Exploitation de la diffusion multiple et considération de l'interfacial transition zone pour la caractérisation ultrasonore du béton

Exploitation of multiple scattering and consideration of interfacial transition zone for the ultrasonic characterization of concrete

• Auteur / Autrice : Manda Ramaniraka
• Direction : Vincent Garnier, Sandrine Rakotonarivo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Acoustique
• Date : Soutenance le 20/06/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMA, Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique (UMR 7031 ; CNRS, Ecole Centrale de Marseille, Aix-en-Provence)
• Jury : Président / Présidente : Odile Abraham
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marie Henault, Bruno Lombard, Jean-François Chaix, Cédric Payan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ludovic Moreau, Vincent Tournat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton

Ultrasons

Acoustique

Mots clés libres

Diffusion multiple

Ondes ultrasonores

Caractérisation

Béton

Microstructure

Multiple scattering

Ultrasonic waves

Characterization

Concrete

Microstructure

Résumé

Ce travail de thèse traite de la caractérisation de la microstructure du béton à l’aide des ondes ultrasonores. La structure hétérogène du béton entraine la diffusion multiple de ces ondes aux fréquences d’auscultation d’intérêt. Le signal reçu comprend alors une partie cohérente et une partie incohérente. Cette dernière est caractérisée par une longue coda qui correspond à des trajets longs à l’intérieur du milieu et qui est porteuse d’information sur la microstructure. Pour exploiter la coda, l’évolution de l’intensité moyenne est analysée. L’approximation de cette évolution par une équation de diffusion permet de mesurer la « diffusivité ». Celle-ci est sensible à l’évolution de la microstructure du béton. Des travaux le montrent par des évaluations qualitatives. Une analyse quantitative reste difficile du fait du biais entre les hypothèses et la réalité sur l’élément ausculté et les conditions de mesure. Plusieurs approches alternatives sont explorées afin d’analyser la coda : lorsque le régime de diffusion n’est pas établi ou lorsque la réverbération masque la diffusion multiple.Les simulations numériques constituent notre principal outil de travail car elles permettent d’aborder les différents cas de figures. Le béton est généralement considéré comme étant un milieu biphasique granulats/mortier, avec un contact parfait à leurs interfaces. Nous reconsidérons cette représentation en prenant en compte l’Interfacial Transition Zone (ITZ). Un modèle d’ITZ intégrant des caractéristiques réalistes est défini et implémenté numériquement. Les effets de l’ITZ sur les paramètres ultrasonores sont évalués et validés expérimentalement.

This work deals with the characterization of the microstructure of concrete with ultrasonic waves. The high heterogeneity of concrete makes the ultrasonic waves multiply scattered at the frequency range of interest. The recorded signal is thus composed of a short coherent part and a long incoherent part called coda. The latter corresponds to long paths inside the medium and brings information about the microstructure.The averaged intensity’s evolution is analyzed in order to exploit the coda. Fitting this evolution with a solution of the diffusion equation allows to measure the diffusivity parameter. The diffusivity is shown to be sensitive to the concrete’s microstructure evolution, but those approaches are qualitative. A quantitative measurement of the diffusivity remains challenging because of the bias between assumptions generally used and reality about the material and the measurement. Many alternative approaches are explored in this work that aims to allow a characterization on a wide range of situations. Numerical simulations constitute an ideal tool because they allow to consider many cases without being expensive. Concrete is generally considered as a two-phase medium (aggregates/mortar) with a perfect contact at their interfaces. We reconsider this approach by taking into account the Interfacial Transition Zone (ITZ). A numerical model which accounts for realistic characteristics of ITZ is developed. The effects of ITZ on ultrasonic parameters are evaluated and validated with experimental data.