Propagation des ondes de Lamb dans un matériau composite stratifié PDF Download
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Author: Christophe Simon
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Languages : fr
Pages : 168
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Book Description
CETTE THESE PORTE SUR LA PROPAGATION DES ONDES DE LAMB DANS UN MATERIAU COMPOSITE STRATIFIE, EN VUE DE LA DETECTION DE DELAMINAGES. LES ONDES DE LAMB SONT UTILISEES CAR ELLES SE PROPAGENT SUR DE LONGUES DISTANCES, CE QUI PERMET DE REALISER DES CONTROLES NON DESTRUCTIFS RAPIDES OU DES CONTROLES DE SANTE INTEGRES AUX STRUCTURES. DANS UN PREMIER TEMPS, LA PROPAGATION DES ONDES DE LAMB GENERALISEE EST ANALYSEE SELON LA THEORIE DES ONDES PARTIELLES. LE CALCUL DE L'EQUATION DE DISPERSION EST SIMPLIFIE PAR UNE DECOMPOSITION EN PARTIES SYMETRIQUE ET ANTISYMETRIQUE INDEPENDANTES. A PARTIR DE CES RESULTATS, DES SIMULATIONS NUMERIQUES SONT MENEES POUR COMPRENDRE ET IDENTIFIER LES DIFFERENTS MODES DE PROPAGATION. DIFFERENTES REPRESENTATIONS SONT INTRODUITES : COURBES DE DISPERSION, COURBES DES LENTEURS ET DIAGRAMMES DE POLARISATION QUI MONTRENT LE COUPLAGE ENTRE LA DISPERSION ET L'ANISOTROPIE DU MATERIAU. A PARTIR DE L'IDENTIFICATION DES MODES DE PROPAGATION DANS LE MATERIAU COMPOSITE UNIDIRECTIONNEL, UN PHENOMENE DE TRANSFERT DE POLARISATION A ETE DEMONTRE. L'EFFET DISPERSIF QUI FAIT VARIER LA VITESSE ET LA POLARISATION DE L'ONDE JOUE AUSSI SUR L'ATTENUATION. LA PRISE EN COMPTE DU TERME DE VISCOSITE DANS LES EQUATIONS MONTRE QUE NON SEULEMENT L'ATTENUATION AUGMENTE AVEC LA FREQUENCE, MAIS QUE LA DISPERSION L'AUGMENT AUSSI FORTEMENT. CES RESULTATS ONT ETE APPLIQUES A LA PROPAGATION DES ONDES DE LAMB SUR LONGUES DISTANCES. LA METHODE DE GENERATION DES ONDES DE LAMB SE FAIT SOIT AVEC DES SABOTS, SUIVANT LA TECHNIQUE DES COINS, SOIT AVEC DES PASTILLES COLLEES A LA STRUCTURE. ILS ONT AUSSI MONTRE QUE L'ON POUVAIT DETECTER DES DELAMINAGES DANS LES MATERIAUX COMPOSITES PAR DES MESURES D'AMPLITUDE. CE RESULTATS A ETE UTILISE POUR DES MESURES SUR LONGUES DISTANCES AVEC DES PASTILLES COLLEES AU MATERIAU, EN VU D'UNE APPLICATION AUX MATERIAUX ET STRUCTURES SENSIBLES. DE NOUVELLES TECHNIQUES DE DETECTION OPTIQUES ONT ETE UTILISEES POUR DES CONTROLES NON DESTRUCTIFS SANS CONTACTS AVEC LE MATERIAU. C'EST LE CAS DE LA SONDE HETERODYNE QUI PERMET UNE MESURE PONCTUELLE DU DEPLACEMENT NORMAL A LA PLAQUE AVEC UNE GRANDE SENSIBILITE, OU DE LA SHEAROGRAPHIE QUI PERMET CETTE MESURE DIRECTEMENT SUR UNE GRANDE SURFACE. CETTE DERNIERE TECHNIQUE A DEMONTRE QU'ELLE PEUT ETRE UTILISEE EN CONTROLE NON DESTRUCTIF RAPIDE POUR LA DETECTION DE DELAMINAGES.
