Suivi des gradients de propriétés du béton par capteurs ultrasonores embarqués

Résumé : La propagation des ondes ultrasonores est adaptée au suivi de profil d'indicateurs de durabilité du béton, en particulier le module de Young et la porosité.

Le travail de cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR SCaNING ("Suivi des infrastructures neuves et existantes par Capteurs Noyés pour évaluer les Indicateurs Nécessaires à leur Gestion durable"). L'objectif de ce projet est de développer une approche multiphysique pour le suivi de la santé des structures en béton, en évaluant l’évolution continue d’indicateurs et de leurs gradients tels que la résistance à la compression, le module d’élasticité, la porosité et la teneur en eau. Une chaîne de mesure ultrasonore multi-éléments noyée dans une structure en béton a été conçue afin de suivre le profil de vitesse de propagation des ondes de compression sur plus de 20 cm d’épaisseur. Tout d'abord, une étude numérique du capteur ultrasonore permet d'analyser les effets de différents paramètres, tels que la fréquence, l'hétérogénéité du béton, la distance de propagation des ondes et l’atténuation des signaux. Plusieurs prototypes de capteurs ont ensuite été fabriqués et testés dans l’eau et dans des éprouvettes de béton de petites dimensions, pour aboutir à un capteur à base d'une pastille piézoélectrique intégrée dans un tube et amortie. Les résultats ont montré la capacité de ce capteur à mesurer la vitesse de propagation des ondes de compression avec une bonne résolution pour une distance de propagation d'environ 10 cm. L'effet de la température sur les mesures ultrasonores a été quantifié en noyant les capteurs développés dans différents bétons, et des fonctions de correction en température ont été proposées. Ensuite, une calibration des capteurs a été réalisée sur des carottes de béton présentant différents degrés de saturation en eau. Deux dispositifs contenants chacun huit paires de capteurs ultrasonores ont été intégrés dans une dalle en béton armé afin de suivre son séchage, d'abord à une température constante de 20 °C puis à 45 °C. Les facteurs influençant les mesures ultrasonores par capteurs noyés ont été identifiés, et une méthodologie a été mise en œuvre pour quantifier les incertitudes liées aux observables mesurées. Un algorithme de tomographie ultrasonore différentielle a été appliqué aux mesures expérimentales pour suivre l'effet du séchage en fonction de la profondeur dans la dalle.

Jury

·       Arnaud Deraemaeker, Professeur des Universités, Université Libre de Bruxelles – Rapporteur

·       Stéphane Multon, Professeur des Universités, Université de Toulouse – Rapporteur

·       Béatrice Yven, Ingénieur, Docteur, ANDRA – Examinatrice

·       Ahmed Loukili, Professeur des Universités, Centrale Nantes – Examinateur

·       Mehdi Sbartai, Professeur des Universités, Université de Bordeaux – Examinateur

·       Odile Abraham, Ingénieur des Travaux Publics de l’État HC, HDR, Université Gustave Eiffel – Directrice de thèse 

·       Vincent Garnier, Professeur des Universités, Aix-Marseille Université – Co-directeur de thèse

·       Jean-François Chaix, Professeur des Universités, Aix-Marseille Université – Co-encadrant de thèse

La soutenance de thèse de Rouba Hariri est prévue le 16 décembre à 14h30, dans l’amphithéâtre du bâtiment Viarme de l'Université Gustave Eiffel, sur le campus de Nantes.