Traitements haute résolution appliqués à la caractérisation de décollements de chaussée par radar géophysique ultra large bande

High resolution time delay estimation methods for processing GPR data collected over debonded pavement structures

• Auteur / Autrice : Bachir Tchana Tankeu
• Direction : Yide Wang, Vincent Baltazart, David Guilbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 06/10/2023
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et Sciences et Technologies du numérique, de l’Information et de la Communication (Nantes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études et d'expertise sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement (France)
• Jury : Président / Présidente : Salah Bourennane
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emanuel Rădoi, Angélique Drémeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse numérique

Radar à pénétration de sol

Mots clés libres

Radar géophysique (GPR

Contrôle non destructif (CND) des chaussées

Estima- tion de temps de retard

Diagnostic de chaussée

Caractérisation de décollement

Ground-penetrating radar (GPR

Nondestructive testing (NDT)

Time delay estima- tion (TDE)

Pavement monitoring

Debonding characterization

Résumé

Cette thèse combine l’utilisation d’algorithmes à haute résolution (HR) temporelle avec un radar géophysique (GPR) ultralarge bande pour le contrôle de décollement d’interface de chaussée de moins 1 cm d’épaisseur. Dans un premier temps, le principe des méthodes à sous-espaces les plus connues (e.g., MUSIC, ESPRIT) est rappelé et adapté à la caractérisation de la permittivité et de l’épaisseur du matériau. Les techniques de moyennage en sous-bandes existantes sont optimisées pour atténuer l’influence du bruit coloré. Ensuite, des algorithmes HR polynomiaux récents sont adaptés au domaine de l’estimation de temps de retard (TDE). L’algorithmeP UMA est détaillé et différentes versions sont proposées pour la TDE. Les algorithmes sont évalués sur des données radars imulées et comparés à la borne de Cramer-Rao. Enfin, les algorithmes sont testés surdes données GPR de 10 GHz de largeur de bande, mesurées sur des chaussées contenant des décollements artificiels. Dans tous les cas, les algorithmes permettent d’obtenir une meilleure interprétation qu’un traitement radar conventionnel. Cependant, l’estimationd e la permittivité et de l’épaisseur est à améliorer pour certains défauts.

This thesis combined the use ofhigh time resolution algorithms with ultra wideband (UWB) air-launched GPR NDT to refinethe monitoring of interlayer debonding(less than 1 cm thick) within the pavementstructure. At first, the most well-known subspaceHR techniques (e.g., MUSIC, ESPRIT)are recalled and tailored to the characterizationof thin debonding in terms of permittivityand thickness. The existing subband averagingtechniques are optimized to mitigatethe influence of colored noise. Then, some recentpolynomial HR algorithms are adapted toTDE and GPR scope over layered pavementstructures. Among others, PUMA is detailedand different versions are proposed for TDE.The performance of the selected TDE algorithmsare evaluated on simulated radar dataand compared to the Cramer-Rao bound. Finally,the selected TDE algorithms were usedfor processing 10 GHz bandwidth GPR laboratoryand field air-coupled data over artificialdebonded pavement structures. In all cases,the selected algorithms achieve improved datainterpretation compared to the conventionalGPR data processing. However, the estimatedpermittivity and thickness has to be improvedin some cases.