Utilisation d'ondes de surface à l'aide de scanners acoustiques sans contact pour le contrôle non destructif de structures en béton

Use of surface waves with non-contact acoustic scanners for non-destructive testing of concrete structures

• Auteur / Autrice : Charles Ciccarone
• Direction : Frédéric Skoczylas, Bogdan Piwakowski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie civil, énergétique, matériaux
• Date : Soutenance le 09/10/2020
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMcube - Laboratoire de mécanique, multiphysique, multiéchelle - Laboratoire de Mécanique Multiphysique Multiéchelle / LaMcube
• Jury : Président / Présidente : Catherine A. Davy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Géraldine Villain, Jean-Paul Balayssac, Vincent Garnier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelhafid Khelidj, Vincent Picandet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton -- Détérioration

Modèles mathématiques

Ondes acoustiques de surface

Béton -- Essais

Béton -- Fissuration

Essais par ultrasons

Contrôle non destructif

Mots clés libres

Contrôle non destructif

Béton

Lixiviation

Délamination

Fissure

Onde de surface

Scanner

Mesure automatique

Non destructive testing

Concrete

Leaching

Delamination

Crack

Surface wave

Scanner

Autmated measure

Résumé

Ce travail propose une méthode acoustique de contrôle non destructif du béton pour les structures du génie civil. Les ondes utilisées dans cette thèse sont des ondes de surface, car elles ont la propriété de pénétrerle matériau sur une profondeur égale à leur longueur d’onde. L’auscultation du béton est faite à l’aide de deuxscanners : un premier scanner appliquant cette méthode avec des ondes hautes fréquences a été utilisé pourcaractériser la peau d’un béton, tandis qu’un second scanner utilisant des ondes basses fréquences, développé dansle cadre de ce travail, a permis de caractériser un béton sur l’épaisseur d’un mur entier. Afin de déterminer lescapacités et les limites de cette méthode pour le contrôle non destructif du béton, plusieurs pathologies ouconditions environnementales du béton ont été simulées en laboratoire sur des éprouvettes. Ces éprouvettes ontensuite été auscultées de manière non destructive avec les scanners acoustiques, puis de manière destructive avecdes tests matériau. Les pathologies ou conditions en question sont la lixiviation, la délamination, lamicro/macrofissuration du béton, et son état de saturation. La comparaison des résultats nous a permis de conclureque cette méthode et ces scanners sont capables de détecter et déterminer la profondeur d’une lixiviation du béton,de même que pour une délamination au sein de béton, de suivre l’évolution d’un front de saturation au sein d’uncalcaire mais pas encore au sein d’un béton, et de détecter et suivre la contrainte et la microfissuration ainsi quel’évolution de macro fissures, notamment grâce à des mesures automatisées effectuées in situ sur la structure deVeRCoRs.

This work proposes a method for the non-destructive testing of concrete for civil engineering structures.This method is based on the emission and reception - when the surface wave has passed through the material - ofacoustic sonic and ultrasonic waves. The waves used in this thesis are surface waves, as they have the property ofpenetrating the material to a depth equal to their wavelength. The auscultation of concrete is done using twoscanners: a first scanner applying this method with high frequency waves was used to characterize the concreteskin, while a second scanner using low frequency waves, developed within the framework of this work, made itpossible to characterize a concrete over the thickness of an entire wall. In order to determine the capabilities andlimitations of this method for the non-destructive testing of concrete, several pathologies or environmentalconditions of concrete were simulated in the laboratory on test specimens. These specimens were then examinednon-destructively with acoustic scanners and destructively with material tests. The pathologies or conditions inquestion were leaching, delamination, micro/macrocracking of the concrete, and its state of saturation. Comparisonof the results allowed us to conclude that this method and these scanners are able to detect and determine the depthof a leaching of concrete, as well as for a delamination within concrete, to follow the evolution of a saturation frontwithin a limestone but not yet within a concrete, and to detect and follow the stress and micro-cracking as well asthe evolution of macro-cracks, in particular thanks to automated measurements carried out in situ on the VeRCoRsstructure.