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HAL Id: tel-01410261 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01410261 Submitted on 6 Dec 2016 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Capteur de corrosion passif et sans contact Maria Yasri To cite this version: Maria Yasri. Capteur de corrosion passif et sans contact. Electromagnétisme. Université de Bretagne occidentale - Brest, 2016. Français. <NNT : 2016BRES0006>. <tel-01410261> THÈSE / UNIVERSITÉ DE BRETAGNE OCCIDENTALE sous le sceau de l’Université européenne de Bretagne pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE BRETAGNE OCCIDENTALE Mention : Matériaux et Micro-ondes École Doctorale SICMA présentée par Maria Yasri Préparée au Laboratoire de Magnétisme de Bretagne / Institut de la Corrosion, Brest Thèse soutenue le 1 février 2016 Devant le jury composé de : Bernard Flechet Professeur, IMEP-LHAC, Université de Savoie, Chambéry / Rapporteur Smail Tedjini Professeur, Grenoble-INP / Rapporteur Stéphane Rioual Maître de conférence, Laboratoire de Magnétisme de Bretagne / Directeur de thèse François Gallée Maître de conférence, Télécom Bretagne - Lab-STIC / Examinateur Benoit Lescop Maître de conférence, Laboratoire de Magnétisme de Bretagne / Examinateur Ala Sharaiha Professeur, Université de Rennes 1 / Examinateur Christian Person Professeur, Télécom Bretagne - Lab-STIC / Examinateur Dominique Thierry Directeur, Institut de la corrosion / Examinateur Gilles Zalamansky Docteur, Dassault Aviation / Invité Erwan Diler Ingénieur de Recherche, Institut de la corrosion / Invité Capteur de corrosion passif et sans contact Remerciements Le travail présenté dans ce mémoire est le fruit d’une collaboration entre les Laboratoires LMB et Lab-STICC et l’entreprise Institut de la corrosion dans le cadre d’un contrat CIFRE. Je tiens tout d’abord à remercier les personnes qui ont accepté de faire partie du jury : M. Christian PERSON, directeur scientifique adjoint à Télécom Bretagne. Il m’a fait l’honneur d’accepter le rôle d’examinateur de ce travail et de présider le jury de thèse. M. Smail TEDJINI, professeur à l’Institut National Polytechnique de Grenoble. Il a accepté de juger et rapporter mon travail et m’a fait part de ses remarques constructives, ses conseils et ses encouragements. M. Bernard FLECHET, professeur à l’Université de Savoie à Chambéry. Il m’a fait l’honneur d’accepter d’examiner ce travail et d’être rapporteur de cette thèse. Je tiens à le remercier pour la pertinence de ses remarques. M. Ala SHARAIHA, professeur à l’université de Rennes, d’avoir accepté d’être examinateur de ce présent travail. M. Gilles ZALAMANSKY, Ingénieur-chercheur chez Dassault Aviation d’avoir accepté de venir assister à la présentation de mes travaux. M. Stéphane RIOUAL, maître de conférences à l’Université de Bretagne Occidentale, qui a efficacement dirigé ma thèse. Merci pour ton encadrement, ton soutien constant, tes conseils, tes idées qui m’ont permis de mener ces recherches à terme dans de bonnes conditions. Merci également pour avoir toujours trouvé rapidement des solutions à tous les problèmes rencontrés au cours de ces trois années. Je te remercie d’ailleurs pour la grande confiance que tu m’as témoignée tout au long de mes études. Merci de m’avoir donné l’opportunité de participer à des événements nationaux et internationaux très intéressants et fait rencontrer des doctorants, chercheurs et professeurs. M. Benoit LESCOP, maître de conférences à l’Université de Bretagne Occidentale. Je tiens à te remercier vivement pour ta présence constante durant ces travaux, tes idées pertinentes et tes conseils avisés. M. François GALLEE, maître de conférences à Télécom Bretagne à Brest. Je tiens à te remercier sincèrement pour ton suivi régulier pendant ces trois années, tes conseils et ta disponibilité ainsi que tes déplacements réguliers pour le suivi de ce travail. Je voudrais aussi remercier mon directeur industriel M. Dominique THIERRY ainsi que M. Erwan DILER, ingénieur de recherche et développement. Merci Erwan pour ton encadrement et tes précieux conseils au niveau de la technique et de la gestion de mon travail. Merci également pour ta patience et tes encouragements. J’ai sincèrement regretté ton absence à ma soutenance de thèse. Je remercie mes collègues de l’Institut de la corrosion pour m’avoir accueilli au sein de l’entreprise durant ces trois années et m’avoir fait partager leurs expertises et leurs connaissances. J’ai beaucoup appris à vos côtés. Je tiens également à remercier tout le personnel du LMB, les enseignants, les chercheurs, les équipes administratives. Je remercie, sincèrement M. Gael LE ROUX, technicien et membre de cette équipe, pour sa disponibilité et ses conseils. Je remercie également mes amis, Rania KHALIFEH, Léa ABI NASSIF…, d’avoir toujours été là pour m’aider, me soutenir et me supporter. Grâce à eux, ces trois années de doctorat sont passées très rapidement. Je vous souhaite une bonne continuation à tous. Je remercie vivement ma famille : mon mari et mes 3 garçons à qui je dois beaucoup, pour le soutien et l’affection qui m’ont exprimé tout au long de cette thèse. Et enfin, je remercie tout particulièrement mes parents qui n’ont jamais cessé de me soutenir dans les projets que j’entreprenais. Un grand merci à vous deux… Table des matières Table des matières Introduction générale ..................................................................................................................... 1 Bibliographie de l’introduction générale ..................................................................................... 7 Chapitre 1 : Généralités sur la corrosion et Etat de l’art des capteurs de corrosion .............. 9 1.1 Généralités sur la corrosion ............................................................................................. 11 1.1.1 Définitions .................................................................................................................... 11 1.1.2 Facteurs influençant la corrosion atmosphérique ........................................................ 12 1.1.3 Principales formes de corrosion ................................................................................... 14 1.2 Etat de l’art : Techniques de détection de la corrosion .................................................... 15 1.3 Synthèse des différentes techniques ................................................................................ 21 1.4 Application : Réseau de capteur ...................................................................................... 22 1.4.1 Capteur de corrosion actif : LUNA .............................................................................. 23 1.4.2 Capteur de corrosion passif .......................................................................................... 24 1.4.3 Conclusion ................................................................................................................... 26 1.5 Développement d’un capteur de corrosion totalement passif et sans contact inspiré de la technologie RFID ....................................................................................................................... 