Thèse de doctorat : Mécanique et Energétique : Nancy 1 : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie civil : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3855. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 293-298.

L'habilitation à diriger des recherches est une occasion de s'arrêter et prendre un moment pour faire le point sur le passé et de réfléchir sur l'avenir de sa carrière. Dans cette optique, ce mémoire est une rétrospective des douze dernières année de ma carrière, des années que j'ai passées au Centre de Morphologie Mathématique de Mines-ParisTech, où j'ai mené mes travaux de recherche. Dans ce mémoire, j'ai répertorié ces travaux autour de deux axes principaux. Le premier axe, méthodologique, fait état des avancées méthodologique de la détection d'objets fins. Le second axe - algorithmique - répertorie des algorithmes originaux, et mises en pratiques efficaces, toujours présentés dans le contexte de détection d'objets fins. Dans le cadre du premier axe, on répertorie trois contributions principales : - une approche morphologique variant dans l'espace, contrôlée par une analyse locale des structures, nommée approche morpho-hessienne. - ouverture parcimonieuses par chemins - est une variante parcimonieuse des ouvertures par chemin, obtenue en découplant la recherche des chemins et leur filtrage. Cette approche permet non seulement de définir des opérateurs nouveaux, mais également de baisser de manière significative la complexité et, par conséquent, le temps de calcul. - amincissement par attributs - basés sur un attribut original - le diamètre géométrique, permettent l'extraction d'éléments fins de manière très efficace. Dans le cadre du second axe - algorithmique - on répertorie des algorithmes originaux, et mises en pratiques efficaces, toujours présentés dans le contexte de détection d'objets fins. Dans ce volet, nous retrouvons: - un algorithme de dilatation 1-D et - deux algorithmes différents d'ouverture morphologique 1-D. Ces trois algorithmes présentes des propriétés intéressantes pour une mise en œuvre efficace. Dans le volet de mises en pratique efficaces nous retrouvons des réalisations pour des applications de traitement d'images travaillant sous fortes contraintes temps réel: - plusieurs réalisation matérielle (FPGA), et - une réalisation GPU, ont permis de valider l'efficacité calculatoire de ces algorithmes. Entre autre, nous avons pu proposer une première réalisation de processeur morphologique à taille de voisinage arbitrairement large. La taille du voisinage (même très grande) n'introduit ni de difficulté de réalisation, ni d'impact négatif sur l'efficacité de calcul. Un chapitre entier est consacré à la partie applicative, faisant état des collaborations industrielles. La section principale est consacrée aux applications industrielles, du domaine de sciences de matériaux, et plus particulièrement l'inspection ou le contrôle. Le deuxième section vient du domaine médical et biomédical. Enfin, une troisième section, plus courte, est consacrée aux applications spéciales ou embarquées. Ce mémoire est annexé par une sélection de mes principales publications scientifiques permettant de retrouver aisément les références bibliographiques les plus importantes de ce mémoire.

Tissue characterization is a major step in tissue mechanobiological studies. By characterization methods, tissue quality i.e. the combination of tissue structural, compositional and mechanical properties, is determined. This research focuses on mechanical characterization methods. Among all mechanical characterization methods, we propose those ones which are: 1) Non-destructive, (i.e. that reserves the capability of doing other characterization tests at the end of mechanical test; and, 2) In-line, (that enables tissue progression observation during experiment, and without transferring the specimen from one apparatus to another). However, in-line characterization raises the question of whether conducting tissue observation methods during experimentation modifies tissue progression over time. Therefore, the purpose of this study was to deepen our knowledge about the parameters which could affect tissue quality during mechanical testing. This requires a better understanding of viscoelasticity and viscoplasticity, two key behaviors of tissue, affecting the impact of these parameters (e.g. tissue quality, stimulation parameters) on the response of live tissue to biophysical stimuli. Thus, the objectives of this study were: 1. To review the literature to find information about two mechanical behaviors of tissue i.e. viscoelasticity and viscoplasticity, and the way they affect tissue properties 2. To investigate whether diagnostic tests, as mechanical characterization tests to observe tissue properties, affect tissue progression We explain that viscoelasticity and viscoplasticity of tissue originate from structure and components of the extracellular matrix. We also describe the way they affect tissue dynamic competition between repair, enzymatic degradation and mechanical degradation of the extracellular matrix. Moreover, we specify some tissue stimulation parameters, such as stimulation control type or stimulus history, which could affect tissue progression in response to biophysical stimuli because of viscoelasticity and viscoplasticity. Moreover, by conducting a series of 3-day experiments on frshly extracted tendons, we investigated whether applying "stress relaxation" tests at physiological amplitudes affects tissue response. We divided the tendons into two groups based on the characterization protocol (24 and 0 stress relaxation tests each day), and compared the progression of these groups over time. The stress relaxation tests at physiological amplitude modified tissue response to mechanical stimuli in vitro . In general, the modulus increased for 0 stress relaxation tests, while it first decreased and then increased slightly for 24 stress relaxation tests each day. The difference of mechanical properties between the two groups was significant. Therefore, applying stress relaxation tests at physiological amplitude during the rest periods between mechanical stimuli can affect live tissue progression over time. Therefore, it is essential to take into account the viscoelasticity and viscoplasticity of tissue while developing a stimulation protocol for bioreactor studies or clinical applications.

