Le Contrôle-Santé Intégré (CSI) réduit les besoins d’inspections humaines grâce à une surveillance automatisée, réduit les coûts de maintenance grâce à la détection précoce des anomalies avant qu’elles ne dégénèrent et améliore la sécurité ainsi que la fiabilité des services. L’objectif de cette thèse est de concevoir une plateforme de communication sans fil pour le CSI des structures ferroviaires. Le principe de contrôle repose sur la reconstruction des réponses impulsionnelles (fonctions de Green) par corrélation de bruit aléatoire se propageant dans le milieu. Durant ces travaux, nous avons éprouvé expérimentalement la relation entre les réponses actives expérimentales et une version post-traitée des fonctions de corrélation de bruit dans un contexte ferroviaire. Ainsi, nous avons démontré l’applicabilité des fonctions de corrélation pour la détection d’un défaut local sur un rail. Ensuite, nous avons réalisé une étude expérimentale comparative sur la caractérisation d’une transmission ZigBee en termes d’atténuation et de portée dans plusieurs environnements. Dans l’environnement ferroviaire sous test, nous avons démontré l’adéquation avec la portée d’une transmission ZigBee mono-saut (dans un rayon de 76m). Une solution de synchronisation des capteurs lors du prélèvement du signal basée sur la norme IEEE 802.15.4 a été proposée et validée par une campagne de mesures. Il a été démontré que cette approche offre une précision de l’ordre de quelques centaines de nanosecondes. Un prototype-plateforme de communication sans fil basé sur la technologie ZigBee/IEEE 802.15.4 a été mis en place et déployé sur un échantillon de rail. Cette solution a permis de valider les performances de cette plateforme, une fois les données récoltées par les transducteurs, ces informations sont transmises par un lien ZigBee vers une station de base où des algorithmes de détection leurs sont appliqués. / Structural Health Monitoring (SHM) reduces human inspection requirements through automated monitoring, reduces maintenance costs by early detection of defects before they escalate, and improves safety and reliability of services. The work presented in this thesis aims to design a wireless communication platform for railway structures health monitoring. The control principle is based on the reconstruction of impulse responses (Green’s functions) by correlation of random noise propagated in the medium. In this work, direct comparison between an active emission-reception response and the estimated noise correlation function has confirmed the validity of the equivalence relation between them. Thus, we have demonstrated the applicability of the correlation functions for local defect detection in a rail. Then, we conducted an experimental study on the characterization of a ZigBee transmission in terms of path loss and communication range in multiple environments. In the railway environment under test, we showed the adequacy with the range of a ZigBee single-hop transmission (within a radius of 76m). Furthermore, a flexible solution for sensors synchronization during the sampling process, based on IEEE 802.15.4 standard was proposed and validated by a measurement campaign. It has been demonstrated that this approach provides a precision of a few hundred nanoseconds. A wireless communication-platform prototype based on the ZigBee/IEEE 802.15.4 technology has been implemented and deployed on a rail sample. This solution enabled the validation of the platform performances, once the data collected by the transducers, the information is transmitted by a ZigBee link to a base station where detection algorithms are applied.

Le réverbérateur à plaque est un dispositif électromécanique de réverbération artificielle utilisé dans les studios d'enregistrement pour traiter les signaux audio enregistrés dépourvus d'effet de salle. Ce dispositif simule la réverbération à partir des vibrations de flexion d'une plaque mince. L'objectif de cette thèse est la simulation par modèles physiques d'un réverbérateur à plaque générique permettant à l'utilisateur le choix des principaux paramètres : caractéristiques géométriques et physiques du matériau de la plaque, conditions aux limites, positions de l'excitateur et des accéléromètres, et l'influence d'une plaque poreuse à proximité. Outre la compréhension des phénomènes entrant en jeu dans de tels dispositifs, cette approche permet la simulation de réverbérateurs à plaque existants comme l'EMT-140 ou l'EMT-240, mais aussi de réverbérateurs avec d'autres jeux de paramètres réels ou fictifs. La démarche entreprise s'articule en trois points : la modélisation du dispositif, les mesures sur un réverbérateur EMT-140 et la définition des outils numériques pour la synthèse sonore dans le domaine audible. La modélisation développée relève de la dynamique et de la vibroacoustique, et porte une attention particulière sur les mécanismes d'amortissement en raison de leur grande influence dans la perception de l'effet de réverbération. La démarche expérimentale, effectuée sur un réverbérateur EMT-140, permet l'identification des paramètres d'un dispositif réel et l'identification des limites de validité de la modélisation. L'outil de simulation dans le domaine temporel repose sur la méthode des différences finies.

Les systèmes d'assistance a la réverbération sont des dispositifs électroacoustiques installés dans les salles de spectacle pour moduler leur acoustique en fonction du type de représentation qui s'y déroule. Afin de pouvoir dimensionner ces systèmes en amont de leur installation, ce travail s'intéresse au développement, à la mise en œuvre et à la mise à l'épreuve de modèles prévisionnels de l'effet de ses systèmes sur les caractéristiques acoustiques d'une salle, en se concentrant sur les systèmes dits régénératifs diagonaux. Le premier modèle présenté est basé sur une approche systémique exacte et sur l'utilisation de simulations numériques. Il s'agit d'un modèle dont le principe est déjà décrit dans la littérature spécialisée, mais auquel est intégré ici un algorithme de détermination automatique des paramètres de réglage d'un système d'assistance à la réverbération reproduisant la méthode manuelle. Parce que l'utilisation de simulations numériques impose une modélisation détaillée de la salle et un important temps de calcul, ce modèle n'est pas compatible avec la réactivité demandée lors d'une phase d'avant-projet. Dans cette optique, deux autres modèles bases sur les hypothèses de champ diffus et, par là même, plus rapides d'exécution, sont développés. L'un repose aussi sur une approche systémique exacte, mais utilise la théorie stochastique de l'acoustique géométrique des salles plutôt que des simulations numériques. L'autre repose sur une approche énergétique simple. Les confrontations de ces deux modèles avec celui reposant sur des simulations numériques sont exposées pour cinq salles, en considérant la prévision d'évolution de six indices acoustiques courants due à l'introduction d'un système d'assistance à la réverbération. Il en ressort que ces deux modèles aboutissent à des erreurs prévisionnelles comparables et que celles-ci sont équivalentes à celles des formules de Sabine ou d'Eyring ou de la théorie révisée des champs diffus de Barron et Lee appliquées dans une salle sans système. Parallèlement, l'étude et la prévision de l'effet d'un système d'assistance à la réverbération régénératif en augmentation du couplage de deux espaces mal couples au sein d'une même salle sont présentées. Il est montré que ce type d'utilisation permet effectivement une augmentation du couplage et que celle-ci peut être correctement abordée à partir d'un modèle énergétique développé ici. Il est aussi montré à partir de simulations numériques, que cette utilisation permet d'homogénéiser les caractéristiques acoustiques entre les deux espaces couplés.