Author: Christophe Simon
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CETTE THESE PORTE SUR LA PROPAGATION DES ONDES DE LAMB DANS UN MATERIAU COMPOSITE STRATIFIE, EN VUE DE LA DETECTION DE DELAMINAGES. LES ONDES DE LAMB SONT UTILISEES CAR ELLES SE PROPAGENT SUR DE LONGUES DISTANCES, CE QUI PERMET DE REALISER DES CONTROLES NON DESTRUCTIFS RAPIDES OU DES CONTROLES DE SANTE INTEGRES AUX STRUCTURES. DANS UN PREMIER TEMPS, LA PROPAGATION DES ONDES DE LAMB GENERALISEE EST ANALYSEE SELON LA THEORIE DES ONDES PARTIELLES. LE CALCUL DE L'EQUATION DE DISPERSION EST SIMPLIFIE PAR UNE DECOMPOSITION EN PARTIES SYMETRIQUE ET ANTISYMETRIQUE INDEPENDANTES. A PARTIR DE CES RESULTATS, DES SIMULATIONS NUMERIQUES SONT MENEES POUR COMPRENDRE ET IDENTIFIER LES DIFFERENTS MODES DE PROPAGATION. DIFFERENTES REPRESENTATIONS SONT INTRODUITES : COURBES DE DISPERSION, COURBES DES LENTEURS ET DIAGRAMMES DE POLARISATION QUI MONTRENT LE COUPLAGE ENTRE LA DISPERSION ET L'ANISOTROPIE DU MATERIAU. A PARTIR DE L'IDENTIFICATION DES MODES DE PROPAGATION DANS LE MATERIAU COMPOSITE UNIDIRECTIONNEL, UN PHENOMENE DE TRANSFERT DE POLARISATION A ETE DEMONTRE. L'EFFET DISPERSIF QUI FAIT VARIER LA VITESSE ET LA POLARISATION DE L'ONDE JOUE AUSSI SUR L'ATTENUATION. LA PRISE EN COMPTE DU TERME DE VISCOSITE DANS LES EQUATIONS MONTRE QUE NON SEULEMENT L'ATTENUATION AUGMENTE AVEC LA FREQUENCE, MAIS QUE LA DISPERSION L'AUGMENT AUSSI FORTEMENT. CES RESULTATS ONT ETE APPLIQUES A LA PROPAGATION DES ONDES DE LAMB SUR LONGUES DISTANCES. LA METHODE DE GENERATION DES ONDES DE LAMB SE FAIT SOIT AVEC DES SABOTS, SUIVANT LA TECHNIQUE DES COINS, SOIT AVEC DES PASTILLES COLLEES A LA STRUCTURE. ILS ONT AUSSI MONTRE QUE L'ON POUVAIT DETECTER DES DELAMINAGES DANS LES MATERIAUX COMPOSITES PAR DES MESURES D'AMPLITUDE. CE RESULTATS A ETE UTILISE POUR DES MESURES SUR LONGUES DISTANCES AVEC DES PASTILLES COLLEES AU MATERIAU, EN VU D'UNE APPLICATION AUX MATERIAUX ET STRUCTURES SENSIBLES. DE NOUVELLES TECHNIQUES DE DETECTION OPTIQUES ONT ETE UTILISEES POUR DES CONTROLES NON DESTRUCTIFS SANS CONTACTS AVEC LE MATERIAU. C'EST LE CAS DE LA SONDE HETERODYNE QUI PERMET UNE MESURE PONCTUELLE DU DEPLACEMENT NORMAL A LA PLAQUE AVEC UNE GRANDE SENSIBILITE, OU DE LA SHEAROGRAPHIE QUI PERMET CETTE MESURE DIRECTEMENT SUR UNE GRANDE SURFACE. CETTE DERNIERE TECHNIQUE A DEMONTRE QU'ELLE PEUT ETRE UTILISEE EN CONTROLE NON DESTRUCTIF RAPIDE POUR LA DETECTION DE DELAMINAGES.
