée de caractérisation mécanique par ultrasons qui ne requiert pas une mesure sur une multitude d'échantillons et qui est non destructive. Ce mémoire par articles est divisé en quatre parties, dont les parties deux à quatre présentent les articles publiés et soumis. La première partie présente l'état des connaissances dans la matière nécessaire à l'accomplissement de ce projet de maitrise.Les principaux sujets traités portent sur les matériaux composites, propagation d'ondes, la modélisation des ondes guidées, la caractérisation par ondes guidées et la surveillance embarquée des structures. La deuxième partie présente une étude de l'effet des propriétés mécaniques sur la performance de l'algorithme d'imagerie Excitelet. L'étude est faite sur une structure isotrope.Les résultats ont démontré que l'algorithme est sensible à l'exactitude des propriétés mécaniques utilisées dans le modèle. Cette sensibilité a également été explorée afin de développer une méthode embarquée permettant d'évaluer les propriétés mécaniques d'une structure. La troisième partie porte sur une étude plus rigoureuse des performances de la méthode de caractérisation mécanique embarquée. La précision, la répétabilité et la robustesse de la méthode sont validés à l'aide d'un simulateur par FEM.Les propriétés estimées avec l'approche de caractérisation sont à moins de 1% des propriétés utilisées dans le modèle, ce qui rivalise avec l'incertitude des méthodes ASTM. L'analyse expérimentale s'est avérée précise et répétable pour des fréquences sous les 200 kHz, permettant d'estimer les propriétés mécaniques à moins de 1% des propriétés du fournisseur. La quatrième partie a démontré la capacité de l'approche de caractérisation à identifier les propriétés mécaniques d'une plaque composite orthotrope.Les résultats estimés expérimentalement sont inclus dans les barres d'incertitude des propriétés estimées à l'aide des tests ASTM. Finalement, une simulation FEM a démontré la précision de l'approche avec des propriétés mécaniques à moins de 4 % des propriétés du modèle simulé.