Développement d'outils numériques et expérimentaux pour optimiser des réseaux de capteurs piezos organiques pour le SHM de structures complexes – DETOX

Le suivi de la santé des nouveaux équipements et structures est un enjeu industriel majeur pour la sécurité, la fiabilité et la performance des systèmes. L'inspection par ultrasons permet une détection à distance des endommagements basée sur la propagation d’ondes élastiques et répond déjà en partie aux contraintes inhérentes au SHM (Structural Health Monitoring). La technologie dominante utilise des céramiques PZT (Lead Zirconate Titanate) qui montrent leurs limites en termes de toxicité (plomb), d’intégration (épaisseur et rigidité) et de liberté de conception due au mode de fabrication. Le P(VDF-TrFE) (polyvinylidène trifluoroéthylène), polymère piézoélectrique organique sans plomb, a le potentiel pour répondre à toutes ces limitations. Il est fin, conformable et léger et peut donc s’adapter à toutes formes de supports pour assurer une intrusivité minimale. Il permet surtout de concevoir librement toute forme de capteurs et de les mettre en œuvre, même au stade de prototype. L'objectif du projet DETOX est de développer les outils nécessaires à la conception optimale et à la fabrication de réseaux de transducteurs piézoélectriques organiques pour le SHM d'une structure donnée. Chaque structure aura son réseau optimisé en termes de probabilité de détection du défaut et de performance de la localisation voire de l’identification de la méthode. Pour atteindre cet objectif, une double méthode d'optimisation à l’échelle des transducteurs et du réseau sera mise en œuvre. L’optimisation sera réalisée pour deux méthodes innovantes, une reposant sur une interaction unique entre l’onde et le défaut et une exploitant le champ acoustique réverbéré. Elle nécessite le développement d'un métamodèle numérique efficace construit à l’aide d’un algorithme d'apprentissage basé sur des simulations numériques multi-physiques. Le procédé de fabrication de transducteurs reposant sur les techniques de sérigraphie et de pulvérisation innovantes sera optimisé et mis en œuvre. Enfin, l'ensemble du processus sera déployé et évalué expérimentalement sur deux démonstrateurs composites : le capot moteur de la nacelle d'A380 et un réservoir d'hydrogène. Le projet repose sur un partenariat complémentaire de trois laboratoire et un centre technologique. L’IMS aura en charge l’optimisation des processus de fabrication des transducteurs et de la fabrication elle-même. L’I2M travaillera sur les méthodes d’imagerie et sur l’optimisation du réseau de transducteur. Cette optimisation sur pièce réaliste s’appuiera sur les modèles réduits par réseaux neuronaux développés au PIMM qui apportera également son expertise sur le SHM acoustique. Enfin le CETIM donnera la vision et les besoins proches de l’industrie ainsi que son expertise en SHM et en fabrication de structures composites pour le démonstrateur du réservoir d’hydrogène.