Influence du changement des conditions de couplage acoustique capteur/bois sur les mesures ultrasonores

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Protocoles expérimentaux

Dans cette section, nous allons présenter les protocoles expérimentaux utilisés pour la fabrication des échantillons LC, la mise en humidification des échantillons et le traitement des données de mesures pour les essais du suivi de l’humidité.

Collage des échantillons lamellé-collés

Pour les échantillons LC utilisés pour les mesures ultrasonores, les deux configurations de mesures ont été réalisées sur le même échantillon (Figure 188, Page 126). Les 3 capteurs MFC ont été collés tout d’abord sur une planche de 300×90×33 mm3 (L*T*R) avec une colle cyanoacrylate (WURTH colle cyano express gel) afin d’assurer un bon couplage acoustique. Par la suite, deux lamelles extérieures de taille identique ont été collées sur les deux côtés selon le même protocole de collage que les mesures électriques, qui a été décrit dans le paragraphe « 2.2.1 Collage des échantillons lamellé-collés » du chapitre précédent.
Il est à préciser que nous avons préparé 5 échantillons identiques afin de prendre en compte la variabilité du matériau bois.

Procédures d’humidification

Les procédures d’humidification pour les mesures ultrasonores sont identiques à celles utilisées pour les mesures électriques, i.e. un conditionnement dans l’enceinte climatique pour les humidités faibles (<20%), puis une immersion en bassin pour atteindre les humidités plus élevées (cf. « 2.2.2 Procédures d’humidification »).
Néanmoins, nous n’avons pas réalisé l’étude préalable des cinétiques pour les mesures ultrasonores vu la contrainte de temps. En effet, les dimensions des échantillons pour les mesures ultrasonores (Figure 188, Page 126) étant plus grandes que celles utilisées pour les mesures électriques (Table 10, Page 64), il nous aurait fallu beaucoup plus de temps (> 5 mois) pour réaliser une étude des cinétiques d’humidification. Par contre, selon le retour d’expérience de l’étude des cinétiques des mesures électriques, la prise d’humidité des échantillons ralentit petit à petit lors de l’immersion. De ce fait, nous nous sommes appuyés sur nos résultats précédents (cf. « 2.2.2 Procédures d’humidification »). Ainsi, nous avons réalisé des mesures ultrasonores régulièrement en prolongeant au fur et à mesure l’intervalle de temps entre deux points de mesures.
De plus, afin d’avoir une estimation fiable de l’humidité des échantillons en cours d’humidification, nous avons préparé 3 échantillons témoin de taille identique à ceux utilisés pour le suivi de l’humidité. De manière à avoir une estimation précise, les échantillons témoin ont toujours été conservés dans le même environnement climatique que les échantillons utilisés pour le suivi de l’humidité. Après la première mesure ultrasonore, nous avons séché les échantillons témoin pour obtenir la masse anhydre afin de calculer leurs humidités vraies selon la Norme NF EN 13183-1 (AFNOR 2002a). Puis, nous avons calculé la moyenne de ces valeurs d’humidité et nous avons supposé que tous les échantillons avec capteurs intégrés sont aussi à cette humidité lors de la première mesure. Comme cela, nous avons estimé les masses anhydres des différents échantillons utilisés pour le suivi de l’humidité. Nous avons alors pu planifier nos mesures selon les humidités estimées.

Traitement des données de mesures

Pour les mesures ultrasonores, les données que l’on obtient directement lors de chaque mesure sont sous forme d’un fichier « .csv », à partir duquel on peut restaurer la forme des signaux en fonction du temps, comme montré par la Figure 191.

Conclusion

Cette section a permis de préciser les protocoles utilisés pour la fabrication des échantillons LC et la mise en humidification des échantillons pour les essais du suivi de l’humidité par capteurs intégrés. De plus, la méthode utilisée pour le calcul de la vitesse ultrasonore a été également présentée.
Par la suite, nous avons fabriqué les échantillons LC avec capteurs MFC intégrés selon le protocole évoqué. Puis, ces échantillons ont été mis en humidification selon les procédures d’humidification présentées. Ces résultats concernant le suivi de l’humidité par capteurs intégrés dans le bois LC sont présentés dans la section suivante.

Suivi de l’humidité par capteurs intégrés

Dans cette section, les résultats du suivi de l’humidité par mesures ultrasonores sont présentés. Dans un premier temps, nous parlerons de l’influence du changement des conditions du couplage acoustique capteur/bois sur les mesures ultrasonores, à savoir que les conditions de couplage acoustique entre les capteurs et le bois pour les études préliminaires sont différentes de celles dans le cas des échantillons LC fabriqués pour le suivi de l’humidité. Pour ce faire, nous avons comparé les résultats obtenus avant et après le collage des échantillons LC. Ensuite, nous présenterons les résultats de la campagne d’essais sur le suivi de l’humidité par capteurs intégrés via les mesures ultrasonores.

