Soutenance de thèse de DOS SANTOS SILVA Klayne
Titre de thèse
Transposition à grande échelle d'une méthode de contrôle non destructive ultrasonore des bétons – tomographie non linéaire d'un bloc massif sur la plateforme expérimentale ODE
Large-scale transposition of an ultrasonic non-destructive testing method for concrete - non-linear tomography of a massive block on the ODE experimental platform
Résumé de la thèse
Dans un contexte d'extension de la durée d'exploitation des centrales nucléaires, la
compréhension et le suivi des pathologies affectant les structures en béton, en particulier
la Réaction Alcali-Granulat (RAG), sont devenus cruciaux. Ce travail de thèse s'inscrit dans
le cadre du consortium CONCRETE, porté par l'ASNR dont Aix-Marseille Université fait
partie, et s'appuie sur les moyens du projet ODOBA. L'objectif est de faire émerger et
démontrer l'applicabilité d'une méthode innovante de contrôle non destructif (CND)
basée sur l'acoustique non linéaire dans le but de détecter et suivre les effets de la RAG
dans des structures de béton d'épaisseur métrique, à l'instar des enceintes de
confinement.
Ce travail présente une approche progressive à trois échelles : petite, moyenne et
grande. Sur des éprouvettes standard (petite échelle), des formulations spécifiques de
béton pathologique sont testées et caractérisées à l'aide de techniques ultrasonores
linéaires et non linéaires (vitesses d'ondes ultrasonores, RUS et NRUS). Sur un bloc de
70 cm (moyenne échelle), une méthode innovante basée sur l'interaction entre l'onde
pompe et l'onde sonde est développée pour détecter et localiser les non-linéarités
induites par la pathologie. Enfin, la méthode est transposée sur la plateforme
expérimentale ODE avec la coulée d'un bloc massif de 10 tonnes (grande échelle) utilisant
la formulation choisie à petite échelle. Les résultats acoustiques sont alors comparés à
ceux d'une instrumentation conventionnelle noyée dans le béton (extensomètres à cordes
vibrantes, fibres optiques et thermocouples). Par ailleurs, des examens destructifs
confirment à grande échelle que la RAG détectée par méthode acoustique provoque la
baisse des propriétés physiques et mécaniques dans le béton.
Les résultats démontrent la pertinence de l'acoustique non linéaire pour la détection
et la surveillance semi-quantitative de l'évolution de la RAG sur une structure réelle,
lorsque les techniques conventionnelles ne peuvent pas être appliquées. Ce travail ouvre
des perspectives solides pour le développement de solutions industrielles de diagnostic
structurel et pour la surveillance de la santé « Structural Healthy Monitoring – SHM » des
structures massives du génie civil.
Mots clés : béton, contrôle non destructif, acoustique non linéaire, réaction alcali
granulat, tomographie ultrasonore, structures nucléaires
Thesis resume
In the context of extending the service life of nuclear power plants, understanding and
monitoring the pathologies affecting concrete structures, especially alkali-aggregate
reaction (AAR), has become crucial. This doctoral research is part of the CONCRETE
consortium, led by ASNR with the participation of the University of Aix-Marseille, and is
funded by the ODOBA project. The aim is to develop and demonstrate the applicability of
an innovative non-destructive testing (NDT) method based on non-linear acoustics to
detect and monitor the effects of AAR on concrete structures with metre-scale
thicknesses, such as containment buildings.
This work follows a progressive approach on three different scales: small, medium and
large or full scale. On standard samples (small scale), specific formulations of pathological
concrete are tested and characterised using linear and non-linear ultrasonic techniques
(ultrasonic wave velocities, RUS and NRUS). On a 70 cm concrete block (medium scale),
an innovative method based on pump wave/probe wave interaction is developed to
detect and localise pathology-induced non-linearities. Finally, the method is applied to the
ODE experimental platform with the casting of a massive 10 tonne block (large/full scale)
using the selected small-scale formulation. The acoustic results are then compared to
those obtained with conventional instrumentation embedded in the concrete (vibrating
wire extensometers, fiber optics sensors and thermocouples). In addition, destructive
tests confirm on a large scale that the AAR detected by the acoustic method leads to a
degradation of the concrete's physical and mechanical properties.
The results demonstrate the relevance of nonlinear acoustics for the detection and
semi-quantitative monitoring of AAR evolution in a real structure, particularly when
conventional techniques cannot be applied. This work opens promising perspectives for
the development of industrial structural diagnostic solutions and beyond for civil
engineering massive structures Structural Healthy Monitoring (SHM).
Keywords: concrete, non-destructive testing, non-linear acoustics, alkali-aggregate
reaction, ultrasonic tomography, nuclear structures