27 1.5.1 Technologie RFID ....................................................................................................... 27 1.5.2 Capteur inspiré de la technologie RFID ....................................................................... 33 1.5.3 Capteurs de corrosion basés sur la technologie RFID ................................................. 35 1.6 Synthèse et objectif .......................................................................................................... 38 Bibliographie du chapitre 1 ......................................................................................................... 39 Chapitre 2 : Développement de fonctions hyperfréquences sensibles à la corrosion atmosphérique .............................................................................................................................. 45 2.1 Introduction ..................................................................................................................... 47 2.2 Etude de la propagation des ondes dans une ligne microruban soumise à la corrosion .. 47 2.2.1 Choix de la structure de propagation ........................................................................... 47 2.2.2 Simulation électromagnétique sur HFSS des différents effets de la corrosion ............ 54 2.2.3 Origine de l’atténuation du signal dans une ligne microruban .................................... 67 2.2.4 Mesure expérimentale du signal RF et l’évolution de la résistance électrique R au cours de la corrosion de la ligne microruban .......................................................................... 71 Table des matières 2.2.5 Comparaison des résultats théoriques et expérimentaux ............................................. 77 2.3 Evolution de la propagation des ondes électromagnétique dans un résonateur soumis à la corrosion ..................................................................................................................................... 79 2.3.1 Simulation de la corrosion avec des outils numériques ............................................... 80 2.3.2 Mesure expérimentale du signal RF au cours de la corrosion d’un stub ..................... 85 2.4 Développement de capteur de corrosion à partir des éléments sensibles ........................ 92 2.4.1 Capteur binaire basé sur un diviseur Wilkinson de puissance ..................................... 93 2.4.2 Capteurs de corrosion basé sur un résonateur .............................................................. 98 2.4.3 Capteur de corrosion basé sur un multirésonateur à 2 états ...................................... 101 2.5 Conclusion ..................................................................................................................... 103 Bibliographie du chapitre 2 ....................................................................................................... 105 Chapitre 3 : Démonstrateur d’un capteur de corrosion passif et sans contact .................... 107 3.1 Introduction ................................................................................................................... 109 3.2 Architecture utilisée ....................................................................................................... 109 3.3 Caractéristiques des antennes utilisées .......................................................................... 110 3.3.1 Antenne monopôle ULB ............................................................................................ 110 3.3.2 Antenne patch à polarisation circulaire ...................................................................... 115 3.3.3 Antenne patch quart d’onde (PIFA) ........................................................................... 117 3.3.4 Récapitulatif ............................................................................................................... 119 3.4 Réalisation d’un prototype ............................................................................................. 120 3.5 Amélioration de l’isolation Tx/Rx ................................................................................. 122 3.5.1 Suppression de l’onde directe par déphasage ............................................................ 122 3.5.2 Isolation temporelle ................................................................................................... 124 3.6 Conclusion ..................................................................................................................... 125 Bibliographie du chapitre 3 ....................................................................................................... 127 Chapitre 4 : Sonde RF à champ proche pour le contrôle de la dégradation des matériaux 129 4.1 Introduction ................................................................................................................... 131 4.2 La microscopie micro-onde en champ proche : définition et historique ....................... 131 4.3 Description de la sonde coaxiale ................................................................................... 132 4.4 Simulations électromagnétiques et caractérisation de matériaux .................................. 135 4.4.1 Caractérisation d’un matériau diélectrique ................................................................ 135 Table des matières 4.4.2 Caractérisation d’un matériau métallique .................................................................. 138 4.5 Résultats expérimentaux ................................................................................................ 141 4.5.1 Corrosion de l’acier galvanisé ................................................................................... 141 4.5.2 Caractérisation de l’anodisation de l’aluminium ....................................................... 143 4.5.3 Diffusion de l’eau dans un revêtement organique ..................................................... 144 4.6 Conclusion ..................................................................................................................... 146 Bibliographie du chapitre 4 ....................................................................................................... 147 Conclusion générale et perspectives ......................................................................................... 153 ANNEXE ..................................................................................................................................... 159 Bibliographie personnelle .......................................................................................................... 171 Table des Figures Table des Figures Figure i.1 : Architecture standard de capteur sans contact. .............................................................. 4 Figure i.2 : Architecture, sans batterie, proposée pour un capteur d’environnement sans contact. . 5 Figure 1.1 : La corrosion se fait à l'interface entre l'environnement et le matériau. ...................... 11 Figure 1.2 uploads/Geographie/ these-2016-sicma-materiaux-et-micro-ondes-yasri-maria-pdf 1 .pdf