Grandeurs mesurées

On distingue généralement la méthode de mesure active, dite de l’émission-réception, où la source de vibration est contrôlée par l’opérateur (§2.2.3) ; de la méthode de mesure passive, dite des émissions acoustiques, où la source provient de l’endommagement du matériau (§ 2.2.2). On se propose, dans le cadre du présent travail, de réaliser ces deux types de mesures de manière simultanée.

Le problème qui se pose est alors celui de la superposition, au niveau des récepteurs R1 et R2 :

SECTION 8.3 - Protocole expérimental définitif

Figure 8.13 – Représentation schématique des signaux électriques émis et enregistrés.

— des émissions acoustiques spontanées provenant de l’endommagement du béton. Une réponse à cette problématique peut consister à réaliser un chargement par palier (i.e. succession de montées en charge et de pauses où la charge est maintenue constante, [Lillamand et al.,2010]). La mesure en émission acoustique est alors réalisée pendant les phases de montée en charge : quand l’endommagement se produit. La mesure en émission-réception est quant à elle réalisée pendant les paliers, après un laps de temps permettant l’atténuation des émissions acoustiques. Le fluage et la relaxation des matériaux sont ce-pendant susceptibles de se produire ce-pendant ces paliers de charge, ce qui peut remettre en question la représentativité de la mesure vis-à-vis d’un comportement sous chargement monotone.

La méthode adoptée au cours de ce travail permet de conserver le caractère monotone du chargement. La distinction entre les signaux superposés issus des deux types de sources est réalisée par post-traitement des données.

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L’analyse en émission-réception nécessite d’isoler la partie du signal acoustique résul-tant de l’émission contrôlée via le transducteur E1. Pour cela, il est nécessaire de retirer du signal toutes les ondes « parasites » issues des émissions acoustiques. On s’appuie alors sur le caractère irrégulier des émissions acoustiques qui se manifestent de manière aléatoire et possèdent chacune une forme d’onde singulière.

En effet, si on considère deux formes d’ondes successives enregistrées à 10 ms d’in-tervalle (la fréquence de répétition de chaque tir), la partie du signal due à l’émission contrôlée ne varie que très peu entre ces deux instants. Les émissions acoustiques, très brèves, produisent quant à elles deux signaux très différents en termes d’amplitude, de fréquence, et de position le long de la fenêtre temporelle d’acquisition de 5 ms. De ce fait, la réalisation d’une moyenne entre les deux signaux superposés espacés de 10 ms tend à conserver la forme d’onde régulière, liée à l’émission contrôlée, et à annuler les signaux irréguliers, issus des émissions acoustiques.

Cette procédure est d’autant plus performante que le nombre de formes d’ondes utilisé pour réaliser la moyenne est important. Cependant, le temps consacré à l’acquisition des signaux pour réaliser cette moyenne doit être suffisamment petit pour que la variation du signal dû à l’émission contrôlée reste négligeable (cet impératif est à l’origine, entre autres, de la vitesse de chargement adoptée pour notre essai d’arrachement).

Il s’agit donc de trouver un juste milieu qui, dans le cadre de ce travail, s’est traduit par la réalisation d’une moyenne toutes les 5 secondes, sur la base de 250 signaux en-registrés. On obtient alors, toutes les 5 secondes, les deux formes d’ondes reçues par R1 et R2 qui, du fait du traitement, correspondent uniquement au signal contrôlé émis par E1. Les caractéristiques du signal traité extraites pour chaque récepteur et pour chaque pas de temps de 5 secondes sont les suivantes (figure8.14) :

— le temps tvol écoulé entre l’émission et la première émergence du signal reçu. Pour déterminer ce temps, on calcule la moyenne et l’écart-type du bruit de la mesure en isolant une fenêtre temporelle située avant l’arrivée du front d’onde (figure8.14). La valeur moyenne du bruit, si elle est non nulle, est systématiquement soustraite à l’ensemble du signal. Le temps tvol est associé au premier dépassement d’un seuil fixé à 5 fois l’écart-type du bruit.

— le temps t0−1 écoulé entre l’émission et le premier passage à 0 du signal reçu. Le passage à 0 est identifié lorsque le produit de deux valeurs de tensions reçues consé-cutives devient négatif. On réalise ensuite une interpolation linéaire entre les deux points de signes opposés précédemment identifiés.

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L’analyse des émissions acoustiques nécessite d’isoler la partie du signal acoustique résultant des émissions spontanées. On enregistre pour cela l’intégrale Etot du carré de l’amplitude de chaque signal enregistré (i.e. pour chaque récepteur et pour chaque pas de temps de 10 ms). La valeur enregistrée de cette intégrale peut être divisée en deux composantes :

SECTION 8.3 - Protocole expérimental définitif

— l’aire EE1 sous la partie du signal dû à l’émission contrôlée, dont la valeur varie de manière graduelle en fonction de l’endommagement de la zone située entre l’émetteur et le récepteur ;

— l’aire EEA associée aux émissions spontanées se produisant dans l’ensemble du vo-lume de l’échantillon, très variable, qui s’ajoute à la composante continue.

On a donc Etot = EE1+ EEA.

La procédure adoptée pour isoler la composante EEA provenant des émissions acous-tiques consiste à se baser sur la stabilité relative de la composante continue EE1 issue de l’émission contrôlée (figure8.15).

Pour comprendre cette procédure, considérons un point de mesure quelconque (i.e. une valeur de Etot à un instant donné t). On cherche à déterminer EE1 pour en déduire EEA

par différence. Pour cela, on calcule la valeur moyenne de Etotau voisinage de cet instant t (i.e. ± 4 µs, soit 20 valeurs de Etot de part et d’autre de l’instant t considéré). Les valeurs de Etotsupérieures à 1,03 fois cette moyenne locale sont considérées comme correspondant à des émissions spontanées. On répète ce calcul de moyenne, pour le même voisinage, en éliminant du calcul les valeurs de Etot précédemment identifiées. On obtient alors une nouvelle valeur moyenne qui se rapproche un peu plus du niveau EE1 de la composante continue. On répète ce processus itératif jusqu’à converger vers une valeur moyenne stable qui correspond à la composante continue EE1 à l’instant t. On en déduit EEA.

Figure 8.15 – Procédure d’identification des sources acoustiques spontanées. Notons que l’analyse des émissions acoustiques réalisée dans le cadre de ce travail ne représente qu’une version restreinte de la méthode originale telle qu’introduite en2.2.2et utilisée en 6.1. En effet, pour des raisons matérielles, l’enregistrement que nous réalisons (25 000 points à 5 MHz, soit une durée de 5 ms) ne représente que la moitié du temps qui s’écoule entre chaque tir (10 ms). Les émissions acoustiques produites au cours de la moitié restante, soit 50 % des éventualités, ne sont donc pas enregistrées. Cependant, bien que partiel, cet échantillonnage offre une représentation statistique des variations de l’activité acoustique spontanée au cours de l’essai d’arrachement.