Analyse/Synthèse tridimensionnelle de textures fibreuses

Tridimensional analysis and synthesis of fibrous texture

• Auteur / Autrice : Cedric Chapoullie
• Direction : Christian Germain, Gérard Louis Vignoles, Jean-Pierre Da Costa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, productique, signal et image, ingénierie cognitique
• Date : Soutenance le 10/09/2014
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Bordeaux-I (1971-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Guédon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Germain, Gérard Louis Vignoles, Jean-Pierre Da Costa, Jean-Pierre Guédon, Éric Maire, Jean-Charles Pinoli, Michel Cataldi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Maire, Jean-Charles Pinoli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tomographie

Analyse

Fibres textiles

Mots clés libres

Composite à matrice céramique

Synthèse de fibres

Orientation

Segmentation et labellisation

Tomographie à haute résolution

Ceramic matrix composites

Fiber synthesis

Orientations

Segmentation and labeling

High-resolution tomography

Résumé

Cette thèse s‘inscrit dans le contexte de l‘étude de matériaux fibreux tissés et traite de l‘analyse morphologique de leur texture et de la simulation des arrangements des fibres dans un fil. Le volet « analyse » consiste à extraire des données caractérisant la géométrie des fibres et des fils composant le renfort tissé et s‘appuie sur des images tridimensionnelles issues de tomographies rayon X à haute résolution. Une chaine de traitement d‘images visant à séparer et identifier les fils et les fibres est proposée. Elle s‘appuie sur un algorithme de labellisation du fil et des fibres. Les caractéristiques telles que les diamètres et les orientations de fibres et la densité locale de fibres dans le fil sont ensuite calculées. Le volet « simulation » vise à générer un renfort fibreux « virtuel ». Un algorithme fondé sur la résolution de modèles dynamiques permet de placer au sein d‘un fil, des objets représentant les fibres tout en respectant des contraintes issues des paramètres issus du volet « analyse » ou choisis arbitrairement par l‘utilisateur. L‘ensemble des fibres composant le fil sont alors synthétisés en respect de ces contraintes. Ces deux volets sont appliqués avec succès à la caractérisation et à la synthèse de renforts fibreux de composites thermostructuraux. Les caractéristiques géométriques, estimées sur des tomographies à haute résolution, font ressortir des phénomènes tels que le cisaillement intra fils. La synthèse permet de simuler le placement de fibres à partir de paramètres géométriques obtenus à haute résolution, au sein d‘un fil dont l‘enveloppe est obtenue à basse résolution et donc sur une longueur plus représentative du tissage.

The aim of this work is to study fibrous woven materials and to develop morphological analysis of their texture enabling simulation of fibrous layout in yarns. The ―analysis‖ stage consists in data extraction to characterize the geometry of fibers and yarns constituting the woven material, based on tridimensional images generated by high resolution X-ray tomography. An image processing workflow to separate and identify fibers and yarn is proposed. Then, diameters, fiber orientations and local fiber density in yarns are computed. The ―simulation‖ stage targets to generate virtual fibrous materials. An algorithm based on the resolution of a dynamic model allows placing objects representing fibers into a yarn. It uses as input the characteristic parameters previously extracted in the analysis stage or arbitrarily chosen ones. Consequently, all fibers are synthesized according to these constraints. These two stages are successfully applied to characterize and synthesize woven ceramic matrix composites. Geometrical characteristics, extracted from the high-resolution tomographic images, highlight yarn phenomena like shearing planes. The synthesis simulates fibers placement, merging geometrical parameters extracted on high and low resolution. Indeed, using fiber parameters extracted from high resolution images and yarn envelopes from low resolution ones enable generating a result with a more representative woven length.