Suivi non destructif de l’altération de marbres par méthodes acoustiques

Non-destructive monitoring of marble alteration by acoustic methods

• Auteur / Autrice : Mohamed El Boudani
• Direction : Nicolas Wilkie-Chancellier, Stéphane Serfaty, Ronan Hebert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique et électronique - Cergy
• Date : Soutenance le 29/09/2017
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie / SATIE
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Wilkie-Chancellier, Stéphane Serfaty, Ronan Hebert, Loic Martinez, Marc Duquennoy, Philippe Bromblet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Barbin, Philippe Leclaire, Loic Martinez

Mots clés

Mots clés libres

Acoustique

Marbre

Ultrason

Laser

Patrimoine

Mécanique

Acoustics

Marble

Ultrsound

Laser

Heritage

Mechanics

Résumé

La caractérisation par ondes acoustiques du marbre statuaire est une méthode non destructive bien connue. Parmi les méthodes acoustiques de suivi sanitaire des pierres in situ figurent les investigations par mesure du temps de vol, qui sont corrélés au vieillissement des roches par comparaison entre roches saine et altérée. Toutefois, pour les statues stockées en plein air dans les jardins du Château de Versailles, le vieillissement affecte principalement la surface du marbre de Carrare par une altération superficielle très spécifique appelée « Désagrégation saccharoïde ». Un protocole de vieillissement artificiel est mis en place en laboratoire pour simuler la dégradation de la surface du marbre. Ainsi, les échantillons ont subi des cycles thermiques de chauffage / refroidissement sur une seule de leurs faces. Les ondes acoustiques sont générées par des transducteurs de contact placés de part et d’autre de l’échantillon. Au cours du vieillissement, les échantillons sont caractérisés en transmission par des ondes de volumes en cisaillement et en compression ainsi que sur leur surface par des ondes de Rayleigh. Pour suivre la propagation des ondes de Rayleigh, la méthode de détection par vibrométrie laser est utilisée. Les résultats obtenus et les traitements de signaux associés, permettent d’extraire des paramètres physiques pertinents dans le suivi de l’état de dégradation.

Statue marble characterization by acoustic waves is a well-known non-destructive method. Such investigations through the statues by time of flight method (TOF) point out sound speeds decrease with ageing state by comparing healthy and altered rocks. However for outdoor stored statues as the ones in the gardens of Chateau de Versailles, ageing affects mainly the surface of the Carrara marble. An artificial aging protocol is implemented in the laboratory to simulate the degradation of the marble surface by using heating/cooling thermal cycles on one face of a marble plate. Acoustic waves are generated by contact transducers excited by a voltage pulse placed on both sides of the sample. During ageing, the marble samples are characterized in transmission, along their volume by shear, compressional TOF measurements and along their surface by Rayleigh wave’s measurements. To follow the Rayleigh wave propagation, laser vibrometry method is used. The obtained results, and the associated signal processing, make it possible to extract relevant physical parameters in the monitoring of the degradation state.