Search

The budgets assigned to the repair of structures and built heritage have reached an alarming level. A scientific approach is needed to reduce these budgets by implementing tools for a more reliable and optimal assessment of existing structures. Non-destructive testing (NDT) techniques constitute one of approaches adapted to real conditions. These techniques are based on well-known physical principles. Many companies offer their services in NDT domain today but many challenges remain. The two particular needs of structure managers are the optimization of the assessment strategy (where to measure? how many testing points? what technique(s) and what precision?) and the quantification of mechanical properties of materials or durability indicators such as the compressive strength, the carbonation depth, the moisture content. The questions are how to estimate these properties from measurements performed, and what are the accuracy and reliability of the evaluation?This thesis is part of two French research projects: ACDC-C2D2 and ANR EVaDéOS. The main objective is to analyze the variability of non-destructive testing (NDT) measurements for assessing the spatial variability of concrete in real conditions. NDT techniques considered are chosen as being complementary: radar, electrical resistivity, ultrasonic, rebound hammer. The results are obtained from a wide campaign of measurements, which was performed on concrete slabs of a testing site and on two existing structures. The analysis of the NDT variability makes it possible to assess the necessary minimum number of measurements for a desired level of confidence. Furthermore, the spatial correlation of the data was modeled using the variogram analysis. In some cases, the results show that NDT measurements are not spatially independent. The correlation lengths identified depend on the measured property and the concrete of the structure inspected. They are a new result, which will provide on one hand a better evaluation of spatial variability of concrete and on the other hand a more realistic input of reliability calculations of structures. The correlation length allows also the identification of an optimal sampling distance on existing structure within the monitoring time or the implementation of additional analyses (eg. core, complementary or more reliable NDT) and a better representation of the spatial mapping of concrete properties.Within the framework of the ANR EvaDéOS research project, the effects of carbonation and of moisture gradients on NDT measurements were studied. This work aims to study the sensitivity of NDT techniques for assessing these two durability indicators and their impact on the variability of NDT measurements. In laboratory, the experimental surveys were carried out on testing specimens having different depths of carbonation or moisture gradients. The effect of carbonation was quantified for several parameters: electrical resistivity, ultrasonic pulse velocity and rebound hammer. With respect to the variability of NDT measurements, the effect of carbonation is only significant in the case of saturated concrete, in particular for the local variability of electrical resistivity and rebound hammer. This effect is weak in comparison with the effect of saturation degree. The first results show also that the measurements of electrical resistivity would follow moisture gradients in concrete., Les budgets alloués aux réparations des ouvrages et du patrimoine bâti ont atteint un niveau important. Une démarche scientifique est donc réfléchie pour réduire ces budgets par la mise en place d’outils visant à optimiser et fiabiliser le diagnostic structural des ouvrages. Les méthodes de contrôle non destructif (CND) constituent l’une des voies adaptées. Ces techniques reposent sur des principes physiques bien connus et les sociétés de service en proposent aujourd’hui un emploi courant, mais de nombreux verrous subsistent. Les deux besoins majeurs des gestionnaires d’ouvrages sont celui de l’optimisation de la stratégie de reconnaissance (où mesurer ? en combien de points ? avec quelle(s) techniques(s) et quelle précision ?) et celui de la quantification des propriétés mécaniques des matériaux ou des indicateurs de durabilité telles que la résistance à la compression, l’épaisseur carbonatée, le taux d’humidité. La question est comment déduire ces propriétés et ces indicateurs des mesures faites ? Et quelles sont la précision et la fiabilité de l’évaluation ?Cette thèse s’inscrit dans le cadre de deux projets nationaux de recherche : le projet ACDC-C2D2 et le projet ANR EvaDéOS. L’objectif principal est d’analyser la variabilité issue du CND pour ensuite remonter à la variabilité spatiale des bétons en conditions réelles. Les techniques de CND considérées sont choisies parmi les plus complémentaires : radar, résistivité électrique, ultrasons et rebond (scléromètre). Les résultats sont obtenus à partir d’une large campagne expérimentale effectuée sur des dalles d’un site test et sur deux ouvrages. L’analyse de la variabilité des CND a permis d’évaluer le nombre minimal de mesures nécessaire pour un niveau de confiance souhaité. D’autre part, la corrélation spatiale des données a été modélisée par l’analyse variographique. Les résultats montrent que, dans certain cas, les mesures de CND ne sont pas spatialement indépendantes. Les longueurs de corrélation identifiées dépendent de la propriété mesurée ainsi que du béton de l’ouvrage ausculté. La connaissance de ces longueurs de corrélation est un résultat nouveau qui permettra d’une part de mieux estimer la variabilité spatiale des bétons et d’autre part d’alimenter de manière plus réaliste les calculs fiabilistes des ouvrages. Elle permet également d’identifier un pas d’échantillonnage optimal sur ouvrage dans le cadre du suivi temporel ou pour effectuer des analyses complémentaires (ex. carottage, CND complémentaire ou plus fiable) et de représenter au mieux la cartographie spatiale des propriétés du béton.Dans le cadre du projet de recherche ANR EvaDéOS, les effets de la carbonatation et des gradients de teneur en eau (gradient d’humidité) sur les techniques CND ont été étudiés. Ce travail a pour objectifs d’étudier la sensibilité des techniques de CND à évaluer ces deux indicateurs de durabilité ainsi que leur impact sur la variabilité des mesures de CND. En laboratoire, des campagnes expérimentales ont été réalisées sur corps d’épreuve ayant différentes profondeurs de carbonatation ou des gradients d’humidité. L’effet de la carbonatation a été quantifié pour certains observables : résistivité électrique, vitesse ultrasonore et rebond. En ce qui concerne la variabilité des mesures de CND, l’effet de la carbonatation est seulement notable dans le cas du béton saturé, en particulier pour la variabilité locale de la résistivité électrique et du rebond. Cet effet reste faible par rapport à l’effet du degré de saturation. Les premiers résultats montrent également que les mesures de la résistivité électrique permettraient de suivre des gradients d’humidité dans le béton.

