Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : Détection de défauts dans les structures de génie civil par analyse en ondelettes de réponse vibratoire

Laboratoire principal - Référent principal   -

Directeur du laboratoire principal   -

Spécialité de la thèse Mécanique

Axe 2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures

Site principal Marne-la-Vallée

Etablissement d'inscription UNIVERSITE PARIS-EST

Ecole doctorale SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)

Directeur de thèse prévu ARGOUL Pierre  -  Université Gustave Eiffel  -  LVMT

Type de financement prévu Contrat doctoral  - Ifsttar

Résumé

Pour répondre au besoin accru de surveillance des ouvrages d'art et infrastructures vieillissantes, l'étude du comportement vibratoire des structures en conditions opérationnelles, le Structural Health Monitoring (SHM), constitue un moyen de contrôle de leur état de santé. À ces fins, la Transformée en Ondelettes Continue (TOC) se présente comme un outil adapté, tant dans l'étude de l'évolution des paramètres modaux des structures (fréquences propres, déformées modales et amortissements), que par sa capacité de détection et de caractérisation de comportements dynamiques non-linéaires et non-stationnaires. L'enjeu de cette thèse est donc de contribuer à l'amélioration des techniques actuelles d'analyse fondées sur cette transformée et au développement de nouvelles méthodes, appliquées au cas des ouvrages du génie civil et en particulier de ponts en béton, naturellement sollicités par des sources d'excitation ambiante (vent, trafic, etc.).

Dans le cas de structures en réponse libre ou harmonique, les solutions existantes d'analyse modale par ondelettes sont peu adaptées aux signaux multi-canaux. Une transformée commune pour ces signaux est donc proposée, permettant notamment une réduction du bruit relatif et la définition d'une arête unique, accompagnée d'un critère de normalisation des déformées modales instantanées dans le plan complexe. Ce dernier satisfait alors, pour les besoins de la TOC et du SHM, des propriétés de continuité et de généralité. Les méthodes introduites sont ensuite implémentées sur des données expérimentales, issues d'un mur en maçonnerie et d'un pont ferroviaire instrumentés par des capteur accélérométriques.

Dans le cas de structures sous sollicitation ambiante, deux contributions à l'utilisation de la TOC sont proposées. La première porte sur l'usage de l'estimateur d'autocorrélation pour l'analyse modale par ondelettes des structures au comportement dynamique linéaire. Son erreur statistique, issue de son estimation à partir d'un temps fini de mesure et impactant particulièrement le calcul de l'amortissement, est étudiée analytiquement, numériquement et expérimentalement. La deuxième est une méthode originale de caractérisation stochastique de systèmes non-linéaires et non-stationnaires sous excitation ambiante à partir de la TOC, permettant l'obtention de lois liant l'amplitude et la fréquence de vibration de ces systèmes. Celle-ci est ensuite implémentée sur des signaux issus de simulations numériques d'un pont dégradé, endommagé par des fissures respirantes et soumis au trafic routier, puis sur des données expérimentales issues de ponts routiers précontraints sous trafic ambiant.

Mots-clefs: ouvrages de génie civil, défauts, vibratoire, transformée en ondelettes

Laboratoire principal - Référent principal	-
Directeur du laboratoire principal	-
Spécialité de la thèse	Mécanique
Axe	2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures
Site principal	Marne-la-Vallée
Etablissement d'inscription	UNIVERSITE PARIS-EST
Ecole doctorale	SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)
Directeur de thèse prévu	ARGOUL Pierre - Université Gustave Eiffel - LVMT
Type de financement prévu	Contrat doctoral - Ifsttar
Résumé Pour répondre au besoin accru de surveillance des ouvrages d'art et infrastructures vieillissantes, l'étude du comportement vibratoire des structures en conditions opérationnelles, le Structural Health Monitoring (SHM), constitue un moyen de contrôle de leur état de santé. À ces fins, la Transformée en Ondelettes Continue (TOC) se présente comme un outil adapté, tant dans l'étude de l'évolution des paramètres modaux des structures (fréquences propres, déformées modales et amortissements), que par sa capacité de détection et de caractérisation de comportements dynamiques non-linéaires et non-stationnaires. L'enjeu de cette thèse est donc de contribuer à l'amélioration des techniques actuelles d'analyse fondées sur cette transformée et au développement de nouvelles méthodes, appliquées au cas des ouvrages du génie civil et en particulier de ponts en béton, naturellement sollicités par des sources d'excitation ambiante (vent, trafic, etc.). Dans le cas de structures en réponse libre ou harmonique, les solutions existantes d'analyse modale par ondelettes sont peu adaptées aux signaux multi-canaux. Une transformée commune pour ces signaux est donc proposée, permettant notamment une réduction du bruit relatif et la définition d'une arête unique, accompagnée d'un critère de normalisation des déformées modales instantanées dans le plan complexe. Ce dernier satisfait alors, pour les besoins de la TOC et du SHM, des propriétés de continuité et de généralité. Les méthodes introduites sont ensuite implémentées sur des données expérimentales, issues d'un mur en maçonnerie et d'un pont ferroviaire instrumentés par des capteur accélérométriques. Dans le cas de structures sous sollicitation ambiante, deux contributions à l'utilisation de la TOC sont proposées. La première porte sur l'usage de l'estimateur d'autocorrélation pour l'analyse modale par ondelettes des structures au comportement dynamique linéaire. Son erreur statistique, issue de son estimation à partir d'un temps fini de mesure et impactant particulièrement le calcul de l'amortissement, est étudiée analytiquement, numériquement et expérimentalement. La deuxième est une méthode originale de caractérisation stochastique de systèmes non-linéaires et non-stationnaires sous excitation ambiante à partir de la TOC, permettant l'obtention de lois liant l'amplitude et la fréquence de vibration de ces systèmes. Celle-ci est ensuite implémentée sur des signaux issus de simulations numériques d'un pont dégradé, endommagé par des fissures respirantes et soumis au trafic routier, puis sur des données expérimentales issues de ponts routiers précontraints sous trafic ambiant.
Mots-clefs:	ouvrages de génie civil, défauts, vibratoire, transformée en ondelettes

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