Influence du changement des conditions de couplage acoustique capteur/bois sur les mesures ultrasonores

Les conditions de couplage acoustique entre les capteurs et le bois pour les études préliminaires sont différentes de celles dans le cas des échantillons LC fabriqués pour le suivi de l’humidité. Premièrement, pour les études préliminaires, la pression est toujours maintenue à 10 bars à l’aide de notre montage (Figure 173) alors que pour les échantillons LC, la pression de 10 bars n’est plus assurée après la fabrication des échantillons. Selon les résultats de nos études préliminaires, l’amplitude des signaux à faibles pressions est plus petite que celle à 10 bars (voir Figure 182, Page 123, cf. « 3.1.2 Faisabilité des mesures ultrasonores dans le bois »). Par conséquent, la relaxation de la pression de collage après fabrication des échantillons LC pourrait entraîner une condition de couplage acoustique moins favorable pour les mesures ultrasonores. Deuxièmement, nous avons utilisé deux couplants différents pour les études préliminaires et les échantillons utilisés pour le suivi de l’humidité. Lors des études préliminaires, une graisse silicone a été utilisée de manière à pouvoir récupérer les capteurs après chaque test, alors que pour les échantillons LC utilisés pour le suivi de l’humidité, nous avons utilisé un collage plus rigide et « irréversible » (colle cyanoacrylate) pour limiter le déplacement des capteurs lors du passage sous presse. En outre, la colle polyuréthane utilisée pour l’assemblage des lamelles des échantillons LC n’était pas présente dans le cas des essais préliminaires et pourrait modifier le couplage.
Compte-tenu de ces éléments, il est nécessaire de confirmer que les signaux sont encore exploitables dans les échantillons LC utilisés pour le suivi de l’humidité après leur fabrication.
Afin d’étudier l’influence de ce changement au niveau des conditions du couplage acoustique capteur/bois, nous avons comparé les résultats obtenus avant et après le collage des échantillons LC. Les mesures « avant » collage ont été réalisées dans les mêmes conditions que les études préliminaires. Les mesures « après » collage ont été réalisées directement sur les échantillons LC fabriqués pour la campagne d’essais du suivi de l’humidité. Nous allons aborder dans un premier temps la comparaison de la forme des signaux ultrasonores obtenus avant et après le collage des échantillons LC. Ensuite, la comparaison sur la vitesse ultrasonore calculée à partir de ces signaux sera présentée.

Influence sur la forme des signaux

Les résultats respectifs de la comparaison des signaux avant et après collage pour les 5 échantillons utilisés sont présentés dans les Figures 193-197. Les Figures 193a-197a et les Figures 193b- 197b présentent respectivement les signaux obtenus pour la configuration 5 (Transmission dans la lamelle, cf. Figure 188, Page 126), et ceux obtenus pour la configuration 6 (Transmission à l’interface, cf. Figure 188, Page 126).
Sur les Figures 193a-197a, on peut observer que pour la configuration 5, les différences sont faibles entre les signaux obtenus avant collage et ceux obtenus après collage pour la plupart des échantillons (1 à 4, Figures 193a-196a). Le processus de collage n’influence donc pas la forme des signaux. Cependant, d’un échantillon à l’autre, des variations au niveau de l’amplitude du signal montrent que le couplage capteur/bois peut varier. Ceci est en accord avec ce que l’on a évoqué dans le chapitre bibliographique (« 1.3.2 Méthodes ultrasonores »), l’amplitude du signal n’étant pas facilement reproductible. Pour l’échantillon 5, on n’a pas pu effectuer des mesures après le collage (Figure 197a) car les câbles de connexion du capteur récepteur pour cette configuration ont été endommagés.
Sur les Figures 193-197b, on peut également constater que pour la configuration 6, il y a très peu de différences entre les signaux obtenus avant collage et après collage pour la plupart des échantillons (2 à 5, Figures 194b-197b). Le processus de collage influence donc peu la forme des signaux pour la configuration 6. Cependant, pour certains échantillons, comme l’échantillon 1, on constate que l’amplitude du signal est plus faible après collage (Figure 193b). Cela signifie que le couplage acoustique dans cet échantillon est probablement moins favorable que celui des autres échantillons (2 à 5).
Pour cet échantillon (1), il est possible que le capteur récepteur pour la configuration 6 ait été mal couplé sur le bois, car pour cet échantillon, on ne voit pas de différence sur les signaux avant et après collage pour la configuration 5 (Figure 193a). De plus, il semble logique que le collage influence de manière plus importante la configuration 6 (Transmission à l’interface) que la configuration 5 (Transmission dans la lamelle). En effet, lors de la transmission de l’onde à l’interface des deux lamelles (configuration 6), les ondes interagissent avec les joints de colle sur toute leur longueur, alors qu’en transmission dans la lamelle (configuration 5), seule l’épaisseur du joint de colle et d’une lamelle est impliquée.

