Study of ultrasonic multiple scattering for the modelling of structural noise and the characterization of coarse grained cast stainless steels

Étude de la diffusion multiple des ultrasons en vue de la modélisation du bruit de structure et de la caractérisation des aciers moulés inoxydables à gros grains

Thomas Bedetti (1)

1 LIST (CEA) - Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies

This thesis presents the study of ultrasonic multiple scattering in media with a complex microstructure. In the context of Non-Destructive Testing (NDT), our media of interest consisted of forged and molded stainless steel samples often used in nuclear industry. An experimental study has first been conducted using linear phased arrays, by measuring the inter-elements response matrix in a wide frequency band (1 MHz to 12 MHz). Values of characteristic parameters of multiple scattering have been deduced by post-processing this matrix (elastic mean free path, correlation distance). In addition, the coherent backscattering effect that can appear in those steels has been highlighted and studied. By exploiting this phenomenon, the diffusion constant D has been measured. Then, a structural noise simulation method has been developed. It is based on the diffusion approximation and a numerical algorithm that generate random correlated noise. The experimentally measured parameters have been used as entries of the method. Accounting for the NDT domain, this method takes the influence of the transducers into account, at emission and reception. Comparisons have been conducted between simulated and experimental noise levels. Results have shown a good agreement when the diffusion regime is established.

Cette thèse porte sur l'étude du régime de diffusion multiple des ondes ultrasonores dans les milieux à microstructure complexe. Dans le cadre du Contrôle Non-Destructif (CND), nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux aciers inoxydables forgés et moulés, utilisés dans l'industrie nucléaire. Dans un premier temps, une étude expérimentale a été réalisée, utilisant des capteurs linéaires multiéléments. Sur une bande de fréquences s'étalant de 1 MHz à 12 MHz, nous avons mesuré la matrice de réponse inter-éléments et en avons déduit, grâce à différents post-traitements, des valeurs de certains paramètres caractéristiques de la propagation de l'onde multiplement diffusée (libre parcours moyen, distance de corrélation du champ). De plus, la mise en évidence et l'étude du phénomène de rétrodiffusion cohérente dans ces aciers nous a permis d'accéder à une mesure de la constante de diffusion D. Par la suite, nous avons développé une méthode de simulation du bruit de structure fondée sur le couplage entre l'approximation de la diffusion et un algorithme de génération de bruit corrélé aléatoire. Les paramètres mesurés précédemment ont été utilisés en entrée de cette méthode. Se plaçant dans le contexte du CND, elle prend en compte l'influence du capteur en émission et réception. Des comparaisons avec des mesures de bruit effectuées dans les échantillons d'acier montrent un bon accord des résultats de simulation lorsque les contributions de diffusion multiple dominent celles de diffusion simple.

Mots clés: Ultrasound; Multiple scattering; Structural noise; Stainless steel

Mots clés: Ultrasons; Diffusion multiple; Bruit de structure; Acier inoxydable

Domaines: Acoustique [physics.class-ph]; Acoustique [physics.class-ph]

Thomas Bedetti. Étude de la diffusion multiple des ultrasons en vue de la modélisation du bruit de structure et de la caractérisation des aciers moulés inoxydables à gros grains. Acoustique [physics.class-ph]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00781177⟩