Utilisation de l'analyse par ondelettes pour un suivi automatisé d'endommagement de structures par l'analyse des modes propres

Une méthodologie pour la télésurveillance de structures par l'analyse dynamique des modes propres a été élaborée. Cette méthodologie a été incorporée à un outil automatisé qui traite les données d'accéléromètres installés sur des poutres. L'outil effectue un pré-traitement mathématique des modes par interpolation et extrapolation avant l'analyse par méthode d'ondelettes. Les paramètres mathématiques des étapes de traitement ont été optimisés dans la présente étude pour retrouver plusieurs localisations d'endommagements. La méthodologie a été mise à l'essai sur des poutres en acier lors de tests en laboratoire. Lors des essais, les poutres sur appuis simples ont été analysées avant et après l'imposition de différents niveaux d'endommagement générés localement par des trais de scie sur les ailes inférieures qui simulaient des réductions de rigidité de 10%, 20%, 40% et 56%. La méthode a été capable d'identifier 3 localisations différentes de réduction de rigidité dans la majorité des scénarios d'endommagements

Développement d'approches de télédétection thermique multi-échelles et de modélisation pour l'évaluation des systèmes d'écoulement d'eau souterraine au sein des eskers

Résumé Cette étude vise le développement d’une approche combinée de la télédétection thermique multi-échelles et de la modélisation thermique pour la délimitation des zones d’exfiltration des eaux souterraines et l’estimation de la profondeur de la nappe d’eau souterraine au sein des formations fluvioglaciaires de la région boréale de l’Abitibi-Témiscamingue. Les approches développées s’appuient sur l’hypothèse voulant que les eaux souterraines peu profondes sont susceptibles d’influencer la température du sol et de la végétation et que ces caractéristiques peuvent être mesurées par télédétection. Des données satellitaires associées à la bande 10 du satellite Landsat 8 ayant une résolution spatiale (30 m x 30 m) ont été employées pour le calcul de la température de surface (ci-après LST pour Land Surface Température) à l’échelle régionale. La température de surface a été calculée selon la loi de Planck grâce à l’utilisation d’une application (open source plugin) disponible dans le logiciel QGIS. Les zones associées à certaines anomalies thermiques détectées par l’approche satellitaire ont subséquemment été ciblées pour l’acquisition de données à haute résolution. Une zone associée à un site d’extraction de sable et de gravier où les sols inorganiques étaient observés à différentes élévations au-dessus de la nappe d’eau souterraine a aussi été ciblée pour l’acquisition d’images à haute résolution. Des expériences consistant en l’exécution de vols à intervalles réguliers de 2h00 (entre 6h00 et 22h00) ont de surcroît été réalisées afin d’évaluer les variations journalières de LST au niveau d’une zone d’exfiltration connue et du site d’extraction de sable et de gravier. Les 42 vols réalisés en septembre 2019 et juin 2020 ont permis la collecte de 4000 images thermiques d’une résolution spatiale ≤ 0.1 m. Les données acquises ont fait l’objet de classifications s’appuyant sur l’outil de statistiques spatiales « Grouping Analysis » du logiciel ArcGIS pour assurer l’identification des anomalies thermiques en réduisant la subjectivité qui peut être associée à l’analyse visuelle (qualitative) des images. Des modèles 1D construits dans les composantes SEEP/W et TEMP/W du logiciel GeoStudio ont ultimement été développés afin d’établir une évaluation quantitative (mathématique) de l’influence de la profondeur de la nappe sur la température des sols inorganiques au sein des formations fluvioglaciaires. Les résultats de LST calculés à partir de données satellitaires ont permis la cartographie thermique des eskers de la région. Ces résultats ont également permis le calcul de TVDI (Temperature Vegetation Dryness Index) à l’échelle des formations fluvioglaciaires. La classification des données de TVDI par Grouping Analysis et la comparaison avec des données issues d’études antérieures ont révélé que l’imagerie thermique satellitaire présente un fort potentiel pour l’identification des zones d’exfiltration d’eau souterraine. Les données à haute résolution acquises au niveau d’une zone d’exfiltration d’eau souterraine ont permis d’identifier de petits cours d’eau qui présentent une température plus froide et plus stable que les composantes de surface périphériques. Ces petits cours d’eau sont selon toute vraisemblance alimentés par l’eau souterraine, laquelle présente une température généralement plus froide et plus stable que l’eau de surface lors de la période estivale. Les données à haute résolution acquises au niveau d’un site d’extraction de sable et gravier ont pour leur part permis la cartographie thermique des sols situés à différentes élévations au-dessus de la nappe d’eau souterraine. Les données ont révélé que les sols situés plus près de la nappe d’eau souterraine présentent une température plus froide et plus stable que les sols des secteurs où la nappe d’eau souterraine est plus profonde. Ces données ont été confrontées à des simulations 1D réalisées dans SEEP/W et TEMP/W afin de fournir une évaluation quantitative de l’influence de la profondeur de la nappe d’eau souterraine sur la température du sol. Les résultats