Author: Matthieu Hollette
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En contrôle non-destructif par ultrasons, la simulation présente un intérêt majeur en permettant à la fois d'optimiser les configurations de contrôle des pièces et de simplifier l'analyse des données acquises. Cette thèse traite de la modélisation de la propagation des ultrasons dans les matériaux composites tissés. Ces matériaux sont constitués de fibres de Carbone (micrométriques) regroupées en mèches (millimétriques) qui sont ensuite tissées pour former une couche de matériau : leur structure est donc hétérogène à deux échelles distinctes. L'étude à l'échelle du tissage nécessite la connaissance préalable des propriétés mécaniques des mèches. Nous proposons deux méthodes visant à effectuer l'homogénéisation dynamique du matériau à l'échelle microscopique. Une première consiste à identifier les rigidités complexes d'un milieu effectif représentatif de la mèche en comparant les nombres d'ondes des modes guidés s'y propageant à ceux calculés dans un milieu hétérogène de même géométrie ; nous avons développé un algorithme génétique permettant de faire correspondre les jeux de nombres d'onde, dont l'application permet d'identifier certaine des rigidités recherchées. La seconde consiste à étendre un modèle existant permettant d'homogénéiser la structure de la mèche en tenant compte de la diffraction multiple des ondes de volume par les fibres. Le modèle initial (modèle à trois phases) ne traitant que le cas de l'incidence normale aux fibres est étendu au cas plus complexe de l'incidence oblique : un calcul de la diffraction multiple en incidence oblique par un réseau dense de fibres et tenant compte de l'anisotropie des différents milieux est donc proposé. Comme pour la première méthode, on utilise un algorithme génétique pour effectuer l'identification des rigidités effectives. Les résultats obtenus nous amènent à remettre en cause certaines hypothèses de base faites pour effectuer cette homogénéisation dynamique ; particulièrement, la dépendance des résultats à l'angle d'incidence semble remettre en cause le choix de la loi de Hooke comme loi fondamentale pour effectuer une homogénéisation dynamique des composites à structures complexes.
Author: Marie-Fraise Ponge
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Pages : 124
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Les matériaux composites renforcés de fibres de carbone sont largement utilisés dans l'industrie. L'association de leurs propriétés de drapage avec le concept d'autosimilarité permet de créer des matériaux innovants. Nous étudions numériquement et expérimentalement la propagation des ondes élastiques dans ces milieux. L'ensemble de Cantor et la suite de Fibonacci génèrent des structures autosimilaires. Les matériaux composites stratifiés renforcés de fibres de carbone sont constitués de plis orthotropes. Nous fabriquons des empilements basés sur l'ensemble de Cantor et la suite de Fibonacci : les processus autosimilaires sont appliqués sur l'arrangement et l'orientation des plis. Un code de calcul unidimensionnel permet de comparer structures périodiques, désordonnées et autosimilaires. Nous montrons que l'autosimilarité des arrangements apparaît dans la transmission acoustique et que les matériaux autosimilaires possèdent à la fois les propriétés de milieux périodiques et aléatoires : bandes interdites et états localisés. L'étude expérimentale ultrasonore d'échantillons composites carbone/PEEK ordonnés et autosimilaires et l'algorithme de la matrice de raideur modélisant la propagation des ondes dans ces matériaux, montrent que les empilements autosimilaires créent des irrégularités déterministes favorables à la réduction de la transmission acoustique et à l'augmentation de l'atténuation. La dimension d'homothétie permet alors d'adapter le rapport taille des hétérogénéités sur longueur d'onde pour optimiser les arrangements.
