Modélisation 3D de la génération des ondes de Lamb par des transducteurs piézoélectriques mono et multi-éléments

Thèse de doctorat, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, 29 maiThe aeronautical field was strongly invested in the development of an Integrated Health Monitoring System (IHMS). This one aims at carrying out a permanent monitoring in real time of the health of a structure without the immobilization of the aircraft. One of the promising techniques to carry out this control is based on the use of miniature piezoelectric transducers integrated into materials. Then, these transducers will generate ultrasonic waves called the Lamb waves. The research carried out in this thesis is devoted mainly to study the physical phenomenon of the propagation of Lamb waves in three dimensions. For this purpose, and initially, the directivity of the piezoelectric transducers generating these ultrasonic waves was predicted. Then, by using the technique of multi - elements in emission, the ultrasonic field is focused towards a selected direction. In the second time, an approximate model named “Pseudo-3D” was developed to have the amplitude of the ultrasonic field in three dimensions. Thus, by using the hybrid method based on the coupled approach of the FEM and the model “Pseudo-3D”, we evaluated the amplitude of the ultrasonic field due to a piezoelectric transducer. This amplitude is then compared with the results obtained using a purely FEM in 3D. A good agreement is observed. Lastly, an experimental study is carried out in order to validate the numerical results.Le secteur aéronautique s’est investi fortement dans le développement d’un système de contrôle-santé intégré. Celui-ci vise à réaliser une surveillance permanente et en temps réel de l’état de santé d’une structure sans l’immobilisation de l’appareil. L’une des techniques prometteuses pour effectuer ce contrôle est basée sur l’utilisation de transducteurs piézoélectriques miniatures intégrés aux matériaux. Ces transducteurs vont alors générer les ondes de plaques appelées aussi les ondes de Lamb. Les recherches effectuées dans cette thèse sont consacrées principalement à étudier le phénomène physique de la propagation des ondes de Lamb en trois dimensions. A cet effet, et dans un premier temps, la directivité des transducteurs piézoélectriques générant ces ondes ultrasonores a été prédite. Ensuite, en utilisant la technique de multi – éléments en émission, le champ ultrasonore est focalisé vers une direction choisie. Dans un deuxième temps, un modèle approché nommé Pseudo-3D a été développé pour avoir l’amplitude du champ ultrasonore en 3D. Ainsi, en utilisant la méthode hybride basée sur l’approche couplée de la MEF et du modèle Pseudo-3D, nous avons évalué l’amplitude du champ acoustique dû à un transducteur piézoélectrique. Cette amplitude est ensuite comparée aux résultats obtenus à l’aide d’une modélisation par éléments finis en 3D. Une bonne concordance est observée. Enfin, une étude expérimentale est réalisée afin de valider les résultats numériques