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.

Nous mettons à profit la dynamique photoréfractive d'un cristal semi-conducteur de GaAs pour la réalisation d'un capteur de vibrations de basses fréquences (<10 kHz) et de grandes amplitudes (plusieurs mm) fonctionnant en régime de vélocimétrie et insensible à l'état de surface de l'objet. Le principe consiste à coupler dans le matériau photoréfractif une onde référence et une onde signal porteuse de l'information vibratoire d'un objet quelconque à étudier. Les deux ondes écrivent un hologramme dynamique qui suit partiellement le déplacement de la figure d'illumination. L'onde référence diffracte sur le réseau créé pour donner naissance à une onde ayant le même profil spatial que l'onde signal transmise et portant une partie de l'information de la modulation de phase. Les deux ondes interfèrent en teinte plate sur une photodiode permettant d'obtenir un signal électronique proportionnel à la vitesse instantanée de la cible en vibration. La réalisation d'un prototype a permis de valider pleinement le modèle théorique développé et montrer l'insensibilité de la réponse à l'état de surface de la cible. Le régime de fonctionnement linéaire du capteur est limité essentiellement par le temps de réponse du matériau holographique. Pour élargir la gamme de fonctionnement de notre système, nous avons montré qu'il était possible d'extraire, par simple traitement optique, la vitesse instantanée de l'objet même lorsque la réponse était non linéaire. Mots-clés : contrôle non destructif, optique non linéaire, milieu holographique, matériaux photoréfractifs

Th. doct.-ing.--Technol., spécialité Contrôle des systèmes--Compiègne--Univ. de technol., 1994. / Bibliogr. p. 132-134. Résumé en français et en anglais.

Ce travail concerne la détection de fissure par une méthode optoacoustique non linéaire. Les échantillons sont des plaques de verre contenant une fissure de longueur centimétrique et de largeur micrométrique. La méthode développée est basée sur l’absorption de deux lasers, indépendamment modulés, et focalisés au même endroit de l’échantillon. Ceci génère deux ondes par expansion thermique. La première est une onde thermoélastique à basse fréquence fL (~Hz), et la seconde une onde acoustique à haute fréquence fH (dizaines de kHz). Quand une fissure est présente dans la zone échauffée, l’onde thermoélastique peut la faire respirer. La fissure va se fermer (s’ouvrir) quand l’intensité du laser modulé à fL est haute (basse). Cette respiration influence l’onde acoustique à fH générée à proximité. Il résulte un mélange de fréquence nonlinéaire, provoquant la génération de nouvelles fréquences : fH±n fL (n=1,2,…). La détection de ces fréquences mélangées indique la présence d’une fissure. / This thesis deals with crack detection by a nonlinear optoacoustic method. The samples are glass plates containing a centimeter length and micrometer thick crack. The developed method is based on the absorption of two light beams, independently modulated, and focused at the same location on the sample. This causes the generation of two waves, by thermal expansion. The first one is a thermoelastic wave at low frequency fL (~Hz), and the second is an acoustical one at high frequency fH (tens of kHz). When a crack is present in the heated zone, the thermoelastic wave can make it breathe. The crack is expected to close (open) when the intensity of the heating laser modulated at fL is high (low). This breathing influences the acoustic wave generated in the vicinity of the crack at fH. It results a nonlinear frequency-mixing process, leading to the generation of new frequencies: fH±n fL (n=1,2,…). The detection of these mixed-frequencies indicates the presence of a crack.