des simulations ont été jugés cohérents avec les mesures de télédétection thermique à haute résolution. Les simulations ont de surcroît permis l’évaluation de l’influence de la vitesse du vent, de la température de l’air, et de la végétation sur la température du sol. Sur le plan scientifique, l’étude contribue au développement d’approches de télédétection applicables à l’identification des zones d’exfiltration aux marges des formations fluvioglaciaires (eskers et moraines) et à l’étude de l’effet de la profondeur de la nappe phréatique sur la température de surface pour des sols inorganiques. L’étude présente un fort potentiel d’application, notamment pour les vastes régions difficiles d’accès, comme c’est le cas notamment pour le nord du Québec et le reste du Canada. Sur le plan sociétal, les approches développées ici présentent un potentiel intéressant pour la cartographie des zones d’exfiltration d’eau souterraine et des écosystèmes dépendants de l’eau souterraine en vue d’intégrer ces zones aux plans d’aménagement du territoire pour assurer leur protection. ---------- Abstract This study focuses on the development of combined multi-scale thermal remote sensing and modeling approaches for delineating groundwater exfiltration zones and estimating groundwater depth in glaciofluvial formations of the Abitibi-Témiscamingue boreal region. The approaches developed here rely on the hypothesis that shallow groundwaters are likely to influence soil and vegetation temperatures, and that these parameters can be measured by remote sensing. Landsat 8 (band 10) satellite data with a resolution of 30 x 30 m were used to retrieve regional-scale land surface temperatures (LSTs). LST values were calculated based on Planck’s equation, using an open source QGIS plugin. Specific areas associated with thermal anomalies shown on satellite data were subsequently targeted for the acquisition of high-resolution images. A sand and gravel extraction site characterized by soils located at different elevations above the water table was also targeted for high-resolution data acquisition. These zones were studied using a Zenmuse XT2 high-resolution camera mounted on a DJI Matrice 200 drone. Further experiments consisting of repeated flights conducted at 2h intervals (between 6h00 AM and 22h00) were also carried out in order to measure daily variations in LST in a groundwater exfiltration zone and at a sand and gravel extraction site. The 42 flights allowed for collecting 4 000 images with a spatial resolution of ≤ 0.1 m. These flights were programmed using the DJI GS PRO software, ensuring a 90% spatial overlap between images. This overlap is required for georeferencing and mosaicking multispectral and thermal images using Pix4Dmapper. The data were organized using the Grouping Analysis spatial statistics tool in ArcGIS in order to allow for identifying thermal anomalies based on an objective approach, instead of relying only on the subjective visual inspection of the images. Numerical 1D models were further developed using the TEMP/W and SEEP/W components of the GeoStudio software in order to provide a quantitative evaluation of the influence of groundwater depth on the LST of glaciofluvial formations. The LST results calculated from satellite data allowed for mapping LST at the scale of the study region. These results further allowed for the calculation of the Temperature Vegetation Dryness Index (TVDI) at the scale of glaciofluvial formations. The Grouping Analysis procedure conducted on the TVDI results and its comparison with results from previous studies revealed that thermal remote sensing presents a high potential for the identification of groundwater exfiltration zones. The high-resolution data collected in a known groundwater exfiltration zone allowed for identifying small streams presenting a colder and more stable temperature than surrounding surface objects. These small streams are most likely fed by the discharge of groundwater, the latter presenting a colder and more stable temperature than surface waters during the summer. The high-resolution data collected within a sand and gravel extraction site allowed for mapping the LST of inorganic soils located at different elevations above the groundwater table. The data revealed that soils located closer to the groundwater table present a surface temperature that is colder and less variable than that of soils located further from the water table. These data were compared to 1D models constructed using SEEP/W and TEMP/W in order to provide a quantitative evaluation of the influence of groundwater depth on LST. The simulation results were considered to be consistent with remote sensing LST data. The simulations further allowed for evaluating the influence of air temperature, wind speed and vegetation height on LST. From a scientific perspective, this study contributes to the development of remote sensing approaches presenting a high potential for hydrogeological studies. Such approaches are critically needed in vast and remote areas such as northern Quebec and else where in Canada. From a societal standpoint, the approaches developed here present a high potential for mapping groundwater exfiltration zones and associated groundwater dependent ecosystems (GDE). Such information is needed in order to better protect groundwater and GDE in the context of land use planning