Table des matières

Remerciements
Table des matières
Introduction
Chapitre 1. Etude bibliographique
1.1. Le matériau bois : généralités
1.1.1. Le bois : matériau naturel
1.1.2. Anisotropie et hétérogénéité du bois
1.1.3. Facteurs pathologiques et durabilité
1.1.4. Comportement hygroscopique du bois
1.1.5. Conclusion
1.2. Utilisation du bois en structures
1.2.1. Les ouvrages d’art en bois
1.2.2. Le bois lamellé-collé
1.2.3. Pathologies des ouvrages d’art en bois
1.2.4. Conclusion
1.3. Mesure de l’humidité du bois
1.3.1. Méthodes électriques
1.3.2. Méthodes ultrasonores
1.3.3. Conclusion
1.4. Suivi de la santé structurale des ouvrages par intégration de capteurs
1.4.1. Généralités du suivi de la santé structurale des ouvrages
1.4.2. Suivi via l’utilisation des méthodes électriques
1.4.3. Suivi via l’utilisation des méthodes ultrasonores
1.4.4. Conclusion
1.5. Synthèse
Chapitre 2. Suivi de l’humidité par mesures électriques
2.1. Etudes préliminaires relatives aux mesures électriques
2.1.1. Identifications des configurations de mesures
2.1.2. Faisabilité des mesures électriques dans le bois
2.1.3. Configuration des appareils de mesure
2.1.4. Conclusion
2.2. Protocoles expérimentaux
2.2.1. Collage des échantillons lamellé-collés
2.2.2. Procédures d’humidification
2.2.3. Traitement des données de mesures
2.2.4. Conclusion
2.3. Suivi de l’humidité par capteurs intégrés
2.3.1. Suivi de l’humidité dans les échantillons simples
2.3.1.1. Evaluation du potentiel des différentes configurations pour le suivi l’humidité
2.3.1.2. Incertitudes d’estimation de l’humidité
2.3.1.3. Conclusion
2.3.2. Suivi de l’humidité dans les échantillons lamellé-collé
2.3.2.1. Evaluation du potentiel des différentes configurations pour le suivi l’humidité
2.3.2.2. Incertitudes d’estimation de l’humidité
2.3.2.3. Comparaison entre les échantillons simples et les échantillons lamellécollés
2.3.2.4. Conclusion
2.3.3. Influence de l’espacement des électrodes
2.3.3.1. Influence de l’espacement des électrodes dans les échantillons simples
2.3.3.2. Influence de l’espacement des électrodes dans les échantillons lamellécollés
2.3.3.3. Conclusion
2.3.4. Synthèse.
Chapitre 3. Suivi de l’humidité par mesures ultrasonores
3.1. Etudes préliminaires relatives aux mesures ultrasonores
3.1.1. Identification des configurations de mesures
3.1.2. Faisabilité des mesures ultrasonores dans le bois
3.1.3. Configuration des appareils de mesure
3.1.4. Conclusion
3.2. Protocoles expérimentaux
3.2.1. Collage des échantillons lamellé-collés
3.2.2. Procédures d’humidification.
3.2.3. Traitement des données de mesures
3.2.4. Conclusion
3.3. Suivi de l’humidité par capteurs intégrés
3.3.1. Influence du changement des conditions de couplage acoustique capteur/bois sur les mesures ultrasonores
3.3.1.1. Influence sur la forme des signaux
3.3.1.2. Influence sur la vitesse ultrasonore
3.3.1.3. Conclusion
3.3.2. Suivi de l’humidité dans les échantillons LC
3.3.2.1. Résultats pour la configuration 5 : Transmission dans la lamelle
3.3.2.2. Configuration 6 : Transmission à l’interface
3.3.2.3. Conclusion
3.3.3. Synthèse.
Conclusions et perspectives
Références.
Annexe 1. Paramètres de la méthode par acousto-ultrasons
Annexe 2. Calcul du coût de réalisation de chaque configuration pour les mesures
électriques
Annexe 3. Schéma de développement du Giga-Ohmmètre
Annexe 4. Fiche technique de la colle utilisée pour le collage des échantillons lamellécollés
Annexe 5. Résultats complémentaires concernant les cinétiques d’humidification
Annexe 6. Incertitudes d’estimation de l’humidité pour les mesures électriques
Annexe 7. Comparaison des résultats des mesures résistives entre les échantillons
simples et les échantillons LC
Annexe 8. Résultats de l’influence de l’espacement des électrodes pour les mesures électriques
Annexe 9. Calcul du couple équivalent pour le montage des mesures ultrasonores

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