Propriétés de moyennage d'ensemble des signaux acoustiques en milieu réverbérant et applications potentielles au contrôle et à la caractérisation des structures.

Ensemble-averaging properties of acoustic signals in reverberant media and potential applications to control and characterization of structures

• Auteur / Autrice : Hossep Achdjian
• Direction : Emmanuel Moulin, Jamal Assaad
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique. Acoustique et télécommunications
• Date : Soutenance le 05/12/2014
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - Institut d'Electronique- de Microélectronique et de Nanotechnologie - Université de Valenciennes / IEMN-DOAE
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Benech
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Moulin, Jamal Assaad, Bruno Morvan, Claire Prada, Farouk Benmeddour, Bastien Chapuis, Mohammadi Ouaftouh
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bruno Morvan, Claire Prada

Mots clés

Mots clés contrôlés

Équations d'onde

Modèles acoustiques

Son -- Propagation

Mots clés libres

Physique des ondes acoustiques

Réverbération

Modélisation éléments finis

Traitement du signal

Réseaux de capteurs

Caractérisation d’une structure

Localisation d’une source acoustique.

Physics of sound waves

Reverberation

Finite element modeling

Signal processing

Sensor networks

Characterization of a structure

Source localization.

Résumé

La propagation des ondes acoustiques ou élastiques dans un milieu fini à faible atténuation se traduit par des signaux mesurés de longue durée (réverbération). Dans les techniques de contrôle non destructif et imagerie conventionnelles, seuls les premiers paquets d’ondes sont ordinairement exploités et l’information potentiellement contenue dans les codas de réverbération est alors perdue. Le travail présenté dans cette thèse a pour objectif d’exploiter le comportement d’ensemble des codas enregistrées dans des structures de type plaques, afin d’extraire le maximum d’information à partir d’un nombre limité de capteurs et traitement simple. Nous avons développé des modèles statistiques permettant de prévoir le comportement des ondes acoustiques réverbérantes dans une plaque (sous la forme de moyennes d’ensemble), à partir d’un ensemble limité de paramètres accessibles expérimentalement. Ainsi, il est montré que les moyennes des enveloppes, des corrélations ou de l’intégrale dite de Schroeder des signaux de réverbération reçus par quelques points contiennent des informations potentiellement utiles sur les propriétés structurelles du milieu, des sources ou des défauts. Après une validation numérique et expérimentale des modèles, des applications potentielles sont présentées telles que l’estimation de propriétés structurelles d’une plaque ou la localisation d’une source. La particularité de ces estimations est qu’elles ne nécessitent pas de mesure de temps, ni de synchronisation entre les capteurs, ce qui pourrait autoriser une implémentation avec peu de ressources embarquées. Ce type de méthode pourrait également être utilisé pour caractériser un défaut dans une structure réverbérante, de façon éventuellement complémentaire aux techniques classiques de CND et contrôle-santé de structures.

The propagation of acoustic and elastic waves in a finite media with low attenuation leads to measured signals of long durations (reverberation). In conventional techniques for non-destructive testing and imaging, only the first wave packets are usually exploited, and the information potentially contained in reverberation codas is lost. The work presented in this thesis aims to exploit the overall behavior of codas recorded in plate-like structures, in order to extract the maximum information from a limited number of sensors and simple processing. We have developed statistical models to predict the behavior of reverberant acoustic waves in a plate (in the form of ensemble-averages), from a limited set of experimentally accessible parameters. Thus, it is shown that theoretical expressions for the mathematical expectations of the envelopes, the correlation functions or the so-called Schroeder’s integral of reverberant signals received at some points contain potentially useful information about the structural properties of the medium, the sources or the defects. After numerical and experimental validation, potential applications are presented, such as the estimate of structural properties of a plate or source location. In addition, these techniques do not require any time measurement or even trigger synchronization between the input channels of instrumentation, thus implying low hardware constraints. Such methods could also be used to characterize a defect in a reverberant structure and can be considered as complementary to conventional NDT techniques and structural health monitoring.