Méthodes automatiques pour la pangonométrie, la morphométrie et la reconstruction 3D des os du membre inférieur

L'extraction des informations d'intérêt à partir des images médicales 2D et 3D est essentielle dans plusieurs pratiques médicales. Elle est nécessaire pour 1' établissement de diagnostic, la planification chirurgicale et la conception de prothèses sur mesure. Cependant, cette tâche requiert du clinicien une détection manuelle ou semi-automatique. Entre temps, la liste d'attente pour une intervention clinique s'allonge de jour en jour. Selon le rapport de la Direction de l'évaluation des technologies et des modes d'intervention en santé des centres hospitaliers de l'université de Montréal et de l'université McGill de 2007, la demande pour les arthroplasties du membre inférieur a augmenté de près de 90% au cours des dix dernières années. L'attente pour ce type d'intervention dépasse les 6 mois. L'objectif principal de cette thèse est d'offrir aux cliniciens des outils capables d'extraire à partir des données médicales 2D et 3D une information clinique utile et cela de façon automatique. Cinq applications sont proposées: • un analyseur automatique de la pangonométrie du fémur en vue frontale, • un analyseur automatique de la pangonométrie du fémur en vue latérale, • un outil pour le recalage automatique de modèles génériques 3D du fémur sur une paire de radiographies frontale et latérale, • un outil pour la reconstruction automatique de modèle 3D du fémur pré personnalisé à partir de données radiographiques, • un outil pour l'analyse automatique de la morphométrie du membre inférieur à partir de modèles 3D. La base de ces outils est un modèle mathématique. Ce modèle regroupe des géométries simples telles que sphères et cylindres en une seule fonction algébrique dans le but d'exprimer la surface externe des structures osseuses sous forme d'une surface analytique. Dans cette représentation, chaque géométrie simple modélise une zone anatomique à l'intérieur de l'os. En ayant une paire de radiographies du membre inférieur d'un patient, le modèle mathématique avec des techniques de génération de primitives (transformée de Hough) et de classification ont permis d'estimer les indices cliniques nécessaires pour une analyse pangonométrique. L'estimation de ces indices a permis aussi de recaler sur les radiographies du patient un modèle générique connu a priori. Ce regalage a été à l'origine de la reconstruction d' un modèle 3D pré-personnalisé. En 3D, le modèle mathématique proposé a permis aussi une analyse morphologique et moprhométrique du modèle 3D de l'os (fémur et tibia). Ce modèle peut être obtenu en utilisant notre méthode ou toute autre méthode de reconstruction 3D. Les études comparatives menées ont démontré le potentiel des méthodes développées pour un usage clinique de routine. Tous les outils mis au point offrent des résultats comparables à ceux obtenus par des analyses manuelles faites par des experts. Pour certains repères, nos outils présentent de meilleures précisions que les procédures manuelles, grâce à leur capacité d'identifier plus de données sur les images médicales que le repérage manuel

Recalage d'images fluoroscopiques

Lors des procédures d'embolisation d'anévrismes cérébraux par voie endovasculaire, le praticien dépose au moyen d'un micro cathéter des filaments de platine dans l'anévrisme. Cette intervention longue de plusieurs heures est effectuée sous fluoroscopie. Une modélisation en trois dimensions(3) permettrait une meilleure visualisation et un gain de temps. Ce projet s'inscrit dans un programme de recherche dont le but général est d'aboutir à une reconstruction en trois dimensions en temps réel de certains outils neurochirurgicaux et notammnet du guide permettant l'introduction de catheter. Cependant, la qualité des images fluoroscopique rend difficile la segmentation des objets comme le guide dans les zones de faible contraste. Une façon de procéder consiste à soustraire une image fluoroscopique préopératoire à une image courante prise dans les mêmes conditions. Par cette soustraction, il est plus aisé de visualiser les objets comme le guide. Cependant, malgré l'immobilité du patient, il existe des déformations entre l'image de référence et l'image courant, qui produisent des artefacts lors de la soustraction. Afin de visualiser le guide avec la plus grande netteté possible, il est necessaire de corriger les déformations survenues entre l'image de référence et l'image courante. Cette opération est appelée le recalage. Afin de procéder au recalage, nous avons utilisé une méthode de correction intinséque des déformations élastiques en 2D, basée sur l'identification du point de contrôle "Template matching", que nous avons enrichie d'un apprentissage des points de contrôle. La validation de l'algorithme s'est éffectuée en recalant des séquences fluoroscopiques et en observant la soustraction de l'image de référence avec l'image courante. Ensuite, un essai de segmentation du guide a été effectué. Les résultats montrent que l'apprentissage des points de contrôle permet d'améliorer la qualité du recalage, et que cette dernière est suffisante pour segmenter le cathéter dans les images soustraites

