Contrôle-santé passif de structures basé sur l'interaction des non-linéarités acoustiques de contact avec le bruit vibratoire ambiant – PANSCAN

Ce projet de recherche concerne l'étude d'une méthode innovante pour la détection et l'imagerie d'endommagement, appliquée au suivi de santé structurel. Le principe de cette méthode est fondé sur l'exploitation des champs acoustiques et vibratoires ambiants, en lieu et place de l'émission d'ondes ultrasonores classiquement utilisée dans les techniques de contrôle non destructif traditionnelles.

La faisabilité d'utilisation des sources aléatoires pour des applications de détection de défauts dans les structures de type plaques minces a été validée dans des travaux récents. Bien que des résultats académiques très encourageants aient été obtenus en matière de détection et localisation de défauts, l'utilisation de la réponse linéaire des défauts pose un problème de robustesse en conditions réelles, pour lesquelles l'influence des paramètres environnementaux sur les signaux enregistrés peut s'avérer rédhibitoire.

L'idée émergente de ce projet consiste à tirer partie des phénomènes de non-linéarités acoustiques de contact au sein des endommagements, afin de développer des méthodes passives de suivi de structures plus robustes. En effet, une zone structurelle endommagée soumise à des chargements mécaniques statiques ou basse-fréquences manifeste en général un comportement non-linéaire susceptible de produire deux types d'effets : (1) émission acoustique et génération d'harmoniques par contact solide-solide ; (2) effets "pompe-sonde" modulant les ondes ultrasonores incidentes sur l'endommagement.

L'exploitation de ces deux effets en utilisant comme basses fréquences les vibrations générées naturellement en usage normal (l'exemple typique est celui des structures de transport) est le point central de ce projet. Le traitement des ondes ultrasonores produites ou modulées par les non-linéarités de contact sous chargement basse fréquence doit permettre une détection robuste et si possible la localisation et caractérisation d'endommagements structurels critiques. Puisque ce principe repose sur l'interrogation d'un même endommagement dans différents états de chargement, et non sur des signaux de références enregistrés dans un hypothétique état sans endommagement, l'immunité vis à vis des conditions environnementales doit être très largement accrue par rapport aux techniques linéaires classiques.

Enfin, puisque les techniques envisagées sont acoustiquement passives, les avantages attendus sont : faible consommation d'énergie (pas d'émission ultrasonore), déploiement et installation facilités, limitation de l'électronique embarquée (circuits de réception uniquement, et non émission-réception).

Une des principales applications envisagées est le contrôle-santé intégré des structures qui, de par leurs conditions d'usages, sont le siège d'une propagation d'ondes acoustiques. Un exemple notoire est celui des structures aéronautiques en cours de vol. Dans ce contexte, les principes développés permettraient d'envisager la mise en oeuvre d'un système embarqué de surveillance temps réel de l'état des structures, facile à intégrer dans un aéronef (faible encombrement, câblage et consommation limités, ... ).