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Chapitre 2 Contrôles non-destructifs Sommaire 2.1 Introduction . . . . . . . .

Chapitre 2 Contrôles non-destructifs Sommaire 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2.2 Déﬁnition du contrôle non-destructif . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2.3 Domaines d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.4 Ressuage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.5 Magnétoscopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.6 Radiographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.7 Courants de Foucault . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1 CHAPITRE 2. CONTRÔLES NON-DESTRUCTIFS 2.1 Introduction Les techniques du Contrôle Non-Destructif (CND) jouent un rôle très important dans le monde industriel actuel. En effet, les exigences en ﬁabilité qui ne cessent d’augmenter et l’introduction de nouveaux matériaux à grande échelle nécessitent une surveillance continue des biens et de leur fonctionnement. Les techniques du CND sont utilisées pour caractériser les propriétés des matériaux (ou des compo- sants) et évaluer leurs défauts. Cela permet généralement d’optimiser le dimension- nement des structures et l’exploitation des biens. Ces techniques sont également utilisées dans l’inspection des processus et des structures industriels notamment les plus critiques. Ainsi, les CND sont, de nos jours, largement utilisées pour l’ins- pection continue dans les industries aéronautique et spatiale, les installations nu- cléaires, les centrales électriques, les usines de produits chimiques, etc. Parmi les techniques du contrôle non-destructif existant, nous proposons d’étu- dier, dans le présent chapitre, les techniques de ressuage, la magnétoscopie, la radio- graphie et les courants de Foucault. D’autres techniques, telles que la thermographie infrarouge et l’analyse des huiles, seront étudiées dans les prochains chapitres. 2.2 Déﬁnition du contrôle non-destructif Le vocabulaire contrôles non destructifs regroupe l’ensemble des techniques dans lesquelles le matériau ou le composant testé n’est pas détruit. En d’autres termes, il s’agit de l’ensemble des techniques permettant de caractériser les proprié- tés du matériau (ou composants) sans qu’il en résulte des altérations préjudiciables à son utilisation future. Contrairement aux essais mécaniques classiques (e.g. trac- tion, ﬂexion, torsion, etc.) dans lesquels le matériau testé est détruit (i.e. fracturé, en au moins, deux parties) pour évaluer sa résistance. Dans les techniques du CND, le matériau testé conserve toutes ses propriétés d’origine (i.e. après le test le matériau peut être utilisé aux ﬁns pour lesquelles il avait été conçu à l’origine). En plus de leur utilisation dans le diagnostic et la détection des défaillances, les techniques de CND sont aussi utilisées pour la caractérisation des propriétés phy- siques et/ou mécaniques des matériaux. Dans ce cadre, on peut citer par exemple : – le module de Young (élasticité) en mesurant la vitesse ultrasonore dans les matériaux ; – la résistance ultime à la traction, la force de liaison ou la pression d’éclatement d’un tube sous pression via le facteur d’onde de contraintes ; – la fraction volumique de ﬁbres de carbone dans un matériau composite en me- surant le changement d’impédance d’une sonde à courants de Foucault. Lorsque ces techniques sont utilisées dans de telles applications, elles sont ap- pelées “techniques d’évaluation non-destructive (END)” ou “Non-Destructive Evaluation (NDE)” en anglais. Cependant, il se trouve que le terme END est plus large puisqu’il couvre toutes les techniques de caractérisation des matériaux en plus des techniques du CND. Ces techniques peuvent être trouvées sous une autre appellation, à savoir : Inspection Non-Destructive (IND) où l’on trouve les techniques de CND utilisées dans les programmes (ou politiques) d’inspection. Université de Bejaia 2 E. AIT MOKHTAR CHAPITRE 2. CONTRÔLES NON-DESTRUCTIFS 2.3 Domaines d’application Du point de vue des scientiﬁques et des spécialistes des matériaux, il est évident qu’aucun matériau ne peut être parfait (i.e. qu’il ne présente aucun défaut). En effet, en pratique, on ne peut que minimiser le nombre ou réduire la taille des défauts pré- sents dans les matériaux en optant pour des techniques et procédés de fabrication adéquats et optimaux. Puisqu’il faut faire avec ce genre de défauts, les scientiﬁques et les ingénieurs des matériaux devraient être capable de localiser et d’évaluer la gravité des défauts présents