Dialogue essais - simulation et identification de lois de comportement d'alliage à mémoire de forme en chargement multiaxial

Les travaux présentés ont consisté à développer des stratégies d'identification performantes des paramètres des lois de comportement superélastique des Alliages à Mémoire de Forme (AMF). L'objectif est de disposer d'une solution complète de caractérisation, d'identification, et de simulation de structures en AMF soumises à des sollicitations complexes. Une base de données expérimentale unifiée pour un alliage de NiTi superélastique a été établie pour une multitude de trajets de déformation multiaxiaux et à différentes températures : en traction homogène, en compression, en traction-compression et en traction-traction. Une caractérisation expérimentale a été développée sur une plate-forme multiaxiale assemblée au laboratoire durant ce travail. L'emploi de la corrélation d'images a permis d'enrichir la base de données expérimentale en déterminant pour chaque essai les champs cinématiques. Cette collection d'essais a permis de montrer l'importante différence de comportement observée entre les directions de laminage et transverse, bien que le matériau soit faiblement texturé. Des procédures d'identification du comportement thermomécanique des AMF ont été mises en place, basées sur la construction et minimisation d'une fonction objectif régularisée. La première est basée sur l'exploitation des courbes contrainte-déformation moyennes sous chargement homogène et unixial. La seconde exploite la richesse des champs de déformations mesurés en essai hétérogène. Les deux stratégies ont permis d'identifier les huit paramètres gouvernant le comportement superélastique du modèle de Chemisky et al. (Chemisky et al. 2011). Des différences entre les jeux de paramètres identifiés sont caractéristiques des effets d'anisotropie observés. Le succès de cette stratégie démontre sa pertinence et est encourageant pour l'identification de paramètres de lois de comportement anisotropes.In this work, efficient identification strategies were developed to determine the characteristic parameters of the thermomechanical behavior of pseudoelastic Shape Memory Alloys (SMA). The aim is to obtain a complete solution for characterization, identification and numerical simulation of SMA structures undergoing multiaxial loading paths. A unified experimental database has been constructed to characterize the behavior of superelastic NiTi SMAs. This database includes tension, compression, tension-tension and tension-compression multiaxial tests at different temperatures. A characterization methodology has been developed on a multiaxial testing setup, which has been assembled in the laboratory during this Ph.D. project. Vital information about the strain fields for each test is added to the experimental database through the use of Digital Image Correlation. A significant difference in the thermomechanical behavior between the rolling and transverse directions has been observed, even when the specimens are not strongly textured. Two strategies were developed that rely on the minimization of a regularized cost function for identification of thermomechanical constitutive law parameters. The first identification procedure is based on uniaxial homogeneous tests at different temperatures. In the other strategy the information of strain fields of heterogeneous tests are utilized. In each case, the eight material parameters of the constitutive law of Chemisky et al. (Chemisky et al. 2011) have been identified. A difference between the identified parameters in the rolling and transverse direction is noted and corresponds to the effect of anisotropy. Nevertheless, the capabilities of the relevant identification strategies shall allow the determination of the parameters of anisotropic constitutive laws.PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF

