La sûreté et la tenue en fatigue des installations et ouvrages mécaniques sont liées au niveau des contraintes résiduelles présentes dans les structures. Cette étude montre le potentiel de la méthode ultrasonore d'évaluation des contraintes basée sur l'utilisation de l'onde Lcr. Ceci a été validé lors de la réalisation de profils de contraintes sur deux assemblages soudés en aciers P355 et P265, en comparant les résultats avec ceux de la méthode du perçage incrémentaI. La première partie de l'étude traite de l'influence des paramètres (couplage acoustique, état de surface, planéité, température, ... ) sur la précision et la reproductibilité des mesures ultrasonores. Dans la seconde partie, l'analyse de ces paramètres a permis la mise au point d'un capteur optimisé qui améliore la précision et la reproductibilité des mesures. La troisième partie de l'étude s'intéresse à la caractérisation expérimentale de la propagation de l'onde Lcr. A partir de l'étude de sa vitesse apparente et de son atténuation, il a été possible de dégager des critères quant à la profondeur de pénétration de l'onde Lcr ainsi que sa portée de propagation en fonction de la longueur d'onde. La dernière partie de ce travail propose une méthode originale de calibrage, permettant de déterminer les constantes acoustoélastiques dans les trois zones (MB, ZF et ZAT) de la soudure, ce qui permet d'améliorer la précision des mesures de contraintes. La reproductibilité des mesures de contraintes a été testée sur les deu.x tôles soudées et a été évaluée à ± 48 MPa. / Safety and fatigue damage resistance of the mechanical components are related to the presence of residual stresses. Ths study shows the potential of the ultrasonic method using the Lcr waves to evaluate the residual stresses. Reliability of measurements was validated on two welded steel plates (P355 and P265), by comparing the results of the ultrasonic method with those of the hole drilling method. The first part of the study deals with the influence of the parameters (acoustic coupling, roughness, flatness, temperature, etc) on the accuracy and reproducibility of the ultrasonic measurements. ln the second part, the analysis of these parameters enabled designing of an optimized transducer, which improves the precision and the reproducibility. The third part of the study was reserved to the experimental characterization of the Lcr wave propagation The criteria allowing the evaluation of the penetration depth and the propagation range were obtained from the analysis of its velocity and attenuation. The last part of this work proposes an original calibration method, enabling the determination of the acoustoelastic constants in the three zones of the weld (PM, MZ and HAZ), in order to improve the accuracy of the stress measurements. The reproducibility of stress measurements was validated on two welded steels plates and it was estimated in the order of ±48 MPa.

Les propriétés mécaniques et la précision dimensionnelle des pièces plastiques injectées sont liées au niveau des contraintes résiduelles induites par leur mise en œuvre. Cette étude montre le potentiel de la méthode ultrasonore basée sur l’effet acoustoélastique afin d’évaluer les contraintes internes dans les plaques injectées en polymère amorphe avec l’onde Lcr. Dans un premier temps, des capteurs spécifiques ont pu être réalisés à partir de leur analyse fonctionnelle et grâce à l’optimisation de certains paramètres (champ ultrasonore, angle d'incidence, distance émetteur-récepteur). Ceci a permis de déterminer les coefficients acoustoélastiques K33 et K11, ainsi que le coefficient P traduisant l’influence de la température sur la vitesse de propagation de l’onde longitudinale dans les matériaux étudiés. Ces paramètres ont permis de valider la méthode ultrasonore sur des plaques partiellement relaxées en PC et PS, en utilisant un système C-Scan afin d’évaluer les contraintes moyennes dans l’épaisseur, et ensuite avec l’onde Lcr afin de déterminer les contraintes surfaciques. La validation a été obtenue en comparant les résultats avec ceux de la méthode de photoélasticimétrie. La faible épaisseur des plaques (3 mm) nuit à la précision des mesures de cartographie de vitesse dans l’épaisseur. Celle-ci s’améliore nettement lorsqu’on utilise l’onde Lcr (Ds » ±2 MPa), ce qui nous a incités à utiliser ce type d’onde. La dernière partie de l’étude concerne la détermination des contraintes après fabrication de nouvelles plaques, et celle de profil de contrainte dans des épaisseurs différentes en changeant la fréquence de l’onde Lcr. / The mechanical properties and the dimensional precision of the injection molded polymer parts are influenced by the process-induced residual stresses. This study shows the potential of the ultrasonic method based acoustoelastic effect to evaluate the residual stresses in amorphous polymer plates with Lcr waves. Firstly, special holding fixtures were designed according to their function analyses and the optimization of some parameters (ultrasonic field, incidence angle and emitter-receiver distance). They were used to determine the acoustoelastic coefficients K33 and K11, as well as the coefficient P corresponding to the temperature effect on the longitudinal wave velocity in studied materials. Then ultrasonic measurements were applied to partially relaxed PC and PS plates, through C-Scan system to evaluate average stresses across plate thickness, and Lcr waves to evaluate the surface stress. The measurement reliability was validated by comparing the results with those of the photoelasticity. The poor plate thickness (3 mm) affects the measure accuracy of the speed scanning, while it is improved a lot by using Lcr waves (Ds » ±2 MPa), so we turn to the latter only. The last part of the study concerns the determination of the stresses after manufacturing of new plates and that of stress profile in different thicknesses by changing the frequency of the wave Lcr.

