Le Contrôle Thermique non Destructif (CTND) des matériaux et des structures de génie civil par la méthode numérique des volumes finis et des éléments finis

Abstract

De manière générale, le contrôle thermique non destructif (CTND) représente une technique spécialisée qui permet d’acquérir des informations sur un objet ou un matériau sans les détruire et sans affecter leur utilisation future. Ces tests sont effectués au cours ou en fin de fabrication (vérification de la conformité à des spécifications prédéfinies) ou bien encore tout au long de leur utilisation (suivi au cours du temps). La simulation du contrôle thermique non destructif (CTDN) a maintenant atteint une maturité industrielle, la modélisation est aujourd’hui un outil indispensable en amont du contrôle et plus proches des problématiques industrielles, elle permet de traiter la majorité des configurations de contrôle : configurations planes ou tubulaires avec le code volume finis, géométries plus complexes de pièces avec le code éléments finis. Une part importante du mémoire est consacré à la présentation et l’interprétation des résultats de simulation de la méthode numérique des volumes finis dans le cas où le défaut est résistif ou capacitif limité ou illimité, en régimes permanent et transitoire l’effet des différents paramètres du défaut : épaisseur, position et conductivité thermique sur le profil de température et de densité de flux est clairement montré. Dans ce contexte, nous présentons également une méthode de contrôle thermique non destructif utilisant les codes de modélisation numérique CASTEM 2000 basée sur la méthode des éléments finis. Ce travail propose, une analyse numérique 3D appliquée afin de simuler des réponses thermiques, pour obtenir la description du défaut de type inclusion dans une paroi parallélépipédique. Une nouvelle implantation dans le code numérique FEMLAB basé sur la méthode des éléments finis est introduite. La réponse d’un matériau contenant un défaut de type délaminage, lorsqu’il est soumis à une excitation thermique est étudiée. Ensuite le cas particulier des multidéfauts cylindriques montés en nid d’abeille. Les résultats de la modélisation numérique sont donnés, d’abord pour des défauts résistifs, puis pour les défauts capacitifs. Un exemple d’application aux ouvrages du génie civil est présenté, il s’agit de tester les capacités de cette technique pour la détection de vides au sein d’un barrage à poids en Béton Compacté au Rouleau (BCR). Enfin, la dernière partie du mémoire est l’occasion de comparer entre les résultats obtenus avec la méthode des volumes finis et les codes numériques CASTEM 2000, FEMLAB basés sur la méthode des éléments finis. La comparaison est faite sur un matériau avec et sans défaut. Cette étude consiste à tester les codes numériques utilisés dans le contrôle non destructif thermique, afin de dégager le code de calcul le plus adapté aux besoins du travail. Ensuite une application expérimentale des résultats précédents afin de valider le code numérique retenu est présentée. Des pistes sont également proposées pour les orientations futures de ce travail.