Caractérisation électromagnétique des métariaux traités de génie civil dans la bande de fréquence 50 MHz - 13 GHz - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2006

elctromagnetic characterization of concrete in the frequency range 50 MHz - 13 GHz

Caractérisation électromagnétique des métariaux traités de génie civil dans la bande de fréquence 50 MHz - 13 GHz

Résumé

The aim of this work is the identification and the development of techniques allowing the measurement of the complex permittivity of concrete in the frequency range of the geophysical radar or GPR (Ground Penetration Radar). Two typical techniques were developed: a coaxial/cylindrical waveguide cell (50 MHz - 1,6 GHz) and two ended rectangular waveguide probes (spectral bands: [ 4 - 7 GHz ] and [ 7 - 13 GHz ]).

These methods presented the advantages that they are broadband and less destructive. In addition, the numerical simulations carried out with a 3D electromagnetic software showed that these techniques presented a great penetration depth, as well as a good sensitivity of measurement. Then, they make it possible to satisfy the Representative Elementary Volume criterion (REV - minimal size of material to have representative measurements).

The theoretical study of the probes/cellule required the analysis of the direct and inverse problems. The study of the direct problem allowed the calculation of the reflection coefficient according to the dielectric properties of the material under test. The calculation of the permittivity from the measured reflection coefficient defines the inverse problem. After the design of the measurement devices, the developed softwares have been validated by testing different materials with known permittivity.

The measurements carried out on different mixtures showed that the type of the aggregates influence considerably the variation of the permittivity, the maximum size of the aggregates influences the permittivity in the centimetric wave range, and this latter varies linearly according to the compacity.
L'objectif de ce mémoire de thèse est l'identification et la mise au point de techniques permettant la mesure de la permittivité complexe des bétons dans le domaine de fréquence de fonctionnement des radar géophysiques. Deux techniques types ont été développées : une cellule en transition linge coaxiale/guide cylindrique (50 MHz – 1,6 GHz) et deux sondes en guide d'onde rectangulaire (bandes spectrales retenues : [4 – 7 GHz] et [7 – 13 GHz]).

Outre leurs caractères large bande et peu destructif, des simulations numériques réalisées à l'aide d'un logiciel électromagnétique 3D ont montré que ces techniques présentent les avantages d'avoir une grande profondeur de pénétration (supérieure à 6 cm), ainsi qu'une bonne sensibilité de mesure. Elles permettent alors de satisfaire le critère du Volume Élémentaire Représentatif (VER - taille minimale du matériau pour avoir des mesures représentatives).

L'étude théorique des sondes/cellule a nécessité l'analyse des problèmes direct et inverse. L'étude du problème direct permet de calculer le coefficient de réflexion en fonction des propriétés diélectriques du matériau à caractériser. Le calcul de la permittivité à partir du coefficient de réflexion mesuré définit le problème inverse. Après la conception des dispositifs de mesure, les logiciels de dépouillement des données et d'étalonnage ont été validés sur des matériaux étalons.

Enfin, Les mesures réalisées sur différents mélanges de béton ont montré que la nature des granulats joue un rôle prépondérant sur la variation de la permittivité, que la taille maximale des granulats influence la permittivité dans le domaine centimétrique, et que cette dernière varie linéairement en fonction de la compacité.
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Dates et versions

tel-00110739 , version 1 (24-11-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00110739 , version 1

Citer

Mourad Adous. Caractérisation électromagnétique des métariaux traités de génie civil dans la bande de fréquence 50 MHz - 13 GHz. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université de Nantes, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00110739⟩
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