Développement de méthodes d'intégration des mesures de champs

Les mesures optiques dimensionnelles sont des techniques en plein essor dont la maîtrise et l'exploitation soulèvent encore de nombreuses questions. Pour une meilleure compréhension d'un système de mesure par stéréo-corrélation d'images, des études de caractérisation et d'évaluation de l'erreur de mesure en corrélation à partir d'images synthétiques et en stéréovision à partir d'images réelles ont été réalisées. Les résultats mettent en avant l'influence de plusieurs paramètres : fenêtre de corrélation, déformation et gradient de déformation. La dernière partie de l'étude est consacrée à l'identification de comportements constitutifs à partir des mesures de champs. Deux méthodes sont mises en œuvre : la méthode des champs virtuel pour l'identification des paramètres élastiques d'un matériau et l'identification paramétrique par recalage éléments finis pour le cas des comportements élasto-plastiques. ABSTRACT : The optical dimensional measurements are emergent techniques whose control and exploitation still address many questions. For a better understanding of the stereo-correlation measurement systems, studies are made to characterize and assess the digital image correlation measurement error by the way of synthetic images. The stereovision characterization is made using real images. The results highlight the influence of several parameters : subset size, strain and strain gradient. The last part of this study is devoted to the identification of constitutive behaviour law using full-field measurements. Two identification methods are used : the virtual fields method to determine the elastic parameters of a material and the finite element model updating method to identify the elasto-plastic behaviour law

Analyse d'images : Filtrage et segmentation

Ouvrage publié avec l'aide du Ministère des affaires étrangères, direction de la coopération scientifique et technique. AVERTISSEMENT Le livre publié en 1995 chez MASSON (EAN13 : 9782225849237) est épuisé. Cette version pdf est une version élaborée à partie de la version préliminaire transmise à l'éditeur. La mise en page est légèrement différente de celle du livre. Malheureusement quelques figures de l'annexe C ont été perdues.International audienceL'analyse d'image touche à l'heure actuelle de nombreux domaines, avec des objectifs aussi variés que l'aide au diagnostic pour les images médicales, la vision artificielle en robotique ou l'analyse des ressources terrestres à partir des images prises par satellite. Le but du traitement de ces images est à la fois simple dans son concept et difficile dans sa réalisation. Simple en effet, puisqu'il s'agit de reconnaître des objets que notre système visuel perçoit rapidement, du moins pour la majorité d'entre eux. Difficile cependant, car dans la grande quantité d'informations contenues dans l'image, il faut extraire des éléments pertinents pour l'application visée et ceci indépendamment de la qualité de l'image. L'analyse d'image s'est donc dotée d'outils et de méthodes puissants issus de domaines aussi variés que les mathématiques, le traitement du signal, ou l'informatique. Cet ouvrage présente un des aspects les plus importants du traitement des images : la " segmentation ". Il récapitule d'abord les grandeurs observables et calculables sur une image et les algorithmes de manipulation des structures de données associées. Il détaille ensuite les traitements préliminaires, tels le filtrage du bruit et les deux types d'approche de la segmentation, l'extraction des contours et celle des régions. Chacune fait l'objet d'une étude théorique et de nombreux résultats illustrent les performances. Une des originalités de l'ouvrage est l'étude comparative des différentes techniques appliquées sur un même corpus d'images réelles

Analyse et intégration des spécificités liées au procédé de fabrication dans les modèles de calcul des structures composites : application à la simulation du comportement mécanique des fonds des réservoirs bobinés

Les réservoirs en matériaux composites représentent un moyen pourle stockage de l’hydrogène à des pressions de service très élevées. En dépit desnombreux avantages que présentent les réservoirs en composites, le stockage soushaute pression conduit à utiliser de fortes épaisseurs de composites, et lecomportement de ce type de structure reste mal maitrisé. Le procédé d’enroulementfilamentaire induit des variabilités et défauts qui impactent le comportement de lastructure et en particulier le comportement des fonds. De ce fait, il est nécessaired'apprécier ces variabilités dans la modélisation du comportement des réservoirscomposites épais.Ce travail de thèse présente une approche permettant de modéliser le comportementmécanique des réservoirs en prenant en compte les spécificités dues au procédé deréalisation. A ce titre, nos recherches concernent aussi bien l'analyse de structuresque l'aspect simulation numérique.Les réservoirs en matériaux composites représentent un moyen pourle stockage de l’hydrogène à des pressions de service très élevées. En dépit desnombreux avantages que présentent les réservoirs en composites, le stockage soushaute pression conduit à utiliser de fortes épaisseurs de composites, et lecomportement de ce type de structure reste mal maitrisé. Le procédé d’enroulementfilamentaire induit des variabilités et défauts qui impactent le comportement de lastructure et en particulier le comportement des fonds. De ce fait, il est nécessaired'apprécier ces variabilités dans la modélisation du comportement des réservoirscomposites épais.Ce travail de thèse présente une approche permettant de modéliser le comportementmécanique des réservoirs en prenant en compte les spécificités dues au procédé deréalisation. A ce titre, nos recherches concernent aussi bien l'analyse de structuresque l'aspect simulation numérique