Des micro-fissures sont générées dans le tissu osseux et résorbées par le remodelage<br />osseux. Une densité de fissures importante pourrait détériorer la résistance mécanique<br />osseuse (RMO). Cependant les causes et les conséquences sur la RMO d'une accumulation<br />du micro-endommagement osseux sont mal connues. De plus, aucune méthode non invasive<br />de quantification du niveau d'endommagement osseux existe aujourd'hui.<br />Dans ce contexte, une méthode de mesure acoustique, localisée et sans contact, basée<br />sur l'interaction non linéaire (NL) entre une onde acoustique basse-fréquence (BF) et des<br />impulsions ultrasonores (US) a été développée. Les impulsions US sont émises à une cadence<br />de tir environ 10 fois supérieure à la fréquence de l'onde BF. Le milieu est alors sondé à<br />différents états de contrainte tri-axiale, en compression et traction. Les variations du temps<br />de vol et de l'amplitude (ou de l'énergie) US rendent compte des effets NL acoustiques<br />respectivement élastiques et dissipatifs. Les effets NL acoustiques élastiques et dissipatifs<br />augmente généralement avec le niveau d'endommagement.<br />Après une validation dans l'eau et des solides non endommagés, des mesures dans des<br />matériaux fissurés et granulaires ont montré la sensibilité de la technique à la présence de<br />fissures et de contacts entre grains. Enfin son application à l'os trabéculaire du calcanéum a<br />montré que la zone de faible porosité pouvait produire de fortes non-linéarités acoustiques.<br />Pour des échantillons endommagés in vitro par fatigue en compression et par compression<br />quasi-statique, l'amplitude des non-linéarités acoustiques a montré une bonne corrélation<br />avec l'observation histologique du niveau d'endommagement.

Ce manuscrit présente une étude de la pression de radiation acoustique induite par la propagation d'une onde ultrasonore. L'objectif de cette thèse est d'étudier expérimentalement et d'analyser les conditions d'existence d'une pression quasi-statique induite par la propagation non linéaire d'un train d'ondes émis dans un liquide (eau) non confiné. A l'aide d'un modèle en ondes planes, nous interprétons la composante quasi-statique du déplacement auto-démodulé comme la valeur moyenne temporelle du déplacement. Cette démarche montre qu'en champ proche, une composante quasi-statique s'ajoute à la pression auto-démodulée historiquement introduite et qu'elle s'identifie à la pression de radiation de Rayleigh, usuellement introduite dans le cas d'une onde harmonique émise dans un fluide confiné. Celle-ci existe et peut être interprétée comme un effet de « champ proche ». En champ lointain, la pression de radiation est celle de Langevin.<br />Dans un solide mou (tissus biologiques) la pression de radiation est utilisée pour engendrer localement une onde de cisaillement. Etant donné leur très faible vitesse (quelques m/s), la propagation de ces ondes donne lieu à des phénomènes non linéaires très importants. Ceux-ci sont observés et mesurés, à l'aide du dispositif d'imagerie ultra-rapide développé au laboratoire pour les applications médicales (élastographie)