Le principe de la maintenance conditionnelle consiste à évaluer en permanence l’intégrité des machines industrielles, à partir des mesures et de traitements du signal appropriés, afin d’intervenir uniquement au moment le plus opportun. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de développer une technique de détection, aussi précoce que possible, de l’amorce de dégradation lente d’une structure vibrante, telle que les fissures de fatigue, pour éviter toute défaillance inattendue des machines. Notre approche se base sur les données mesurées à l’aide de deux moyens expérimentaux mis en œuvre au laboratoire. L’étude a démarré avec une poutre encastrée-libre sollicitée en flexion et s’est poursuivie sur un banc d’essais plus représentatif de la problématique industrielle. Dans les deux cas, l'endommagement de la structure a été naturel et progressif, depuis un état réputé sain jusqu’à l’apparition de la fissure. Le comportement dynamique a été suivi à l’aide d’accéléromètres. Ainsi, afin d’identifier des indicateurs sensibles au phénomène d’endommagement, plusieurs pistes ont été envisagées. Nous avons examiné les indicateurs scalaires descriptifs des signaux mesurés, qui sont les moments statistiques, fréquences moyennes et médianes. Ces indicateurs sont utilisés avec succès pour la détection de défaut sur les éléments de machines tournantes, mais ils se sont montrés peu sensibles pour détecter des défaillances structurales. Les fréquences propres identifiées automatiquement à partir des signaux temporels acquis sous chargements opérationnels ont également été étudiées. Ensuite, nous nous sommes orientés vers une approche plus globale pour surveiller les changements spectraux causés par l’apparition d’un défaut sur une structure. En se basant sur les matrices spectrales, fonctions et matrices de transmissibilité, des indicateurs multi-capteurs ont été développés et testés pour les deux cas d’étude. Une Analyse en Composantes Principales a permis d’identifier, entre les indicateurs analysés, ceux qui sont les plus pertinents pour la surveillance de l’intégrité des structures. / The principle of the conditional maintenance consists in continuously evaluating the health state of industrial machines, from measurements and appropriate signal processing, in order to carry out maintenance operations only at the most convenient time. In this context, the objective of this PhD thesis is to implement a technique for detecting as soon as possible slow damage initiation in vibrating structures, such as the fatigue cracks, to avoid the unexpected failure of machines. We have conducted empirical investigations with two experimental setups built in the laboratory. The study started with a cantilever beam subjected to dynamic bending loads, and continued on a test-bench more representative of the industrial problem. In both cases, the structure was naturally and progressively damaged, from a state considered to be healthy, until the crack occurs. Its dynamical behavior was monitored using accelerometers. Therefore, in order to identify damage-sensitive features, many leads were investigated. We have examined the features describing the measured signals waveform, which are statistical moments, mean frequencies and median frequencies. They are successfully used for fault detection on rotating machinery, but they did not demonstrate enough sensitiveness to detect structural damage. The natural frequencies automatically identified from the measured time signals under operational loads have also been studied. Thus, we oriented our work towards a more global approach to monitor the spectral changes caused by the appearance of damage on a structure. Based on the spectral matrices and transmissibility quantities, multi-sensor indicators were developed and tested for the two cases of study. A Principal Component Analysis allowed us to identify, between the surveyed features, the ones most relevant for monitoring the integrity of structures.

On développe une méthode d'identification des efforts qui produisent les vibrations d'une structure, à partir de la connaissance de son champ de déplacement mesuré en un nombre fini de points et de la connaissance à priori de son équation du mouvement. L'identification des efforts est basée sur le calcul du second membre de l'équation du mouvement discrétisée par un schéma aux différences finies. Comme dans la plupart des problèmes inverses, des difficultés se posent et sont dues à une sensibilité extrème aux incertitudes de mesure, introduisant un niveau de bruit élevé sur le résultat. Pour pallier ce problème, une méthode de régularisation originale, nommée R.I.F.F. (Résolution Inverse Filtrée Fenêtrée), a été mise au point. Elle utilise un fenêtrage spatial et un filtrage dans le domaine des nombres d'onde, où les paramètres de réglage sont étudiés en fonction des caractéristiques physiques de la structure. Plusieurs exemples issus de simulations numériques et d'expérimentations montrent les différentes applications que l'on peut obtenir : identification de forces mécaniques ponctuelles, d'efforts de couplage, de pressions acoustiques pariétales. La méthode a été aussi étendue à l'identification des conditions aux limites en termes d'impédances de translation et de rotation. Enfin, une ébauche de la construction d'opérateur de structure par voie expérimentale est proposée. A partir des déplacements mesurés, on identifie l'opérateur différentiel qui leur correspond et on montre ensuite que cet opérateur peut être utilisé pour l'identification des forces qui excitent la structure.