Tomographie par Ondes Élastiques Guidées pour le Shm de Structures Complexes H/F - CEA

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat.

Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.

Implanté au coeur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.

Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :

- La conscience des responsabilités
- La coopération
- La curiositéLes techniques de contrôle santé intégré SHM consistent à munir une structure d'un réseau de capteurs permettant de détecter à tout moment et de manière automatisée l'apparition de défauts (corrosion, délaminage, etc.). Un phénomène physique permettant la détection des défauts consiste à utiliser des ondes élastiques guidées ultrasonore se propageant dans la structure, émises et détectées par des capteurs piézoélectriques minces noyés dans le matériau ou collés à sa surface. Les données acquises par les différents capteurs peuvent ensuite être exploitées par des algorithmes d'imagerie, tels que des algorithmes de tomographie, pour fournir une cartographie de l'épaisseur de la zone inspectée. Ce type d'information permet ensuite d'identifier les défauts et quantifier leur sévérité (taille, profondeur) [1,2].

Des résultats obtenus au laboratoire ont montré le potentiel de cette technique sur plaque [3] ou encore sur tube [4]. Il est cependant nécessaire d'imager des structures de plus en plus complexes. En effet, l'industrie du secteur nucléaire, par exemple, est demandeuse de solutions pour imager des tuyauteries de très faible diamètre notamment. La tomographie par ondes guidées appliquée aux tuyauteries utilise deux couronnes de capteurs qui entourent la zone à imager. Ces capteurs permettent d'émettre des ondes guidées et de les mesurer après leur propagation dans la zone d'intérêt. Un ensemble de signaux sont ainsi acquis pour chaque couple de capteurs. Cela constitue les données d'entrée de l'algorithme d'imagerie. Les trajets des ondes qui se propagent directement entre la couronne émettrice et la couronne réceptrice sont appelés trajets directs et les trajets des ondes qui font un ou plusieurs tours de la tuyauterie avant d'atteindre la couronne réceptrice sont appelés trajets hélicoïdaux (voir Figure 1). Selon la complexité de la géométrie, i.e. petit diamètre, des interférences entre les ondes qui ont suivi des trajets différents (direct et hélicoïdal) peuvent dégrader fortement la qualité de l'imagerie par tomographie.

Le stage proposé consiste à quantifier puis à limiter l'impact des interférences entre trajets directs et hélicoïdaux sur la reconstruction d'épaisseur par tomographie, notamment en travaillant directement sur le traitement des signaux ultrasonores associés [5, 6]. L'étude portera dans un premier temps sur des géométries de petit diamètre, essentiellement sur des données simulées numériquement, suivies d'une validation sur des données expérimentales existantes. Dans un second temps et en fonction de l'avancement du stage, une campagne expérimentale pourra être envisagée.

Figure 1 : Illustration des phénomènes d'interférence (droite) ou de non-interférence (gauche) des signaux ultrasonores pour les trajets directs et les trajets hélicoïdaux, pour des géométries à grand diamètre (gauche) et à faible diamètre (droite).

Niveau 3e année école d'ingénieur ou Master 2
En plus de connaissances théoriques en traitement du signal, acoustique et propagation d'ondes, le candidat doit avoir un goût pour la programmation et devra faire preuve d'esprit d'initiative. Des compétences en langage Python seront très appréciées.
Ce stage a une durée de 6 mois et pourrait se poursuivre par une thèse. Le stagiaire perçoit une gratification mensuelle brute variable selon le niveau de classification de sa formation. Le stage se déroulera sur le site du CEA Saclay.