Stitching de Topographies 3D Elémentaires pour l'Analyse Multi-Echelle de Rugosité : Développement, Optimisation et Applications
Auteur / Autrice : | Robin Guibert |
Direction : | Maxence Bigerelle, Saïd Hanafi |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Mécanique et Informatique |
Date : | Soutenance le 10/11/2021 |
Etablissement(s) : | Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale polytechnique Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2021-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...) |
Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2019-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Juliette Cayer-Barrioz |
Examinateurs / Examinatrices : Maxence Bigerelle, Saïd Hanafi, Pawel Pawlus, Krzysztof Kubiak, Abdelhakim Artiba, Michal Wieczorowski, Julie Marteau, François Blateyron, Samuel Lesko, Raphaël Deltombe | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Pawel Pawlus, Krzysztof Kubiak |
Résumé
La rugosité de surface est liée à de nombreux phénomènes physiques, ayant des implications tant d’un point de vue industriel (frottement, aspect visuel ...) que quotidien (marche, préhension des objets ...). L’analyse multiéchelle de la rugosité est notamment un puissant outil permettant l’isolement des phénomènes physiques selon leur échelle d’application et la détermination de leurs lois de comportement. Cependant, l’analyse multiéchelle de rugosité nécessite de plus grands ensembles d’échelles étudiables que ce que procurent les profilomètres 2D ou 3D afin de détecter les échelles de rugosité pertinentes. Le stitching est une technique d’assemblage de topographies élémentaires permettant de pallier les limites intrinsèques des machines de mesure topographique, en proposant des topographies 3D haute précision sur large champ de mesure. Bien que les algorithmes de stitching fassent parti des algorithmes les plus utilisés en métrologie de surface, leur étude est un véritable challenge car il s’agit d’un problème fondamentalement multidisciplinaire, nécessitant notamment des connaissances en topographie, en science des matériaux, en métrologie, en mathématiques, en optimisation et en informatique. Cet aspect multidisciplinaire explique la collaboration entre les départements mécanique et informatique durant ces travaux de recherche. Pour répondre aux défis du stitching, une approche en deux axes est proposée. Le premier axe se concentre sur l’étude de la procédure de stitching et sur son intégration dans le flux de travail de l’équipe MorphoMeca du LAMIH, via la création d’une suite logicielle. De nouvelles méthodes d’évaluation des erreurs de repositionnement et de la qualité des procédures de stitching ont été développées, grâce à la création d’une base de données dédiée au test d’algorithmes de stitching. De nouveaux algorithmes de stitching sont également proposés, via l’utilisation du multimap et de processus d’optimisation. Enfin, ce premier axe se conclut par l’évaluation de la performance des algorithmes de stitching vis-à-vis de leur complexité algorithmique et de leur capacité d’ingestion de données pour des stitchings de grandes dimensions. Un second axe propose l’application du stitching à des cas d’études réelles. Des méthodes d’analyse multiéchelle ont ainsi pu être comparées, grâce au stitching et à l’étude de l’abrasion d’un polymère. Enfin, l’étude multiéchelle des phénomènes physiques impliqués dans l’abrasion de neufs polymères permet l’identification de quatre mécanismes d’abrasion. Ce deuxième axe met ainsi en lumière l’intérêt du stitching de topographie 3D, tant académique qu’industriel.