Le but de la thèse est de modéliser la génération d’ondes élastiques ultrasonores émises par EMATs dans une pièce ferromagnétique, modélisation appliquée au domaine du contrôle non destructif (CND). Les traducteurs EMATs combinent deux physiques différentes : électromagnétisme et élastodynamique. L’enjeu est d’intégrer dans la plateforme de simulation CIVA, dédiée notamment aux CND par courant de Foucault et par ultrasons, les éléments de modélisation inhérents à la problématique multi-physique posée. Ces éléments sont multiples et concernent premièrement la modélisation des forces électromagnétiques créées par un EMAT : la force de Lorentz, existant dans tous milieux conducteurs, et les forces d’aimantation et de magnétostriction, spécifiques aux milieux ferromagnétiques. Deuxièmement, la modélisation proposée prend aussi en compte le phénomène de création d’harmoniques, phénomène dû aux différentes forces et traduisant le fait que les fréquences de l’onde ultrasonore émise peuvent être des harmoniques des fréquences du signal d’excitation de l’EMAT. Le modèle de forces et de création d’harmoniques permet de modéliser des situations de contrôle non prises en compte par les modèles de la littérature, notamment lorsque les champs statiques créés par l’EMAT sont faibles ou lorsque le courant d’excitation possède une forte intensité. Enfin, les forces électromagnétiques sont transformées en contraintes surfaciques équivalentes pour correspondre au formalisme des données d’entrée des modèles de rayonnement des ondes élastiques implémentés dans CIVA. L’outil informatique développé permet donc de traiter toute configuration et condition d’utilisation des EMATs, constituant un outil d’optimisation de leur conception. Les caractéristiques électromagnétiques de différents matériaux, données par l’expérience, sont utilisées pour mener diverses études paramétriques. / The present study aims at modelling the ultrasonic wave generation by EMATs into a ferromagnetic part in the context of non-destructive testing (NDT). Wave radiation by EMATs combines two different kinds of physical phenomena: electromagnetism and elastodynamics. The issue is to implement into the NDT simulation platform CIVA, dedicated in particular to eddy current and ultrasonic NDT, the models developed in the present work. These developments are of various nature and firstly concern the modelling of the electromagnetic forces created by an EMAT: the Lorentz force, existing in any conductive media, and the magnetization and the magnetostriction forces, which add up when the medium is further ferromagnetic. Secondly, the proposed models take into account the generation of harmonics due to the three forces. Ultrasonic frequencies of the generated ultrasonic waves can be harmonics of the frequencies of the excitation electrical signal. The model of force and harmonic generation allows us to deal with configurations not treated in the literature, namely, when the static field created by the EMAT is low or when the excitation current intensity is high. Finally, the three electromagnetic forces are transformed into equivalent surface stresses readily usable as entries of an existing model of ultrasonic wave radiation already implemented in CIVA. Thus, the combination of all these models and their translation as a numerical tool running within the CIVA platform can be used for optimizing the design of EMAT. Experimentally measured electromagnetic characteristics of different materials are used to perform various parametric studies.

Dans le cadre du contrôle non destructif de matériaux, les scanners à rayons X sont devenus un moyen d’assurer la validité et la qualité de pièces de productions industrielles. TomoAdour, un prestataire de services privé en digitalisation 3D et tomographie industrielle à rayons X, utilise des technologies d’acquisition basées sur ce rayonnement telles qu’un scanner médical ou tomographe industriel, de manière à observer et à analyser des produits de ses clients. La nature des objets acquis (principalement de forte densité et de grandes dimensions) fait apparaître des défauts sur les images issues de ces scanners X. Il devient dès lors difficile, voire impossible, d’analyser les images produites. On notera en particulier la présence d’artefact métallique. Ce dernier est dû à la présence de matériaux très denses dans l’objet acquis et est la conséquence de la forte atténuation des rayons dans le métal et/ou de leur distorsion dans toutes les directions. Les données reconstruites sont donc souvent difficiles à interpréter directement, car ces artefacts peuvent masquer des informations importantes. De nombreuses méthodes ont été développées durant ces dernières années et la problématique de la réduction de l’artefact métallique a largement pu être étudiée, apportant bon nombre de solutions. Pourtant, les algorithmes proposés ne s’intéressent qu’aux applications médicales et ne tiennent donc pas compte des limitations physiques propres aux échantillons industriels. De plus, les méthodes proposées basent, toutes, leur traitement sur des données brutes, c’est-à-dire des données issues du scanner avant la phase de reconstruction (ensemble de radiographies ou de projections). Dans notre cas, seules les données reconstruites (tomogrammes, i.e. volume représentant l’objet) sont disponibles et il n’existe, à l’heure actuelle, aucune approche de réduction de l’artefact métallique basée sur ces reconstructions. Le but de ces travaux de recherche est donc de proposer, dans un premier temps, un outil permettant d’identifier et de quantifier l’artefact métallique dans les données reconstruites pour la correction de ces dernières. Dans un second temps, notre travail propose un ensemble d’approches adaptées à l’analyse de matériaux dans un contexte industriel [1; 2]. / In the field of non-destructive testing of materials, computed tomography became a good way to check defects in industrial piece production. TomoAdour is a private compagny specialized in 3D digitization and x-ray computed tomography, it uses medical and industrial imaging techniques to analyze materials provided by his customers. However, tomographic analysis is difficult to achieve due to the presence of high density objects (such that metal) in most produced pieces, leading to the well-known metal artifacts in reconstructed data. In X-Ray tomography, metal artifact is characterized by a local and straight hyper-signal. This observed phenomenon is due to high attenuations of the rays in the high density materials. Many different approaches have been proposed for metal artifact reduction during the last decade. However, these methods have been developed for medical application and does not take into account physical limitations specific to industrial materials. Moreover, state-of-the-art approaches start their process from the original projection data, that is to say directly from the acquired data. In our context, only reconstructed image is available due to clinical scanner usage, and there is currently no metal artifact reduction method only based on these data. The goal of this work is first to propose a tool which permit identifying and measuring metal artifact in the reconstructed data in order to correct them. Then, our work take in interest in presenting methods developed for an industrial context[1; 2].