Analyse et visualisation de la géométrie des matériaux composites à partir de données d'imagerie 3D

Les travaux présentés ici sont le résultat d'un projet de collaboration réalisé dans les années 2014 à 2017 dans le cadre d'une thèse en cotutelle entre la Chaire sur les Composites à Haute Performance (CCHP) du Département de Génie Mécanique de l'École Polytechnique de Montréal à Québec et le Laboratoire Roberval, UMR 737 à l'Université de Technologie de Compiègne, France. L'objectif principal des travaux était de proposer une méthodologie pour transformer les données d'imagerie tridimensionnelle obtenues à partir de la microtomographie aux rayons X en modèles numériques de taille réduite pour explorer la microstructure et raffiner la simulation numérique des procédés de fabrication des matériaux composites renforcés par des fibres courtes ou longues. La microtomographie aux rayons X est une technique d'étude non destructrice des matériaux, qui est de plus en plus populaire dans le domaine des composites. Ses applications sont vastes, de la détection des défauts dans les pièces fabriquées à la calibration de modèles de compression de renforts tissés. Bien que l'évaluation qualitative de la microstructure avec cette méthode soit relativement simple, son potentiel majeur réside dans l'analyse quantitative des caractéristiques structurelles du composite. En raison de la quantité de données très large fournie par chaque essai tomographique, l'automatisation de l'interprétation des mesures est indispensable ainsi que l'estimation de l'incertitude qui accompagne le traitement. Etant donné la grande variété des aspects de microstructures étudiés avec la microtomographie, nous nous sommes proposés d'identifier les éléments clés de chaque type d'analyse dans le but d'élaborer une approche générale de caractérisation d'un matériau composite. Les étapes du traitement considérées du point de vue de la caractérisation du matériau consistent à identifier les éléments homogènes (de phase chimiquement distincte) et/ou hétérogènes (des agrégats de différentes phases) de la microstructure, suivi par la description de leur morphologie et de leur distribution spatiale. De point de vue algorithmique, le traitement consiste à la segmentation de phase et des structures, l'extraction de paramètres géométriques et spatiaux, la recherche des regroupements (ang. «clustering») et leur classification. Une étude approfondie de l'état de l'art sur des concepts reliés à ces opérations est présentée dans le Chapitre 2. Chacune des étapes du traitement des données microtomographiques est illustrée dans les articles qui constituent le coeur de la thèse.