De l'imagerie médicale à l'inspection des grands ouvrages

Imagerie médicale et surveillance des composants : un flair sans égal

Vous vous souvenez d'Idéfix, ce petit chien aussi attachant que têtu et ingénieux qui accompagne Obélix dans tous ses déplacements ? Mais connaissez-vous IDEFIX, la nouvelle équipe-projet commune au centre Inria de Saclay, ENSTA Paris membre de l'Institut polytechnique de Paris et la R&D d’EDF ? Les deux n'ont a priori rien à voir, si ce n'est un tempérament curieux et un nom, qui est issu de la dénomination en anglais « "Inversion of Differential Equations For Imaging and physiX", ce qui signifie "inversion des équations différentielles pour l'imagerie et la physique".

La nouvelle équipe-projet se consacre à la modélisation de l'expérience d'imagerie pour plusieurs domaines d'application (voir encadré), dont l'imagerie médicale et l'inspection des grands ouvrages d'art. Et ce, afin de proposer de nouvelles méthodologies d'analyse et de détection de certains événements.

Tout commence en général par une expérience : « Nous envoyons, à l'aide d'un émetteur, des ondes, parfois des impulsions électriques, et nous récoltons les données » (le signal rétrodiffusé), indique Houssem Haddar, directeur de recherche Inria, coresponsable de cette équipe. « Nous utilisons ensuite les mathématiques pour modéliser cette expérience et éventuellement remonter à ce que l'on cherche : cela peut être l'image de tissus cancéreux ou celle d'un défaut dans une structure de génie civil. »

Un partenariat académique et industriel

IDEFIX est aujourd'hui la première équipe-projet commune Inria-Industrie du centre Inria de Saclay. Le partenariat avec la R&D d’EDF ne doit rien au hasard : Houssem Haddar, directeur de recherche Inria, a en effet encadré la thèse de Lorenzo Audibert, le responsable de projet côté R&D d’EDF, avec lequel il copilote aujourd'hui l'équipe de recherche.  Les deux chercheurs ont aussi déjà été amenés à collaborer régulièrement sur les travaux d'une ancienne équipe Inria, qui s'appelait DEFI (pour "Détermination de formes et identification"). Et ils partagent un même intérêt pour la modélisation mathématique de l'expérience d'imagerie des ouvrages en béton.

Les chercheurs vont accueillir dans les prochaines semaines un ingénieur de l’ENSTA Paris qui sera expert dans le développement logiciel pour la simulation de phénomènes sonores et dans le calcul HPC. Cette expertise technologique élargira le spectre applicatif de l’équipe (à travers la modélisation et virtualisation 3D du son) et renforcera son assise logicielle en terme de simulations performantes de problèmes de diffraction d’ondes. 

L’inversion des modèles

Les données recueillies sont utilisées pour améliorer la sûreté et l'exploitation des infrastructures complexes, tels les barrages ou certains composants des centrales nucléaires. C'est sur la façon de les analyser que les approches diffèrent. Car Inria et EDF ont développé des expertises sur deux méthodologies d'analyse différentes, mais complémentaires.

Il y a, d'une part, la méthode sans modèle physique d'EDF, qui se révèle très utile pour des inspections rapides : « On analyse les données mesurées pour trouver des combinaisons qui vont nous permettre de dire si oui ou non il y a un défaut, en comparant notamment aux connaissances antérieures », précise Lorenzo Audibert. Et il y a, d'autre part, la méthode appliquée aux structures complexes, privilégiée par Inria. Le principe est celui de l’inversion des modèles physiques : les chercheurs essaient de déterminer les causes d'un phénomène constaté à partir des observations expérimentales de ses effets. « Cela nous aide à être plus précis, par exemple sur la taille d'un dépôt dans un tuyau, ou bien sur une fissure dans du béton ou un défaut lié par exemple à un nid de cailloux » (une cavité liée à un mauvais coulage du béton), observe Houssem Haddar.

Améliorer encore la sûreté des systèmes physiques

Pourquoi collaborer ? « Il y a des parallèles intéressants à effectuer entre ces deux formes d'imagerie et des complémentarités à trouver pour qu'elles nous aident à encore améliorer la sûreté des systèmes physiques », explique Lorenzo Audibert. « EDF est confronté à une très grande diversité de problématiques de terrain (sur les barrages, les centrales, les échangeurs thermiques ou les alternateurs…), qui sont autant de cas d'étude nous aidant à améliorer et à élargir le spectre de nos méthodes mathématiques et numériques visant à résoudre des problèmes inverses complexes et difficiles », ajoute Houssem Haddar, côté Inria.

Actuellement, les chercheurs IDEFIX se concentrent entre autres sur tout ce qui touche à la détection des fissures et à la mesure des variations de propriétés physiques, liées par exemple à de l'humidité ou à des réactions chimiques. Ils ont aussi en ligne de mire un certain nombre de problématiques propres à EDF, qui pourraient être étudiées à l'avenir avec des techniques comparables, comme la modélisation des fondations des barrages ou les tests d'usure de certains composants métalliques. Plusieurs doctorants et stagiaires rejoindront d'ailleurs prochainement l'équipe-projet. Il ne fait guère de doute que leurs recherches et leurs publications devraient rapidement les aider à relever plusieurs de ces défis partagés.