THESE : Pierre GOISLOT

Rapporteurs :

• Mme Odile ABRAHAM - Université Gustave Eiffel
• M. Marc REBILLAT - Arts et Métiers

Examinateurs :

• M. Koen VAN DEN ABEELE - KU Leuven
• M. Régis MARCHIANO - Sorbonne Université

Co-encadrante de thèse :

• Mme Guillemette RIBAY

Co-directeur de thèse :

• M. Emmanuel MOULIN - INSA Hauts-de-France
• Mme Lynda CHEHAMI - Université Polytechnique Hauts-de-France

L’industrie aéronautique opère une transition des matériaux traditionnels vers les matériauxcomposites, plus légers pour une résistance mécanique équivalente, permettant ainsi une réductionsignificative de la consommation de carburant. Cependant, ces matériaux subissent desendommagements complexes, notamment à la suite d’impacts générant des défauts appelés BVID(Barely Visible Impact Damage), souvent invisibles en surface, et qui constituent un enjeu majeur.Provoqués par des chocs légers (grêle, débris ou chutes d’outils lors de la maintenance), ils peuventévoluer vers des états critiques suite à des sollicitations mécaniques répétées. La sécurité étant unepréoccupation constante dans l’industrie aéronautique, elle s’appuie notamment sur le suivi del’intégrité des structures. Les techniques traditionnelles de contrôle non destructif (CND) reposent surdes inspections ponctuelles programmées et coûteuses, limitant alors la fréquence des inspections. Lecontrôle de santé intégré (SHM, pour Structural Health Monitoring) vise à pallier ces limites en assurantune surveillance continue de la structure à l’aide de capteurs embarqués sur l’appareil. Parmi lesméthodes de SHM existantes, celles exploitant les ondes élastiques guidées sont naturellementsensibles à ces défauts. Cependant, les approches traditionnelles reposant sur un état de référencesont peu adaptées à des structures évoluant dans des environnements sévères. Ce travail vise alors àdévelopper une méthode de détection et de localisation de BVID sans état de référence, via uneméthode pompe-sonde reposant sur le principe de modulation vibro-acoustique, où une vibration basse
fréquence (pompe) modifie l’état de contact du défaut, perturbation ensuite détectée par une ondeultrasonore (sonde). Comme les signatures obtenues avec cette famille de méthodes sont d’un ordrede grandeur plus faible que les signatures obtenues avec un état de référence, une méthode d’imageriecohérente a d’abord été développée, pour des structures très anisotropes. Elle tient compte des effetsde focalisation induisant une déviation de phase, et a permis de localiser un BVID avec état deréférence en présence de bruit très élevé. Un défaut de contact artificiel a ensuite été conçu etmodélisé, pour la mise en place de méthodes d’imagerie sans état de référence. Il a été montré que cedéfaut impose une force variable sur la plaque en vibration, générant alors une interface de contactvariable. La modulation d’une onde élastique guidée traversant ce défaut a été observée par descapteurs piézoélectriques et confirmée par une observation du champ ultrasonore. La troisième étape aporté sur la localisation du défaut artificiel avec une instrumentation multi-émetteurs compatible SHM.Plusieurs stratégies ont été explorées, des approches incohérentes, ne nécessitant pas l’information dephase des signatures ultrasonores, à des approches cohérentes plus performantes mais aussi pluscontraignantes. Le cas d’une pompe monochromatique a été étudié, puis celui d’une pompe aléatoiregrâce à une méthode basée sur la décomposition en valeurs singulières des matrices différentielles.Une seconde approche matricielle, fondée sur la décomposition en composantes indépendantes, apermis de détecter des modulations faibles noyées dans le bruit. Enfin, les méthodes développées ontété appliquées à un cas réel sur un BVID. La nature multimodale des ondes élastiques guidées et laprésence de modulations concurrentes à celle du défaut rendent l’interprétation des résultats délicate.Les modulations observées sur les modes A0 et S0 ont été étudiées ainsi que la modulation desconversions entre ces modes à l’aide d’algorithmes d’imagerie multimodale. Une approche alternative,basée sur le mixage fréquentiel de deux ondes ultrasonores, a permis de mettre en évidence uneinteraction non linéaire dans la zone du BVID via une mesure du champ ultrasonore, et donne despistes d’améliorations futures de la méthode.