Thèse soutenue

Modélisation mathématique et méthode numérique pour la simulation du contrôle santé intégré par ultrasons de plaques composites stratifiées

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Auteur / Autrice : Hajer Methenni
Direction : Sonia FlissSébastien ImperialeAlexandre Impériale
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mathématiques appliquées
Date : Soutenance le 26/03/2021
Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques Hadamard (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure de techniques avancées (Palaiseau, Essonne ; 1741 -....) - Laboratoire Propagation des Ondes : Étude Mathématique et Simulation (Paris ; Rocquencourt)
Jury : Président / Présidente : Régis Cottereau
Examinateurs / Examinatrices : Alexandre Impériale, Dominique Chapelle, Juliette Chabassier
Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Noble, Hélène Barucq

Résumé

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Ce sujet de thèse s’inscrit dans le contexte du contrôle intégré des structures, ou « Structural Health Monitoring » (SHM). Cette technique de contrôle non-destructif vise à utiliser un ou plusieurs capteurs, installés dans ou sur la structure d’intérêt. Le contrôle se fait in-situ et de façon périodique, afin d’obtenir des informations sur l’éventuelle apparition de défauts, tels que les défauts de corrosion pour les matériaux métalliques ou les défauts de délaminage pour les matériaux composites. Les données recueillies par les capteurs alimentent une analyse statistique dont le but est d’évaluer la santé de la structure au moment du contrôle, d’estimer son temps de vie restant et de faciliter la prise de décision quant à sa maintenance. Le SHM est de plus en plus présent dans de nombreux domaines industriels, en particulier dans le secteur aéronautique. Aussi le développement de modèles numériques pertinents comme performants constitue un atout majeur dans la conception de ces systèmes. Grâce à leur capacité à se propager sur de très grande distance, l’utilisation de capteurs ultrasonores générant des ondes guidées élastiques est une solution attirante. En pratique, des capteurs piézo-électriques fins, disposés à la surface de la structure, ou éventuellement enfouis pendant le procédé de fabrication, sont utilisés. Ils permettent l’émission et la réception des perturbations ultrasonores. Cependant, la nature dispersive des ondes guidées, combinée avec l’anisotropie inhérente aux matériaux composites rend difficile l’analyse des signaux obtenus lors du contrôle. De plus, proposer une modélisation fine de la propagation de ce type d’onde dans des configurations industrielles faisant intervenir des géométries complexes est une tâche difficile. Ces deux points constituent des obstacles non négligeables au développement de la méthodologie SHM, et l’objectif de cette thèse est de constituer l’ensemble des outils numériques qui permettront de proposer des solutions concrètes à ces problèmes.