Author: Zouhir Cherrouf
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Pages : 115
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Author: Haithem Khelfa
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Ce travail de thèse porte sur l'étude des propriétés d'élasticité et d'amortissement des fibres micrométriques qui sont utilisées comme des renforts dans les matériaux composites. Des fibres artificielles, homogènes et circulaires, ont fait l'objet d'une étude expérimentale par l'application de la technique des ultrasons laser (USL) couplée à une identification modale basée sur une modélisation des modes des vibrations par éléments finis (FEM). Dans le cas d'une fibre végétale, l'application de la méthode LU requiert la connaissance préalable de la géométrie 3D de la fibre unitaire dans la zone de mesure. Pour déterminer cette géométrie, nous avons développé un dispositif de micro-tomographie par projection optique (OPT) in-situ de la fibre en utilisant la technique de l'holographie numérique. Le manuscrit de thèse est organisé autour de quatre chapitres. Le premier chapitre dresse un état de l'art des fibres micrométriques et des méthodes les plus courantes utilisées pour caractériser leurs propriétés mécaniques. Le second chapitre est dédié à l'aspect théorique de la propagation des ondes acoustiques guidées dans une structure cylindrique (cylindre plein, tubes, section arbitraire). Pour prédire la propagation des ondes acoustiques guidées dans ces structures, un ensemble de méthodes sont présentées. Le troisième chapitre se consacre à l'étude expérimentale des propriétés élastiques et du comportement vibratoire des fibres micrométriques en utilisant la technique USL. Le dernier chapitre du manuscrit présente le principe de la méthode OPT basée sur la microscopie holographie numérique, effectuée in-situ sur la zone USL de la section de la fibre, qui sera utilisée dans le cas d'une fibre unitaire de lin pour connaître sa vraie forme 3D.
Author: Farnaz Shahamati Fard
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Le développement de nanocomposites thermoconducteurs à base de caoutchouc est une tâche difficile pour diverses technologies modernes, allant des appareils électroniques à l'industrie du pneu. La présente étude est concentrée sur les propriétés thermiques et mécaniques de composites de caoutchouc naturel chargés avec des additifs à base de carbone, notamment du noir de carbone, des nanotubes de carbone, de l'oxyde de graphène réduit et des nanoplaquettes de graphène. En raison de la faible conductivité thermique du caoutchouc, des concentrations élevées de divers additifs thermoconducteurs sont nécessaires. Cependant, cela a un impact significatif sur le comportement mécanique des matériaux finaux, ce qui limite leur application. Dans ce scénario difficile, nous avons cherché à améliorer la conductivité thermique et les propriétés mécaniques (y compris les propriétés en traction, la dureté, les propriétés dynamiques, etc.) de nanocomposites à base de caoutchouc en exploitant des systèmes de charges hybrides à base de carbone. Nous avons aussi modifié la surface de ces charges pour améliorer leur interaction avec la matrice en caoutchouc dans le but de créer un réseau continu de charges à travers la matrice. La première partie de la thèse (chapitre 2) décrit l'effet de l'ajout de l'oxyde de graphène réduit (RGO) sur la conductivité thermique et les propriétés mécaniques de caoutchouc. Le RGO a d'abord été synthétisé en utilisant la méthode Hummer améliorée. Ensuite, il a été pré-dispersé dans du latex naturel en utilisant la technique de co-coagulation puis mélangé à la formulation de référence à différentes teneurs (0-2 parties pour cent en caoutchouc (phr))à l'aide d'un mélangeur interne. Pour une concentration de RGO de 2 phr, les résultats ont montré que la densité de réticulation des nanocomposites caoutchouc/RGO développés avait augmenté de 65% par rapport à la formulation de base. Une augmentation significative de la résistance à la traction (53%) et du module de Young (31%) a été observée pour la même concentration en RGO. Enfin, il a été observé que l'ajout de seulement 0.5 phr de RGO avait entraîné une amélioration considérable (26%) de la conductivité thermique. Dans la deuxième partie de la thèse (chapitre 3), l'effet d'un système de charges hybride (noir de carbone/nanotubes de carbone multi-parois, MWCNT) sur les propriétés mécaniques et la conductivité thermique des nanocomposites développés a été étudié. En raison de la différence de forme entre le noir de carbone et les MWCNT, ainsi que de l'adsorption des agents de réticulation à la surface des MWCNT, il a été observé que le temps de cuisson (vulcanisation) (t10) et celui de cuisson optimal (t90) de la matrice en caoutchouc augmentaient progressivement avec l'augmentation de la teneur en MWCNT. Enfin, en remplaçant 5 phr de noir de carbone par la même concentration en MWCNT, des améliorations significatives de la conductivité thermique et des propriétés mécaniques ont été obtenues grâce aux propriétés intrinsèques des MWCNT et à leur synergie avec le noir de carbone. En outre, les modules à 100% et 300% de déformation (M@100 et M@300) des nanocomposites développés ont respectivement augmenté de 72% et 54%. Dans la troisième partie de la thèse (chapitre 4), la modification de surface des MWCNT a été réalisée pour améliorer le comportement mécanique dynamique des nanocomposites correspondants et trouver un ratio optimal de charges menant à des propriétés mécaniques et thermiques améliorées. Les résultats ont montré l'effet positif de l'oxydation de la surface des MWCNT sur la dispersion des charges et les propriétés thermiques et mécaniques des nanocomposites. La dernière partie de la thèse (chapitre 5) a été consacrée à l'étude de l'effet synergique des systèmes hybrides de charges (noir de carbone/nanoplaquettes de graphène, GNPs) dans lequel les GNPs (GNP-M25, GNP-C300 et GNP-C750) présentaient différentes surfaces spécifiques et différents rapports d'aspect. Les résultats ont montré que la surface spécifique de la charge et son rapport d'aspect jouent un rôle vital dans la production d'un réseau de charges conducteur. L'incorporation du GNP-M25 ayant une dimension latérale la plus élevée parmi les trois GNPs étudiés permettait de développer un nanocomposite ayant une conductivité thermique plus élevée. D'autre part, à une concentration élevée (5 phr), la synergie entre GNPs-M25 et le noir de carbone était élevée, entraînant une meilleure dispersion des charges et une plus faible dissipation d'énergie.