International audience; For particular turbulent flows, PIV measurements technique provides more than 10% of spurious velocity vectors at each time step. To correct these vectors, we propose to use the Linear Stochastic Estimation (LSE) dealing with the spatial correlation tensor of the velocity. If this tensor cannot be determined in some measurement zones, Proper Orthogonal Decomposition is used to model this tensor. Both reconstruction methodologies are tested from PIV measurements performed in a Spark Ignition engine flow. We show that for coherent structures analysis, the LSE reconstruction method provides better results than classical mathematical interpolation methods. To cite this article: Ph. Druault, Ph. Guibert, C. R. Mecanique 332 (2004).  2004 Académie des sciences. Publié par Elsevier SAS. Tous droits réservés. Résumé Utilisation de l'Estimation Stochastique pour corriger les vecteurs vitesse PIV erronés. Les mesures PIV peuvent entraîner pour des écoulements turbulents particuliers près de 10 % de vecteurs vitesse erronés. Pour corriger ces vecteurs, on propose d'utiliser l'Estimation Stochastique Linéaire basée sur le tenseur de corrélation spatiale de vitesse. Si ce tenseur n'est pas partout accessible, la Décomposition Orthogonale aux valeurs Propres est alors utilisée pour reconstruire ce tenseur. Une validation de ces procédures de reconstruction réalisée à partir de mesures PIV en écoulement de moteur a ainsi montré l'intérêt pour l'analyse des structures cohérentes d'utiliser la LSE par rapport aux méthodes d'interpolations mathématiques couramment utilisées. Pour citer cet article : Ph. Druault, Ph. Guibert, C. R. Mecanique 332 (2004).  2004 Académie des sciences. Publié par Elsevier SAS. Tous droits réservés. Version française abrégée L'amélioration de la connaissance et la maîtrise de l'aérodynamique interne des moteurs à allumage commandé passe par une analyse fine des structures tourbillonnaires dites cohérentes de l'écoulement et de la partie turbulente dite incohérente. En effet, ces structures ainsi que la turbulence jouent un rôle majeur sur l'émission de polluants et sur la combustion en permettant notamment l'optimisation du mélange. Des mesures instantanées du champ de vitesse obtenues par PIV (Particle Image Velocimetry) sont alors particulièrement enrichissantes pour l'analyse de ces structures. Toutefois, sous certaines conditions d'opération, de telles mesures génèrent plus de 10 % de vecteurs vitesse erronés dus aux éventuels problèmes d'ensemencement, de déplacement de particules, de reflexions sur les parois solides ou autres. L'objectif de cette étude consiste à proposer une procédure de reconstruction de ces champs de vitesse permettant de conserver l'organisation spatio-temporelle de l'écoulement. Des méthodes d'interpolation mathématique basées sur les plus proches voisins [3,4] sont généralement utilisées. Il existe également quelques méthodes basées sur des critères plus physiques [2,5] comme le champ de vorticité ou les lignes de courant. Dans cette étude, nous proposons d'utiliser l'Estimation Stochastique Linéaire (LSE) [7] pour reconstruire ces données de vitesse. La LSE permet de reconstruire les vecteurs vitesse erronés à partir de la connaisance des vecteurs vitesse corrects et du tenseur de corrélation spatiale en deux points de la vitesse (voir équations (1) et (2)). Cette estimation nécessite la connaisance de ce tenseur pour tout couple de points du maillage qui peut ne pas être accessible en raison de problèmes de convergence ou d'un manque de données de vitesse en une même zone de la section de mesure. Nous proposons alors d'utiliser la Décomposition Orthogonale aux valeurs Propres (POD) pour reconstruire ce tenseur. La démarche suivie est la suivante : (i) Réalisation d'une POD à partir du tenseur de corrélation calculé directement à partir des mesures PIV brutes du champ de vitesse ; (ii) Modélisation des vecteurs propres à l'aide d'interpolations cubiques par splines ; (iii) orthonormalisation des vecteurs propres modélisés ; et (iv) reconstruction du tenseur de corrélation à l'aide de l'équation 3. A partir de la connaissance