Transducteurs piézoélectriques flexibles imprimés pour l'évaluation non destructive

Les matériaux et structures industrielles font l’objet d’opérations ponctuelles de contrôle et de maintenance pour assurer leur intégrité dans le cycle de production, assemblage et utilisation. Les méthodes d’évaluation utilisent des phénomènes physiques variés et peuvent être intrusives ou non-intrusives. Ces évaluations sont coûteuses et présentent encore des limitations sur l’inaccessibilité de certaines zones dans les structures et, dans certains cas, sur l’estimation de l’origine des détériorations. Un axe de recherche tente donc aujourd’hui d’imaginer des dispositifs capables de s’intégrer aux matériaux et structures afin de monitorer leur santé dans le temps et de manière in-situ. La thématique est communément appelée SHM (Structural Health Monitoring). Une des limites actuelles de l’imagerie et du SHMultrasonores concerne l’adaptabilité des transducteurs à la complexité géométrique de la structure inspectée. Le P(VDF-TrFE) est un polymère piézoélectrique donnant la possibilité d’imprimer par sérigraphie une nouvelle génération de transducteurs ultrasonores. Souples et d’une épaisseur de quelques micromètres, ils peuvent s’intégrer aux structures courbes pour offrir un contrôle in situ. Leur procédé de fabrication permet des géométries de surfaces actives complexes qui influencent directement l’information acoustique émise ou reçue par le transducteur. Après avoir présenté le procédé de fabrication des transducteurs et leur caractérisation électromagnétique en vibration libre, la thèse cherche à étudier leur dynamique une fois collés sur une structure plane. L’actionnement piézoélectrique sur une plaque génère des ondes guidées, ou ondes de Lamb (utiles aux applications SHM), qui ont une importance capitale dans le comportement du système couplé. L’efficacité des polymères piézoélectriques étant faible comparée à la famille des céramiques, leur mise en applications demande d’autant plus une compréhension fine des physiques mobilisées pour parvenir à un bon rapport signal sur bruit. Unemodélisation numérique multiphysique du transducteur couplé à la structure est développée et comparée à un modèle analytique et aux résultats expérimentalement obtenus à l’aide d’un vibromètre à effet Doppler 3D. Une analyse est effectuée sur les paramètres géométriques de rayons de transducteurs et de longueurs d’ondes acoustiques dans la plaque. Le modèle servira pour des perspectives futures d’optimisations de géométries adaptées aux complexités des structures à monitorer. Enfin, les transducteurs et réseaux de transducteurs conçus sont déployés pour des applications d’émission acoustique sur réservoir d’hydrogène et de surveillance de conduit industriel.