Author: MOHAMED.. LOUZAR
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Pages : 156
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CONSACRE A L'ANALYSE DE LA PROPAGATION DES ONDES ELASTIQUES AU TRAVERS DE L'INTERFACE SEPARANT DEUX MILIEUX SOLIDES ISOTROPES OU ANISOTROPES, CE TRAVAIL GENERALISE LES RESULTATS EXISTANTS EN EXAMINANT LE PROBLEME SOUS L'ANGLE DE DIVERSES CONDITIONS INTERFACIALES. POUR CE FAIRE L'ETUDE A ETE DIVISEE EN DEUX PARTIES COMPLEMENTAIRES, L'UNE AXEE AUTOUR DES CONDITIONS INTERFACIALES UNIFORMES, L'AUTRE CONSACREE A DES LIAISONS EVOLUTIVES LE LONG DE L'INTERFACE ENTRE DEUX MILIEUX. DANS LA PREMIERE PARTIE NOUS NOUS SOMMES LIMITE AUX ONDES DE SURFACE, ONDES SE PROPAGEANT ENTRE DEUX MILIEUX ORTHOTROPES, LES AXES DE SYMETRIE DU MATERIAU COINCIDANT AVEC LES AXES DE COORDONNEES. TROIS CONDITIONS INTERFACIALES ONT ETE EXAMINEES: CONTACT PARFAIT (ONDES DE STONELEY), GLISSEMENT GENERAL ET GLISSEMENT ELASTIQUE (CONTRAINTE DE CISAILLEMENT PROPORTIONNELLE AU SAUT DE DEPLACEMENT PAR LE BIAIS DE LA RIGIDITE INTERFACIALE). LA DEUXIEME PARTIE DE L'ETUDE EST CONSACREE A L'ANALYSE DE LA REFLEXION ET DE LA TRANSMISSION DES ONDES SH POUR DES CONDITIONS INTERFACIALES NON UNIFORMES. L'ACCENT EST MIS SUR LA PARTIE DIFFRACTEE DE L'ONDE. DEUX TYPES DE CONDITIONS INTERFACIALES SONT PRISES EN COMPTE, L'UNE CONSIDERANT QUE LES DEUX MILIEUX ADHERENT PARFAITEMENT SAUF SUR UNE FENTE DE LONGUEUR FINIE OU REGNE UN GLISSEMENT ELASTIQUE, L'AUTRE ADMETTANT UNE REPARTITION PERIODIQUE DE FENTES A GLISSEMENT ELASTIQUE EN DEHORS DU CONTACT PARFAIT
Author: Christophe Simon (scientifique.)
