Accueil du site > Présentation > Moyens (humains, financier > MESURES ULTRASONORES SANS CONTACT - MUSC
Le laboratoire MUSC est un moyen expérimental de pointe au service de la compréhension de la propagation des ondes mécaniques (ondes sismiques, ondes ultrasonores) pour la mise au point de nouvelles techniques d’auscultation non destructives du sous-sols, des ouvrages d’art et des chaussées.
Les mesures ultrasonores sans contact permettent d’aborder des applications industrielles comme la mesure d’amplitude à grand rendement mais aussi des thématiques plus fondamentales telles que la propagation d’onde dans des milieux très hétérogènes. La mesure physique a alors pour objectif d’étayer des approches théoriques, de palier aux limites de la modélisation numérique ou à l’absence éventuelle de code 3D.
Plus généralement, les avantages de mesures ultrasonores sans contact avec un interféromètre laser reposent sur sa mise en œuvre et ses spécificités technologiques :
Par le jeu des relations d’échelles, les mesures hautes fréquences permettent d’utiliser des modèles à échelle réduite (typiquement décimétriques). Ces modèles peuvent donc être facilement usinés en grands nombres et les effets de bords peuvent être repoussés hors de la fenêtre d’étude. De plus, le contrôle de la source et de la géométrie des enregistrements permet une parfaite répétitivité des mesures. Pour ces raisons, l’approche probabiliste des mesures et les études paramétriques sont réalisables.
De même, l’enregistrement de l’amplitude est précis et peut être traité comme un paramètre porteur d’information. Les mesures sans contacts permettent une grande rapidité de mise en œuvre pour des enregistrements en couverture multiple par un échantillonnage de la surface de mesure. Ajoutés à ces caractéristiques, la génération du champ d’onde total rend possible le développement de méthodes d’imagerie innovantes.
Le laboratoire MUSC se compose :
- sur une surface de 1 m2 (incrément minimum 100 µm, précision 10 µm) d’un interféromètre laser (le récepteur) suivant deux axes,
- d’une source piézoélectrique suivant un axe (incrément minimum 1 mm, précision 100 µm),
Financement :
Région Pays de la Loire, ANR (ACTENA, SEISCOPE), LCPC, VITRES (Institut Carnot)
Exemples de recherches menées
Études expérimentales à échelle réduite
Pour l’adaptation de méthodes d’imagerie quantitative telle que l’inversion de la forme d’onde, des mesures en positions de sources multiples ont été réalisées sur des modèles homogènes contenant un vide [Bretaudeau, 2010] (ANR SEISCOPE). Elles permettent de simuler, à échelle réduite, les mesures sismiques visant à détecter des cavités souterraines. La figure 2 présente un exemple de mesures sismiques ainsi réalisées pour une position de source donnée. On remarque les différents types d’ondes générées par la présence de la cavité : la diffraction des ondes de volume (flèche 3) et leur conversion en ondes de surface (flèche4). La multiplication des modèles pour des typologies de cavités diverses (taille et profondeur variables) permettent de réaliser des études paramétriques de l’influence d’une cavité souterraine pour l’imagerie sismique [Bretaudeau, 2009].
Suivant cette même approche des mesures ont été réalisées sur un modèle en résine contenant une fondation de pylône électrique très haute tension (accord cadre RTE LCPC).
Bretaudeau F., 2010, Modélisation physique à échelle réduite pour l’adaptation de l’inversion des formes d’ondes sismiques au génie civil et à la subsurface, PhD thesis, p.
Bretaudeau F., Leparoux D., Brossier R., Abraham O., 2009, Small Scale Modelling : a Tool to Assess Subsurface Imaging Methods and a Validation of Seismic Full Waveform inversion to cavity detection, 71st EAGE conference and exhibition, 8-11 june 2009, Amsterdam, ND.
Caractérisation du béton à l’échelle 1 Le laboratoire Musc est utilisé pour l’étude de la propagation des ondes de surface dans des dalles de béton afin de remonter aux propriétés mécaniques des premiers centimètres du matériau (béton de peau). A cette échelle le béton est un matériau très hétérogène et il est nécessaire de sommer un grand nombre de signaux pour obtenir le champ d’onde de surface cohérent qui se propage dans le milieu homogène équivalent (Fig. 3) [Cheroun, 2008a]. La mesure sans contact avec l’interféromètre laser de MUSC a permis la réalisation de grandes séries de mesures en évitant les problèmes de couplage des récepteurs préjudiciable pour l’étude de l’atténuation des ondes [Chekroun, 2008b, 2009]. Il a été montré que, pour une précision fixée, la mesure de l’atténuation requière une sommation sur un nombre plus important de signaux que celle des vitesses de phase et de groupe. Pour le béton avec les plus gros granulats (2cm) et la porosité la plus élevée (rapport eau sur ciment égal à 0,65), 70 mesures sont nécessaires pour l’atténuation tandis que 30 suffisent pour les vitesses. Ces mesures montrent aussi qu’au-delà de 100kHz l’atténuation dans le béton est plus importante que celle dans le mortier correspondant à cause de la diffusion des ondes par les granulats.
MUSC est également utilisé pour caractériser le béton avec le champ incohérent (projet Région Pays de la Loire ECND_PdL).
Chekroun M., 2008a, Caractérisation mécanique des premiers centimètres du béton avec les ondes de surface, thèse CIFRE EDF LCPC, Ecole Centrale de Nantes, SPIGA, ED 498-20, 148p.
Chekroun M., Le Marrec L., Lombard B., Piraux J., Abraham O., 2008b, Ultrasonic wave propagation in non homogeneous media, Springer Proceedings in Physics 128, A. Leger and M. Deschamps Editors, pp 317-327.
Chekroun, M., Le Marrec, L., Abraham, O., Durand O., and Villain, G., 2009, Analysis of coherent surface wave dispersion and attenuation for non-destructive testing of concrete, Ultrasonics, 49, pp 743-751.
Unité responsable de l’exploitation : Département MACS Groupe AI
Contacts :
olivier.durand@ifsttar.fr
odile.abraham@ifsttar.fr
donatienne.leparoux@ifsttar.fr
