Commande Optimale de systèmes acoustiques :Design d’ondes ultrasonores pour la magnification de défauts en Contrôle non Destructif

Type : Thèse de doctorat
Auteur(s) :  HOUHAT Nesrine
Directeurs du mémoire/thèse :  -
Année :  2021
Domaine : Physique
Etablissement :  Université des sciences et de la technologie Houari Boumediène (USTHB)
Résumé en PDF :  (résumé en pdf)
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Mots clés :  commande optimale, Acoustique non linéaire, Méthodes NEWS, Optimisation, Algorithme génétique, Algorithme Descente de gradient, VAM

Résumé :

La recherche de la commande, c’est-à-dire l’excitation optimale des systèmes acoustiques est un domaine relativement nouveau en acoustique puisque cette quête a commencéavec les travaux précurseurs de M. Fink sur le retournement temporel vers le début desannées 90 et les travaux de V. Gibiat sur l’énergie topologique vers le milieu des années 2000. Finalement, dix ans après, les travaux de J.M. Girault et S. Ménigot sur lacommande optimale en imagerie ultrasonore médicale ont donné un nouvel élan à cettethématique, en montrant que l’émission d’ondes acoustiques "intelligentes" pouvait apporter beaucoup dans l’analyse et la compréhension des systèmes dynamiques linéairesmais aussi non linéaires.L’objectif principal de cette thèse est d’étendre le champ d’application de la commande optimale (CO) au domaine du contrôle non destructif non linéaire (CND- NL) parultrasons et de proposer de nouveaux concepts et approches de la commande optimale. Lamise en œuvre de cette méthode nécessite le choix de trois éléments qui sont : la fonctionde coût à optimiser, le paramètre d’optimisation et l’algorithme d’optimisation. Ce choixdoit être appuyé par des études préliminaires qui permettent l’obtention de résultats significatifs. Pour ce faire, une investigation dans le domaine du CND-NL a été effectuéeafin de trouver une application pertinente de la CO. La commande optimale d’un systèmeacoustique revient à trouver automatiquement le/les réglage(s) optimal(aux) du systèmequi maximise/minimise un critère donné à sa sortie, sans aucune connaissance a prioridu système, la seule donnée nécessaire étant le signal de sortie.Deux approches de la commande optimale ont été abordées dans cette thèse. Nousavons considéré la fréquence de l’excitation puis la forme d’onde de l’excitation commeparamètre d’optimisation. Des méthodes d’optimisation heuristiques et méta-heuristiquesont été utilisées. Une étude numérique a permis d’étudier la faisabilité de la combinaisonde la CO à la méthode de CND-NL sélectionnée. Parmi ces méthodes, notre choix a portésur la Spectroscopie non linéaire par modulation d’ondes (Nonlinear Wave ModulationSpectroscopy ou NWMS et Vibro- Acoustic Modulation ou VAM). Ces méthodes ontl’avantage d’être relativement rapide à mettre en œuvre et de fournir un diagnostic dumatériau en un temps assez court.Une simulation de la propagation unidimensionnelle d’ondes élastiques dans un milieu solide a été effectuée. La propagation dans le milieu est simulée par un système composéde chaines masse-ressort avec amortissement. Cette simulation a permis une étude paramétrique de l’influence de certains paramètres, tels que l’amplitude de la non linéaritéquadratique, l’étendue de l’endommagement et sa localisation dans le matériau sur leslobes d’intermodulation. Il a été démontré que l’amplitude des lobes d’intermodulationest sensible à de tels paramètres et que l’augmentation et la génération de ces dernierspeuvent être utilisées comme un bon indicateur de la présence et de l’accroissement del’endommagement dans le matériau. Nous avons également mis en évidence le fait quele bon choix des fréquences de travail (sonde et pompe) dépend du matériau examiné etpermet de maximiser les effets de modulation non linéaires.Une étude expérimentale portant sur la combinaison de la commande optimale à laméthode VAM dans un milieu multi-diffuseur est présentée. Le but est, donc, de trouverautomatiquement la meilleure fréquence pompe permettant de maximiser la modulationnon linéaire se produisant entre les signaux pompe et sonde. La méthode proposée ne nécessite aucune analyse modale préalable et permet d’éviter les zones aveugles de détectionpour lesquelles le défaut est localisé à un nœud de vibration de l’onde.Ce nouveau paradigme de la commande optimale dans le domaine du CND-NL nousparait très prometteur. En effet, diverses applications peuvent être envisagées pour l’amélioration des méthodes existantes pour la détection et la localisation de défauts non linéaires dans les solides.