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Pages : 168
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Author: Philippe Guy
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LE COLLAGE EST DE PLUS EN PLUS SOUVENT UTILISE DANS LES TECHNIQUES MODERNES D'ASSEMBLAGE DES MATERIAUX. IL EST DONC IMPORTANT DE DISPOSER DE MOYENS DE CONTROLE NON DESTRUCTIF DE LA QUALITE ET DE LA RESISTANCE MECANIQUE DES JOINTS COLLES. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL EST PRECISEMENT CONSACREE A UNE ETUDE DU COMPORTEMENT VIBRATOIRE DE STRUCTURES MULTICOUCHES EN FONCTION DE PARAMETRES TELS QUE L'EPAISSEUR DE LA COUCHE DE COLLE, LE TYPE DE CONTACT ENTRE LES PLAQUES METALLIQUES ET LA COLLE, ET LA NATURE DES MATERIAUX MIS EN JEU. CES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT COMPARES AUX PREVISIONS THEORIQUES ISSUES D'UN MODELE PRENANT EN COMPTE LES DEUX CAS EXTREMES DU CONTACT RIGIDE QUI ASSURE LA TRANSMISSION DES COMPOSANTES NORMALES ET TANGENTIELLES DES DEPLACEMENTS ET DES CONTRAINTES MECANIQUES, ET DU CONTACT GLISSANT QUI NE TRANSMET QUE LES COMPOSANTES NORMALES. UN MODELE SIMPLE PERMETTANT DE TENIR COMPTE DE L'ANISOTROPIE DUE AU LAMINAGE DES PLAQUES EST D'ABORD PROPOSE. LES CONDITIONS DANS LESQUELLES IL EST POSSIBLE D'OBSERVER UNE INFLUENCE DES DIVERS PARAMETRES SONT MISES EN EVIDENCE. LA SECONDE PARTIE DE CE TRAVAIL EST CONSACREE A L'ETUDE DE LA STRUCTURE DES ONDES DE LAMB DANS UNE PLAQUE. CETTE ETUDE A ETE POSSIBLE GRACE A L'UTILISATION DE TECHNIQUES D'EXCITATION ET D'OBSERVATION OPTIQUES. UNE METHODE D'ANALYSE DANS LE PLAN TEMPS FREQUENCE PAR TRANSFORMEE DE WIGNER-VILLE A PERMIS DE DETERMINER LES CARACTERISTIQUES DE DISPERSION DES ONDES DE LAMB, ET UNE METHODE DE FILTRAGE EN BANDE ETROITE A PERMIS DE DETERMINER SA POLARISATION
Author: Matthieu Gresil
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Languages : fr
Pages : 241
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Book Description
Par la qualité et la variété de leurs propriétés mécaniques, les matériaux composites sont de plus en plus utilisés notamment dans le domaine naval militaire. En outre, la possibilité d'intégrer des fonctions intelligentes au sein même des matériaux représente à elle seule une avancée importante pour l'utilisation de ces composites. Afin de diminuer les coûts des inspections requises pour déceler l'apparition de défauts internes, il est préférable d'utiliser des matériaux intégrant directement un contrôle de santé. Ainsi, nous avons cherché à définir une méthode d'évaluation non destructive in situ, afin d'offrir une meilleure sécurité opérationnelle des structures à moindre coût. Dans ce travail l'utilisation des ondes de Lamb a été étendue au cas des matériaux anisotrope stratifiés. La propagation et les caractéristiques des modes dispersifs des ondes de Lamb ont été étudiées en relation avec les propriétés mécaniques des structures. La réalisation de plaques instrumentées a permis la détection expérimentale de défauts réalistes grâce à la définition de paramètres d'endommagement. L'emplacement des défauts a été estimé par un traitement de signal basé sur la transformée en ondelette discrète et continue. Enfin, les modes de Lamb fondamentaux ont été modélisés par la méthode des éléments finis à deux dimensions. Concomitamment, un blindage électromagnétique basé sur la conductivité électrique des fibres de carbone a permis d'obtenir une efficacité de blindage performant, adapté au domaine naval militaire. En particulier l'importance qualitative de la continuité électrique entre les différentes plaques composites sur la performance mesurée a été soulignée. Une modélisation générique basée sur la méthode des sources ponctuelles réparties a permis de modéliser la propagation des ondes électromagnétiques dans un matériau composite. L'originalité de cette étude réside dans la démonstration de la faisabilité d'intégrer dans des matériaux composites des deux fonctionnalités indépendantes que sont la protection électromagnétique et un contrôle de santé actif.
