Intégration de l’ITZ dans les modèles de propagation d’ondes pour la caractérisation ultrasonore des bétons

La connaissance de l’état de santé du béton est primordiale pour assurer la durabilité des ouvrages du génie civil tels que les ponts ou les barrages. Le béton est un matériau fortement hétérogène : il est constué d’un ensemble de granulats de natures, de formes et de tailles diverses figés dans une matrice cimentaire. A plus petite échelle, on retrouve l’Interfacial Transion Zone (ITZ, figure 1), une fine couche (de l’ordre de quelques dizaines de microns), très poreuse entourant chaque granulat. Les endommagements du béton s’y initient principalement. Les ultrasons présentent un fort potenel pour l’auscultaon de ce type de matériau. L’interaction entre les ondes ultrasonores et les composants du béton est forte et dépend de la fréquence des ondes. Les signaux obtenus portent des informations sur l’état microstructural du matériau. Plusieurs travaux permettent de décrire l’interaction ondes et structures du béton mais la prise en compte de l’ITZ dans les modèles de propagation des ondes n’est pas encore effective.

Au laboratoire, des modèles analyques et numériques de béton sont développées et permettent la prise en compte des éléments de composion [1],[2]. A partir des nombres d’onde équivalents extraits de ces modélisations, les comportements fréquentiels en vitesse et atténuation de l’onde cohérente se propageant dans le milieu sont analysés. Ces modèles doivent maintenant évoluer pour intégrer des éléments d’endommagement dans la descripon du béton [3]. Pour cela, la première étape est la prise en compte de l’ITZ. Il s’agira d’intégrer, dans les modèles de propagation, une descripon plus fine des granulats, en prenant en compte une couche autour des granulats. Dans les modélisaons en 2D, les granulats sont représentés par des disques auxquels il s’agira d’ajouter une couche autour pour représenter l’ITZ (figure 2).

Le travail se fera tout d’abord sur un diffuseur puis sur un ensemble de diffuseurs pris en compte dans les modèles de propagaon. Le stage portera sur la modélisaon analyque de ces noons que l’on programmera en code Matlab ou Python. Les résultats seront analysés et éventuellement comparés à des modélisaons numériques disponibles au laboratoire. Cette première étape permettra alors d’ouvrir des voies d’amélioraon pour la descripon de l’ITZ par cette couche « dégradée » en périphérie des diffuseurs.

Encadrement : Jean-François Chaix (jean-francois.chaix@univ-amu.fr), Manda Ramaniraka.

Possibilité de poursuite en thèse : Oui

Profil : Acousque, Génie Civil, Mécanique, Contrôles Non Destrucfs, Sismique, Traitement des Signaux, …

1. [1] T. Yu, J.-F. Chaix, L. Audibert, D. Komatsch, V. Garnier, J.-M. Hénault, Simulaons of ultrasonic wave propagaon in concrete based on a two6dimensional numerical model validated analycally and experimentally, Ultrasonics 92 (2019) 21–34. ISSN 0041-624X. doi: 10.1016/j.ultras.2018.07.à&_;
2. [2] N. Khalid, M. Darmon, and J.-F. Chaix. 2D Analycal Modelling for Ultrasonic Inspecon of Concrete Structures: Effects of Sca+erers Posion Correlaon, Journal of Physics: Conference Series, 2768 (2024), 012002. ISSN 1742-6596. doi: 10.1088/1742-6596/2768/1/012002.
3. [3] N. Khalid. Advanced semi-analycal modeling for ultrasonic inspecon of concrete structure, Thèse de doctorat de l’université Paris-Saclay, soutenance prévue le 3 décembre 2024, 204 pages.