Apport des méthodes Ultrasonore et Electrique pour l'Evaluation Non Destructive des ancrages passifs. // Contribution of Ultrasonic and Electrical Methods to the Non-Destructive Evaluation of Passive Anchors/rockbolts.

Les ancrages passifs sont des technologies d'arrimage et de renforcement en place utilisés dans de nombreux domaines du génie civil (risques naturels, infrastructures) et du génie minier. Avec un parc de plusieurs millions d'ancrages existants et plusieurs centaines de milliers installés chaque année en France, ils représentent un enjeu majeur. Les ancrages sont affectés par des pathologies de vieillissement, de corrosion, de défaut de scellement ou de sollicitation excessive, conduisant à des ruptures brutales à l'origine de pertes humaines et de dommages matériels très importants. Evaluer leur état réel reste difficile à qualifier in situ : l'évaluation de la longueur de transfert, de la longueur de scellement, du niveau de chargement et des défauts d'intégrité constitue aujourd'hui un verrou scientifique et opérationnel. Il existe des méthodes d'évaluation dites d'arrachement, normées, permettant d'évaluer les ancrages. Ces méthodes sont cependant couteuses, lentes, potentiellement complexes à mettre en œuvre (contexte montagnard) et induisant un potentiel endommagement de l'ouvrage testé.
L'objectif de ce travail de doctorat est d'évaluer l'apport de méthodes d'auscultation non destructives à grand rendement pour l'évaluation des ancrages passifs. L'état de l'art montre que les approches acoustiques (ultrasonores) et électriques sont déjà matures dans de nombreux domaines de l'évaluation non destructive, mais qu'elles restent encore insuffisamment stabilisées pour l'auscultation des ancrages passifs en conditions réelles (défauts de scellement, intégrité de l'armature). De plus, la forte dispersion des ondes, le caractère multimodal des signaux, l'influence du couplage acier-coulis-rocher, la variabilité géométrique des armatures et la complexité des conditions aux limites rendent l'interprétation délicate et limitent, à ce stade, l'accès à des indicateurs fiables et directement exploitables par les gestionnaires.
Le doctorat visera ainsi à lever plusieurs verrous scientifiques. Un premier axe concernera la compréhension physique de la propagation d'ondes guidées dans des milieux multicouches et hétérogènes, en intégrant les effets du scellement, du chargement axial, des singularités géométriques et d'éventuels défauts localisés. Un second axe portera sur la modélisation numérique afin de relier les observables mesurées aux paramètres d'état recherchés. Un dernier axe visera le développement d'algorithmes de traitement avancé combinant fusion d'informations et apprentissage automatique, afin d'améliorer la robustesse de l'interprétation et de quantifier les incertitudes. Sur le plan expérimental, le travail s'appuiera sur des campagnes d'essais en laboratoire et sur des essais en milieux contrôlés. Un couplage entre mesures ultrasonores & résistives, essais d'arrachement statiques ou impulsionnels, fibre optique distribuée, permettra de construire une base de données pour relier la réponse acoustique au comportement mécanique.
Les retombées attendues sont multiples. D'un point de vue scientifique, les travaux de doctorat contribueront à mieux comprendre les mécanismes de propagation dans les ancrages scellés et à formaliser des indicateurs non destructifs pertinents pour l'évaluation de leur état structural. D'un point de vue applicatif, elle doit conduire à une méthodologie plus fiable, plus rapide et moins intrusive ouvrant la voie à un diagnostic plus systématique des ancrages existants et à une maintenance plus prédictive des ouvrages.
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Passive anchors/rockbolts are in-place reinforcement technologies used in many fields of civil engineering, including natural hazard mitigation and infrastructure, as well as in the mining sector. With several million existing anchors and several hundred thousand new installations each year in France, they represent a major challenge. Anchors are affected by ageing-related pathologies, corrosion, grouting defects, and excessive loading, which can lead to sudden failures causing significant human casualties and severe material damage. Assessing their actual condition in situ remains difficult: determining the load transfer length, bonded length, loading level, and integrity defects currently constitutes both a scientific and operational challenge. There are standardised pull-out assessment methods for evaluating anchors. However, these methods are costly, slow, potentially complex to implement (in mountainous areas) and may cause damage to the structure being tested.
The objective of this doctoral thesis is to evaluate the contribution of high-throughput non-destructive testing methods for the evaluation of passive anchors. The state of the art shows that acoustic (ultrasonic) and electrical approaches are already mature in many areas of non-destructive evaluation, but they remain insufficiently stabilized for the inspection of passive anchors under real conditions, particularly with regard to grouting defects and reinforcement integrity. In addition, the high dispersion of waves, the multimodal nature of signals, the influence of steel–grout–rock coupling, the geometric variability of the reinforcing elements, and the complexity of boundary conditions make interpretation difficult and, at this stage, limit access to reliable indicators that can be directly used by infrastructure stakeholders.
This PhD will therefore aim to address several scientific challenges. The first one will focus on the physical understanding of guided wave propagation in multilayer and heterogeneous media, incorporating the effects of sealing, axial loading, geometric singularities and the presence of possible localised defects. A second one will focus on numerical modelling in order to link the measured observables to the desired state parameters. The last one will focus on the development of advanced processing algorithms combining information fusion and machine learning in order to improve the robustness of interpretation and quantify uncertainties. On the experimental side, the work will be based on laboratory test campaigns and tests in controlled environments. A combination of ultrasonic and resistive measurements, static or impulse pull-out tests, and use of and distributed fibre optics will enable the construction of a database to link the acoustic signature to mechanical behaviour.
The expected benefits are manifold. From a scientific point of view, the doctoral work will contribute to a better understanding of the propagation mechanisms in sealed anchors and to the formalisation of relevant non-destructive indicators for assessing their structural condition. From an applied perspective, it should lead to a more reliable, faster, and less intrusive methodology, paving the way for large-scale diagnosis of existing anchors and more predictive maintenance of structures.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Other public funding

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

ENTPE

162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

Des compétences en Physique appliquée, Evaluation Non Destructive (ou géophysique), et/ou en mécanique des milieux continus sont recherchées. Le candidat devra présenter une motivation pour des problématiques liées à l'instrumentation des ouvrages et/ou aux techniques de traitement de l'information. Maîtrise modérée d'un langage de programmation scientifique (Python, Matlab - ou autres outils). Une expérience dans la modélisation numérique (différences finies, éléments finis...) est recommandée.
Skills in applied physics, non-destructive evaluation (or geophysics), and/or continuum mechanics are sought. The candidate should demonstrate a strong interest in issues related to structural instrumentation and/or information processing techniques. A moderate command of a scientific programming language (Python, MATLAB, or similar tools) is expected. Experience in numerical modelling (finite differences, finite elements, etc.) is recommended.