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Empreinte environnementale du monitoring des structures

Défi technologique : Cybersécurité : hardware et software (en savoir +)

Département : Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire : Laboratoire Méthodes CND

Date de début : 01-10-2022

Localisation : Saclay

Code CEA : SL-DRT-22-0667

Contact : olivier.mesnil@cea.fr

L'état de santé des structures (éoliennes, ponts, centrales, avions?) est essentiel à leurs opérations et à la sécurité. C'est pourquoi les opérations de maintenance incluent des inspections régulières, menant à des réparations ou des remplacements. Ces opérations ont un coût, non seulement économique, mais également environnemental. En effet, il est estimé que de 6 à 20% de l'empreinte carbone d'une éolienne est lié à sa maintenance et aux opérations courantes [1]. L'objectif de cette thèse est de proposer une méthodologie visant à minimiser l'empreinte environnementale des procédures d'inspection, en s'appuyant sur le contrôle non destructif (CND) et les nouvelles avancées en contrôle santé intégré (Structural health monitoring, SHM). Le CND consiste à contrôler ponctuellement (ex : tous les ans) l'état de santé d'un composant, tandis que le SHM consiste à intégrer de manière permanente des capteurs sur le composant pour surveiller son état de santé périodiquement (ex : tous les jours). Des travaux préliminaires ont permis de quantifier l'impact environnemental d'un système SHM (capteurs, électronique, consommation électrique?) et ont démontrés que son utilisation pouvait avoir un impact environnemental positif ou négatif, en fonction de l'application. En effet le SHM pourrait permettre de réduire l'impact environnemental de la structure instrumentée via 1) la réduction des opérations de maintenance ponctuelles, 2) une réduction de l'indisponibilité de la structure, 3) une potentielle augmentation de durée de vie et 4) la réduction des incidents et accidents. Cependant la balance nette impact environnemental versus gains potentiels doit être étudiée pour chaque application. La première action de cette thèse consistera en l'enrichissement de la méthodologie d'Analyse du Cycle de Vie (ACV) pour que celle-ci prenne en compte la surveillance individualisée des structures. En effet, l'ACV est une approche considérant le cycle nominal de vie d'une structure, que l'on cherchera à individualiser de manière probabiliste, pour quantifier un impact environnemental incluant les inspections et réparations. Cette méthodologie permettra la prise en compte des opérations de CND et de SHM sur le cycle de vie de la structure. La seconde action exploitera cette ACV augmentée pour minimiser l'empreinte environnementale d'une structure donnée par le biais de scénarios d'inspections et d'instrumentations. Une procédure pour garantir l'état de santé de chaque structure individuelle sera alors établie, proposant ainsi une solution CND ou SHM optimale pour un ou plusieurs composants de la structure. Finalement, la méthodologie complète sera appliquée à des cas précis (exemples : rail, pont, éolienne). Pour chaque application, des données spécifiques seront collectées auprès des partenaires industriels, des laboratoires et dans la littérature. le/la candidat(e) partagera son temps entre le CEA (Saclay) et les Pont ParisTech (Marne-la-Vallée) [1] R. Thomson et G. Harrison, «Life cycle costs and carbon emissions of wind power,» ClimateXChange, Scotland, 2015. [2 ]Ziani, M. (2021), Analyse du cycle de vie (ACV) du BIM appliqué aux projets d'infrastructure, Master Spécialisé,Manager en Ingénierie Numérique de Produits et de Bâtiments (INGENUM), ENSAM.

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