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RÉSUMÉ
Il existe des méthodes alternatives aux méthodes classiques pour l'estimation de propriétés thermophysiques. Ces méthodes s'appuient sur des outils issus du domaine de l'intelligence artificielle. Il s'agit des réseaux de neurones artificiels et des systèmes neuro-flous. Ils permettent ici d'estimer la diffusivité thermique d'un matériau homogène. En effet, la présence d'un défaut de structure modifie localement cette propriété, c'est pourquoi la connaître peut constituer une aide au CND. Les démarches décrites peuvent aisément s'appliquer à d'autres problèmes d'estimation de propriétés ou de paramètres.
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Olivier FAUGEROUX : Docteur de l’université de Perpignan Via Domitia - Maître de conférences, université de Perpignan Via Domitia, laboratoire PROMES-CNRS UPR 8521
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Stéphane GRIEU : Docteur de l’université de Perpignan Via Domitia - Professeur des universités, université de Perpignan Via Domitia, laboratoire PROMES-CNRS UPR 8521
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Adama TRAORE : Docteur de l’université de Montpellier II - Maître de conférences, université de Perpignan Via Domitia, laboratoire PROMES-CNRS UPR 8521
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Jean-Luc BODNAR : Docteur de l’université de Reims Champagne-Ardenne - Maître de conférences, université de Reims Champagne-Ardenne, laboratoire GRESPI
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Bernard CLAUDET : Docteur de l’université de Perpignan Via Domitia - Professeur des universités, université de Perpignan Via Domitia, laboratoire PROMES-CNRS UPR 8521
INTRODUCTION
La mise en application d’une méthode de contrôle non destructif nécessite l’interprétation et/ou l’exploitation des différents résultats qu'elle fournit. Il est donc indispensable de bien maîtriser l’outil permettant cette exploitation/interprétation, cette dernière pouvant simplement être menée grâce au savoir-faire du manipulateur/expérimentateur. Différents outils mathématiques peuvent toutefois être utilisés, a priori beaucoup moins soumis à la subjectivité de ce dernier.
Une démarche classique consiste à utiliser les méthodes inverses. Il s’agit alors de comparer un modèle de comportement aux mesures effectuées. Il est ainsi possible de remonter aux propriétés ou paramètres considérés en s’assurant simplement que l’écart entre les mesures et le modèle est négligeable. Cette approche nécessite une connaissance parfaite du système étudié et la possibilité d'exploiter cette connaissance pour le modéliser finement, sous peine de ne pas identifier correctement les différentes propriétés recherchées. Des modèles paramétriques peuvent être envisagés. Cependant, leur capacité de généralisation est souvent très limitée.
Une solution est alors d’avoir recours à des outils permettant de développer des modèles à partir d'exemples (ou cas d'espèce) et qui sont ensuite capables de généraliser en exploitant l'information apprise. Ces outils, les réseaux de neurones artificiels et les systèmes neuro-flous (pour ceux que nous avons testés), appartiennent au domaine de l’intelligence artificielle (IA). Ces systèmes permettent par ailleurs une prise en compte fine de la connaissance experte. Enfin, les possibilités offertes par les algorithmes génétiques sont en cours d’étude.
L’objectif de ce document est, après avoir présenté les outils issus de l’IA utilisés et à travers un exemple expérimental simple, de montrer leurs possibilités. Les points clés permettant la mise en place des démarches proposées sont détaillés de façon à ce qu’un expérimentateur puisse l’adapter à un problème d’estimation spécifique. Il est néanmoins fortement conseillé d’avoir des bases en modélisation des systèmes pour obtenir des résultats satisfaisants.
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MOTS-CLÉS
bâtiment matériaux Contrôle non destructif Caractérisation de matériaux Estimation de propriétés
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Estimation de propriétés thermophysiques de matériaux
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1. Contexte de l’étude
Le contrôle non destructif regroupe un ensemble de méthodes dont le but est de caractériser les structures testées sans que leur intégrité n’en soit affectée. L’idée est ainsi de déterminer un traceur de caractérisation qui peut être une propriété (physique, optique, thermique…) ou bien une grandeur scalaire dont on peut surveiller les variations relatives par rapport à une valeur de référence.
En général, l’objectif principal d’une caractérisation est de connaître la valeur d’une propriété de la structure, elle est donc soit directement déterminée par la méthode, soit corrélée à une grandeur scalaire. Déterminer la grandeur permet alors de recalculer la valeur de la propriété. Il est aussi possible d’estimer l’état d’usure d’un matériau. Différents tests à différents moments de la vie de la structure sont effectués. Au préalable, plusieurs valeurs du traceur doivent être déterminées : la valeur pour la structure neuve et la valeur pour la structure en fin de vie. Suivre la valeur du traceur nous renseigne alors sur l’état de la structure.
La localisation de défauts est aussi une application des méthodes de CND. Le principe est alors de procéder à des tests en différents points de la structure et de comparer les différentes valeurs du traceur obtenues. Une valeur différente des autres peut être la conséquence de la détection d’un défaut.
Le choix du traceur est donc primordial, quel que soit l’objectif fixé. Il doit ainsi être choisi très judicieusement. Ceci étant fait, il s’agit de sélectionner une méthode de CND adaptée à la structure à tester et qui permettra d’évaluer correctement la valeur du traceur.
Le traceur auquel nous allons nous intéresser est une propriété thermophysique : la diffusivité thermique. Connaître cette propriété peut aussi bien nous permettre de déterminer le type d’un matériau que de définir l’usure d’une structure ou de localiser des défauts, tout cela d’un point de vue thermophysique. Une usure signifie alors, par exemple, que le matériau utilisé n’est plus une barrière – ou un pont – thermique aussi efficace qu'initialement souhaité. La présence d’un corps étranger, d’une fissure, d'une délamination ou d’humidité...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PARKER (W.), JENKINS (C.), ABOTT (G.) - Flash method of determining thermal diffusivity, heat capacity and thermal conductivity - Journal of Applied Physics, vol. 32(9), pp. 1679-1684 (1961).
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(2) - GOBBE (C.), BAZIN (M.), GOUNOT (J.), DEHAY (G.) - An apparatus for measuring polymer thermal conductivity - Journal of Polymer Sciences, vol. 278, pp. 119-124 (1988).
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(3) - DEGIOVANNI (A.), BATSALE (J.-C.), MAILLET (D.) - Mesure de la diffusivité longitudinale de matériaux anisotropes. Panorama des techniques développées au LEMTA - Revue générale de thermique, vol. 35, pp. 141-147 (1996).
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(4) - KRAPEZ (J.C.), SPAGNOLO (L.), FRIESS (M.), AIER (H.P.), NEUER (G.) - Measurement of in-plane diffusivity in non-homogeneous slabs by applying flash thermography - International journal of thermal sciences, Vol. 43, n° 10, pp. 967-977 (2004).
-
(5) - BAILLIS-DORMANN (A.) - * - . – Détermination des propriétés radiatives et conductives de milieux semi-transparents, mémoire d’Habilitation à...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
BODNAR (J.L.), CANDORE (J.C.), CARON (D.), NICOLAS (J.L.). . – Système de contrôle non destructif étendu (SAMMTHIR), brevet français déposé à l’INPI le 26 mars 2008, numéro 08/01646.
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