de ce tenseur sur un maillage quelconque, il est alors possible d'estimer via la LSE les vecteurs vitesse en tout point de ce maillage. Ces procédures de reconstruction ont été validées en utilisant des mesures PIV réalisées pendant la phase d'ad-mission dans le cylindre d'un moteur à allumage commandé. Le plan de mesure correspond à celui du tumble c'est-à-dire le plan contenant l'axe du cylindre où l'écoulement a un mouvement de rotation. Le système PIV La-Vision a été utilisé. La configuration expérimentale ainsi que le dispositif de mesure sont similaires à ceux détaillés dans [10]. Les outils de post traitement permettant d'annuler les vecteurs vitesse erronés sont détaillés dans [10] et ont montré qu'environ 10 % des vecteurs obtenus étaient faux. Les procédures de reconstruction du champ de vitesse ont alors été mises en oeuvre. De plus, durant la phase de mesure d'un plan particulier, des problèmes de ré-flexion sont apparus nécessitant la reconstruction des corrélations car celles-ci n'étaient pas statistiquement conver-gées. Une illustration des différentes procédures de reconstruction proposées dans ce travail est donnée sur les Figs. 1 et 2. Des différences notables ont été observées entre les résultats issus de la LSE et des méthodes classiques d'interpolation par splines notamment lorsqu'une zone assez large contient des vecteurs erronés confirmant les ré-sultats de [11]. Dans cet article, on présente une analyse comparative où les résultats issus de ces deux méthodes d'interpolations semblent similaires (voir Fig. 2 (c) et (d)). Toutefois, les champs de vorticité issus respectivement de ces deux champs de vitesse mettent en évidence de notables différences (Fig. 2 (e) et (f)). Ce résultat montre donc que pour une analyse fine de la structuration d'un tel écoulement, il est indispensable de bien reconstruire les vec-teurs vitesse erronés en prenant en compte la physique de l'écoulement par l'intermédiaire des corrélations spatiales de vitesse. Par ailleurs, une telle approche peut également être étendue à la génération de vitesse sur un maillage quelconque et aux mesures PIV tridimensionnelles (3 composantes-3 directions) nécessitant des interpolations.

Not available, Le transport de soluté dans les milieux poreux a retenu l'intérêt des chercheurs depuis de nombreuses années en raison du grand nombre des applications concernées. Ce travail est consacré à l'étude du processus de mélange dans des milieux poreux saturés. Ces milieux sont fabriqués par photolithographie et sont constitués d'un arrangement aléatoire de cylindres circulaires orthogonaux à une surface support. Pour la fabrication de tels milieux poreux, dans une première étape, les limites et les difficultés de leur fabrication par le procédé classique de la stéréophotolithographie laser point par point sont cités alors que dans une deuxième étape, un nouveau procédé de fabrication par masque est présenté. Deux appareils de réalisation sont utilisés et comparés. Une technique est mise en oeuvre pour étudier la dispersion matérielle d'un traceur coloré dans ces milieux. Elle est basée sur le principe de l'absorption de la lumière (loi de beer-lambert) : un rayon lumineux émis par un laser traverse le milieu poreux, son intensité atténuée par la fraction absorbée par le traceur est mesurée dans différents points par un système photonique commandé par des moteurs pas à pas. Pour un milieu poreux aléatoire, on a étudié l'influence de la variation du débit d'écoulement et la concentration initiale du traceur sur le profil temporel de concentration, ainsi que la variation de ce dernier en fonction de la distance par rapport au point d'injection du traceur. Cette méthode de mesure a été étendue à la mesure simultanée en deux points. Elle permet d'accéder aux intercorrélations spatiales entre les profils de concentration pour différentes séparations. Le procédé de fabrication des milieux poreux et la technique de mesure sont particulièrement appropriés à l'étude de la dispersion dans les milieux poreux désordonnés par une étude plus approfondie des échelles temporelles et spatiales représentatives de l'écoulement.