Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Alternative methods exist for the estimation of thermophysical properties. These methods are based on artificial intelligence tools. These tools are artificial neuronal networks and neuro-fuzzy systems. They allow for estimating the thermal diffusivity of a homogeneous material. Indeed, a structural defect locally modifies this property and this is why knowing this property can be useful in non-destructive testing (NDT). The approaches described can easily be applied to other issues concerning the estimation of parameters or properties .
Auteur(s)
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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
-
Adama TRAORE : Docteur de l’université de Montpellier II - Maître de conférences, université de Perpignan Via Domitia, laboratoire PROMES-CNRS UPR 8521
-
Jean-Luc BODNAR : Docteur de l’université de Reims Champagne-Ardenne - Maître de conférences, université de Reims Champagne-Ardenne, laboratoire GRESPI
-
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.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
bâtiment matériaux Contrôle non destructif Caractérisation de matériaux Estimation de propriétés
KEYWORDS
building | materials | Non-destructive testing | Materials characterization | Properties estimation
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Présentation
Contexte de l’étude
En anglais
5. Synthèse
Dans cet article, il est montré que les réseaux de neurones artificiels et les systèmes neuro-flous de type ANFIS sont des outils efficaces pour l’identification de propriétés thermophysiques et, par conséquent, une aide pertinente au contrôle non destructif. Les mesures utilisées sont des réponses à des excitations dont le profil temporel est pseudo-aléatoire (PRBS).
Ainsi, dans un premier temps, un réseau de neurones à propagation avant du type Perceptron multicouche a été utilisé. Ce réseau, après en avoir fixé la topologie et en avoir identifié les paramètres ajustables, est capable d’estimer avec précision la diffusivité thermique d’un matériau homogène à partir de sa réponse à un PRBS en face avant ou en face arrière. Pour cela, nous l’avons d’abord entraîné avec une série de matériaux fictifs aux comportements thermiques divers, issus de simulations. Puis, une première validation a été effectuée, toujours à partir de matériaux simulés, afin de vérifier la pertinence de l’approche et de tester la capacité à généraliser de l’outil. Les réseaux ont ensuite été utilisés pour estimer, en face avant ou en face arrière, la diffusivité thermique d’échantillons de matériaux connus. Les résultats sont particulièrement satisfaisants. Aucun prétraitement n’a été nécessaire.
Une deuxième approche d’estimation de la diffusivité thermique de matériaux à partir des réponses en face avant et en face arrière à une excitation de type PRBS est présentée. Elle s’appuie sur l’utilisation de systèmes neuro-flous de type ANFIS (Adaptive Network-based Fuzzy Inference System). Cette démarche, contrairement à l’approche neuronale, permet une prise en compte fine de la « connaissance experte ». En guise de prétraitement, l’utilisateur doit interpréter lui-même le signal à traiter et mettre en avant une ou plusieurs caractéristiques particulières dépendant de la ou des grandeurs recherchées. Ces caractéristiques permettront la formulation de règles floues. Les résultats obtenus grâce à l’approche neuro-floue sont tout aussi satisfaisants que ceux fournis par l’approche neuronale. Pour autant, les possibilités offertes par les outils de l’intelligence artificielle pour le contrôle non destructif...
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Synthèse
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).
-
(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).
-
(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).
-
(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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