Imagerie assistée par la simulation par ondes élastiques guidées pour le SHM

La surveillance de l’épaisseur résiduelle des structures, cruciale dans des secteurs comme le nucléaire ou l’aéronautique, peut être réalisée par des méthodes de tomographie basées sur des ondes élastiques guidées. Les approches classiques, utilisant des approximations comme la propagation acoustique d’un unique mode, sont limitées en présence de conversions de modes ou de géométries complexes. Pour dépasser ces contraintes, une méthode d’imagerie par ”dérivée de forme” est proposée. Cette méthode itérative, issue de l’optimisation mathématique, résout un problème inverse qui permet de reconstruire la forme d’un domaine en comparant les données ultrasonores expérimentales et simulées. Contrairement aux approches traditionnelles, elle utilise le modèle de propagation élasto-dynamique pour simuler précisément la propagation des ondes élastiques dans les solides. Une méthode d’autocalibration est ensuite appliquée afin d’ajuster les données simulées dans le but de les rendre comparables aux signaux expérimentaux. Par rapport aux approches existantes dans la littérature, cette méthode présente la nouveauté d’être spécifiquement adaptée à la calibration des formes d’onde complètes, prenant ainsi en compte plusieurs modes de propagation et différentes composantes fréquentielles. Une fonction coût, quantifiant la différence entre les données mesurées et simulées, est ensuite établie. Sa minimisation, permettant la résolution du problème inverse, repose sur le calcul de son gradient via la méthode adjointe. Le principal défi réside dans la résolution coûteuse du système élastodynamique à chaque itération. Pour y remédier, deux outils sont introduits : une estimation initiale obtenue par un algorithme de tomographie acoustique, limitant les itérations et réduisant le problème de minima locaux, et l’usage des éléments finis spectraux transitoires d’ordre élevé, réduisant le coût de calcul par itération. L’algorithme proposé est ensuite testé numériquement et validé expérimentalement sur plusieurs structures endommagées, telles que des structures de type plaque, que l’on retrouve dans l’aéronautique, et des tuyauteries présentes par exemple dans le secteur du nucléaire. Il montre des améliorations significatives de performances comparé aux approches traditionnelles notamment sur les structures complexes, offrant alors la perspective de solutions efficaces de monitoring de la corrosion sur de vraies applications industrielles.