dans les matériaux, composants, produits, systèmes et installations sans compromettre leur utilisation future. D’où la nécessité d’utiliser les différentes techniques de CND. 2.3.1 Dimensionnement des systèmes et installations Lors de la conception des systèmes, les ingénieurs doivent s’assurer que ses der- niers puissent résister aux charges auxquelles ils sont soumis, et ce dans le but d’as- surer la sécurité des utilisateurs. Sachant que les matériaux utilisés pour l’élabora- tion de ces systèmes présentent des défauts, des coefﬁcients de sécurité sont aussi considérés pour minimiser les risques d’accidents. De nos jours, les techniques de CND sont utilisées pour sélectionner des matériaux relativement ”exempts de dé- fauts” et mieux comprendre le comportement de ces matériaux, notamment les ma- tériaux les plus récents (e.g. matériaux composites, les céramiques, les polymères, etc.). Cela permettra de placer une certaine conﬁance à ces matériaux et réduira ainsi le coefﬁcient de sécurité sans sacriﬁer la ﬁabilité du produit. La considération de co- efﬁcient de sécurité faible conduira à des systèmes plus légers et une économie de matière. 2.3.2 Contrôle qualité, assurance qualité et ﬁabilité De nos jours, alors que tout le monde cherche à atteindre une plus grande ﬁa- bilité et des contrôles de qualité rigoureux, les techniques de CND ont gagné en importance. En règle générale, tous les matériaux et/ou composants sont inspectés de manière non destructive pendant et après la fabrication pour être validés et mis sur le marché. Ils sont aussi contrôlés pendant leur cycle de vie pour s’assurer que leur état est adapté à l’usage. De plus, le fait d’effectuer des tests non destructifs sur une matière première ou un composant avant sa mise sur le marché constitue une valeur ajoutée à ces produits. 2.3.3 Secteurs à haute ﬁabilité Les techniques de CND revêtent une plus grande importance dans les secteurs à haute ﬁabilité tels que le nucléaire, le spatial, l’aéronautique, la défense, l’auto- mobile, la chimie et autres. Cela permettra de détecter les défauts prématurément et évitera ainsi les défaillances qui s’avèrent catastrophiques dans ce genre de secteurs. 2.3.4 Évaluation de la gravité des défauts En plus d’être utilisées pour l’évaluation et la localisation des défauts, des tech- niques de CND sont également utilisées pour évaluer la gravité ou non des défauts. E. AIT MOKHTAR 3 Université de Bejaia CHAPITRE 2. CONTRÔLES NON-DESTRUCTIFS En effet, certains défauts peuvent être totalement inoffensifs compte tenu de leur petite taille ou de leur position inoffensive (e.g. présence de micros-vides dans une région faiblement sollicitée d’un composite). Cependant, d’autres défauts peuvent être assez néfastes en raison de leur taille, type et position. Outre les catégories no- cives et inoffensives, il existe également une troisième catégorie de défauts, à savoir, les défauts bénéﬁques. Ce genre de défauts n’est pas grave et leur localisation est généralement avantageuse. En effet, certains défauts bénéﬁques arrêtent ou gênent la propagation d’une ﬁssure et d’autres défauts bénéﬁques détournent le chemin de progression de la ﬁssure en fournissant un chemin plus facile mais dans une di- rection différente et relativement plus sûre. Par conséquent, l’ingénieur en CND ne doit pas rejeter un matériau et/ou un composant simplement à cause de la présence d’un défaut. Il doit déterminer si le défaut est inoffensif ou bénéﬁque et énoncer catégoriquement les critères de rejet. 2.3.5 Inspection continue L’avènement des progrès modernes dans le domaine de l’électronique, de l’in- formatique et l’analyse des données a permis le développement d’instruments et de logiciels permettant de détecter rapidement les défauts et d’identiﬁer leur nature, leur forme, leur taille et leur criticité. Ces technologies sont aussi exploitées pour la surveillance continue des structures à haut risque soumises à des charges de ser- vice. Cette surveillance continue assure une plus grande ﬁabilité des structures et des composants en service ainsi qu’un prolongement de leurs cycles de vie. 2.3.6 Évaluation du comportement des matériaux Comme indiqué dans la section précédente, les techniques de CND sont aussi exploitées pour évaluer le comportement des matériaux. Elles permettent notam- ment de : – étudier en détail les étapes conduisant à la rupture ductile des métaux et la rupture des matériaux composites ; – prévoir le comportement en fatigue des matériaux ; – évaluer les propriété mécaniques des matériaux (e.g. uploads/s3/ chap-2 4 .pdf