Monitoring and Auscultation of timber by Identification of hydraulic and Mechanical Fields : Coupling of Acoustic and Electromagnetic Methods
Surveillance et Auscultation des Ouvrages en bois par Identification des Champs Hydrique et Mécanique : Couplage des Méthodes Acoustiques et Electromagnétiques
Résumé
This work is developed in the context of the SouBois project funded by the Nouvelle Aquitaine region. The target is to propose a methodology for coupling non-destructive testing (NDT) techniques based on the propagation of electromagnetic (Radar) and elastic (Ultrasound) waves. This makes the auscultation and monitoring of wooden structural elements more reliable for extending the timber construction’s life. As a first step, an analytical development of the mechanical ultrasonic wave propagation model in anisotropic material has been improved. Then a Finite Element Method simulation is realized to prepare a coupling with heterogeneous moisture fields or long-term behaviors. In a third step, an experimental campaign is introduced to identify the continuous of humidity (w) and mechanical (E, G, υ) in glulam beams at a structural scale using electromagnetic and ultrasonic waves. Several factors that could present sensitivities on the electromagnetic and mechanical waves propagation in wood are introduced like species, geometry, moisture content, density and direction of wave propagation relative to the grain angle. Finally, with a view to in situ assessment of structures, a numerical optimization methodology is proposed according to the ultrasonic measurement results which allows the estimation of global elasticity moduli (E, G, υ) through a linear relation with density under different moisture conditions.
Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet SouBois financé par la région Nouvelle Aquitaine. L’objectif est de proposer une méthodologie de couplage de méthodes de Contrôle Non Destructif (CND) basées sur la propagation des ondes électromagnétiques (Radar) et mécaniques (Ultrasons) afin de fiabiliser l’auscultation et la surveillance des éléments structuraux en bois pour prolonger la durée de vie de ce type de construction. Une méthodologie de mesure et d’analyse est proposée. Dans un premier temps, un développement analytique du modèle de propagation des ondes mécaniques dans un matériau anisotrope a été approfondi. Puis des simulations numériques par la méthode aux éléments finis ont été réalisées afin de préparer un couplage avec des champs d’humidité hétérogènes ou des comportements à long terme. Ensuite, une campagne expérimentale est proposée pour caractériser les propriétés d’élasticité d’éléments en lamellé collé, corrélées aux variations d’humidité par méthodes radar et ultrasonore. Plusieurs facteurs pouvant présenter une sensibilité sur la propagation des ondes électromagnétique et mécanique dans le bois sont introduits comme la géométrie, l’espèce, l’humidité, la densité et la direction de propagation de l’onde par rapport à l’angle du fil. Finalement, dans une perspective d’auscultation in situ des structures, une méthodologie d’optimisation numérique, basée sur la propagation d’ondes ultrasonores, est proposée afin d’estimer les modules d’élasticité (E, G, υ) globaux des éléments à différents états d’humidité.
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