Stratégies d'analyses d'images multi-spectrales à partir de cartographies élémentaires  rapides au MEB pour la segmentation et la quantification de phases minéralogiques: principes et applications aux matériaux de construction.

Samuel MEULENYZER
Lafarge LCR Lyon

La microscopie électronique à balayage fut un outil révolutionnaire et facilement intégré dès le début de leur commercialisation dans la fin des années 1960 au sein des centres de recherches des ciments et bétons, et plus particulièrement du laboratoire de recherche central du Groupe Lafarge (aujourd’hui LafargeHolcim).

Le besoin de caractérisations avancées sur ces matériaux par définition hétérogènes, multi-échelles et complexes que sont les matrices cimentaires et les bétons ont conduit la recherche à de développements poussés intégrant des algorithmes d’analyse d’images issus des derniers développements de l’imagerie satellitaire.
En effet, les contraintes liées à la réduction de l’empreinte CO2 des liants, combinées à l’ajout d’additions minérales ont rendu la caractérisation de matériaux cimentaires supplémentaires (SCM) tels que les cendres volantes, les laitiers et les pouzzolanes naturelles difficiles en raison de leur complexité chimique et minéralogique.

Dans cette étude, nous explorons l'application d'algorithmes avancés de traitement d'image sur des ensembles de données d'images multispectrales (c'est-à-dire images BSE + cartes élémentaires de microanalyse aux rayons X) de mélanges ciment et pâtes de ciment mélangées. Nous montrons également une application sur béton.
Initialement développés pour les images satellites hyperspectrales, ces algorithmes sont basés sur un processus en deux étapes. Tout d'abord, les ‘supports vecteurs machine’ (SVM) analysent les informations spectrales de rayons X à chaque pixel. Ensuite, les champs de Markov (MRF) analysent l'information spatiale contenue dans les propriétés spectrales de la pixels voisins.
Cette approche combinée à une organisation hiérarchisée des informations sous forme d’arbre à partitions binaires (BPT) de classification d'image spectrale-spatiale a montré d’excellentes capacités de quantifier les propriétés et avancées d’hydratation dans un large éventail de systèmes complexes.

Outre les développements spécifiques au centre de recherche, nous abordons une revue des stratégies concurrentes développées face à cette problématique ainsi que les différentes approches possibles issues d’autres domaines de matériaux.
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