Soutenance de thèse : Ce XIAO

Characterization of fatigue cracks in metallic materials by X-ray tomography

Doctorant : Ce XIAO

Laboratoire INSA : MateIS

Ecole doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

La tomographie à rayons X est la méthode expérimentale la plus couramment utilisée et la plus efficace pour la caractérisation en 3D des fissures dans les métaux, notamment dans le cadre des essais de fatigue in-situ. La forme et la taille des fissures peuvent être observées et caractérisées avec une résolution variant entre 10 et 1 um selon le type de source de rayons X utilisé, qu’il s’agisse de sources de laboratoire ou de sources synchrotron. Dans certains  cas, l’analyse des images de tomographie de fissures présente un certain nombre de problèmes. Pour les images de tomographie de laboratoire, l’énergie limitée des rayons X et le rapport signal/bruit donnent des images en niveaux de gris à faible contraste et bruitées, ce qui rend difficile l’extraction automatique et précise de la forme des fissures. Ainsi, une méthode de segmentation d’images basée sur les matrices Hessienne a été utilisée pour une image de tomographie de laboratoire contenant une fissure faiblement contrastée. La corrélation d’images volumiques, une autre méthode efficace d’analyse quantitative, a été également utilisée pour caractériser des fissures avec le même type d’images. La fermeture de fissures de fatigue internes dans une fonte à graphite sphéroïdal a ainsi pu être mesurée pour la première fois à partir d’images de tomographie de laboratoire. Dans les images de tomographie synchrotron, le contraste de phase aide à détecter des fissures dont l’ouverture est inférieure à la taille du voxel, mais il complique également le contraste des fissures dans l’image et génère certains artefacts spécifiques (streak artefact et wrinkled artefact notamment) lorsque l'algorithme de reconstruction classique par rétro-projection filtrée est utilisé. Une méthode de segmentation basée sur un réseau neuronal a été développée pour extraire automatiquement des fissures de fatigue 3D d’une série d’images de tomographie synchrotron in-situ. Afin de mieux comprendre le contraste des fissures dans les images 3Dreconstruites a, d’étudier la source des artefacts mentionnées précédemment et de trouver des moyens de réduire ces artefacts, des simulations de la tomographie par contraste de phase ont été réalisées et les résultats en bon accord avec les images expérimentales ont permis une meilleure analyse de ces dernières.

MOTS-CLÉS : Synchrotron tomographie, fissure, contraste de phase, corrélation d’images volumiques