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INSPECTION ET EXPERTISE DES CONDUITES FORCÉES : À LA RECHERCHE DE TECHNIQUES «

INSPECTION ET EXPERTISE DES CONDUITES FORCÉES : À LA RECHERCHE DE TECHNIQUES « TOUT TERRAIN » INSPECTION AND ASSESSMENT OF PENSTOCKS : LOOKING FOR “ALL-TERRAIN” TECHNICAL SOLUTIONS J. Delemontez - P. Bryla – D. Filliard EDF / Division Technique Générale 21, avenue de l'Europe BP 41 38040 GRENOBLE CEDEX 9 Résumé EDF production hydraulique exploite environ 300 km de conduites forcées en acier réparties sur quelques 600 installations. L’age moyen élevé de ces conduites et la diversité des configurations rencontrées implique un effort important au niveau de la maintenance et des inspections pour maintenir ce parc dans un état opérationnel. Les dégradations apparaissant au cours du temps et qui affectent principalement les épaisseurs des tôles sont maintenant bien identifiées et les inspections en cours ont pour but de les détecter pour prévenir les indisponibilités des installations. A côté des techniques traditionnelles de mesures par ultrasons, des techniques telles que les courants de Foucault pulsés et le TOFD ont été testées sur des maquettes d’essais puis mises en œuvre à l’occasion d’inspections en service. La validation de ces techniques complémentaires permet de doter l’ « inspecteur » des différents outils de mesure pour mener à bien son diagnostic sur les différents cas de figure rencontrés et de se préparer le cas échéant à une automatisation des inspections. Abstract EDF hydraulic power generation is operating about 300 km of penstocks made of steel which represent around 600 power-stations. The age of those installations is against 60 years in average, that’s why it is necessary to order inspection and works to maintain the operational level. The main defects that appears during the life time of the penstocks are wall thickness losses and the aim of the in-service inspection is to find and localize these defects to avoid large outages of the power installation. Near the traditional ultrasonic measurements, some new ndt solutions such as TOFD and pulsed eddy current were first tested on special mock- ups then implemented on the field during in-service inspection. The validation of these ndt solutions in the field of the penstock inspections is very useful for the inspector to complete the assessment of the many cases and to prepare to possible automatic inspections. 1 INTRODUCTION EDF production hydraulique exploite environ 300 km de conduites forcées en acier réparties sur quelques 600 installations. L’âge moyen de ces installations qui est de l’ordre de 60 ans implique de les surveiller et de les entretenir afin de garantir la sûreté et leur disponibilité. Cela implique de connaître précisément l’état de ces ouvrages et de mettre en œuvre les techniques d’inspections les plus adaptées afin de permettre un diagnostic d’état le plus pertinent possible. L’objet de cette communication est de présenter les efforts faits en terme d’inspection des conduites forcées par EDF pour remplir cet objectif. CONTEXTE Des conditions d’examen multiples et variées Les caractéristiques de conception des conduites forcées font de chaque ouvrage un objet d’examen unique. En effet, les paramètres suivants varient d’une conduite à l’autre : - paramètres géométriques : ce sont les épaisseurs, les diamètres extérieur et intérieur, les longueurs de tôles. Une singularité est que ces paramètres varient sur une même conduite compte tenu des variations de pression hydraulique entre le sommet et le bas de l’ouvrage, - paramètres métallurgiques : l’étalement des conceptions dans le temps (plus de cent ans) entraîne la coexistence d’aciers de propriétés mécaniques et métallurgiques variées (tôle en acier à faible limite d’élasticité renforcé par système de frettes pour les ouvrages anciens aux viroles en aciers à haute limite élasticité qui sont maintenant incontournables pour les ouvrages les plus récents) - caractéristiques d’assemblages : pour les plus anciens ouvrages, ce sont les conceptions rivetées qui dominent : joints circulaires et axiaux - comme illustré en Figure 1 - aujourd’hui le soudage de tôles de fortes épaisseurs ne représentant plus un problème sur le chantier, - caractéristiques d’édification : les ancrages et appuis au relief sont réalisés par des interfaces en béton disposés à intervalles réguliers, caractéristiques topologiques : l’adaptation au relief géologique induit des pentes, des variations de pentes et quelquefois des changements de direction qui varient aussi bien d’un ouvrage à l’autre que sur un même ouvrage, la mise en place de tronçons enterrés peut être également rendu nécessaire, - historique de l’ouvrage : les conditions d’entretien et d’exploitation induisent par exemple un état des revêtements internes et externes anti-corrosion très dispersés selon les ouvrages. Les remplacements partiels de tronçon peuvent également laisser subsister sur une conduite des caractéristiques d’assemblages différentes. Les sollicitations subies (pressions, agressions géologiques,…) sont aussi propres à chaque ouvrage. La liste de ces paramètres est non-exhaustive et doit être pris en compte par les inspecteurs et ingénieurs pour établir le diagnostic de santé de l’ouvrage. 2 Figure 1 : exemple de conduite forcée de conception rivetée (1907) Objectifs des diagnostics et expertises La sûreté et la performance des installations constitue un enjeu primordial pour la production hydraulique. EDF s’est donc engagé récemment sur un programme pluri-annuel baptisé « SuPerHydro » (Sûreté et Performance de l’hydraulique) portant sur les composants sensibles des ouvrages dont font bien évidemment partie les conduites forcées. Ainsi, après avoir classé et priorisé chaque ouvrage, un programme d’inspection spécifique est défini. Il va consister à recueillir l’ensemble des données d’entrée nécessaires pour établir le diagnostic d’état de l’ouvrage. Ces données – qui sont listées dans des guides de diagnostic établis par les ingénieries d’EDF- sont principalement les suivantes : - caractéristiques métallurgiques, - propriétés mécaniques, - sollicitations subies au cours du temps, - pressions interne et externes, - état des joints (soudés, rivetés), 3 - … - et pertes d’épaisseurs. C’est ce dernier point qui fait l’objet d’une attention particulière lors des inspections. En effet, la corrosion n’épargne pas les conduites forcées malgré les précautions prises lors de la conception (revêtements interne et externe anti-corrosion). Ces revêtements subissent des dégradations au cours du temps et peuvent laisser place à des mécanismes de corrosion affectant les parois interne et externe des conduites. La corrosion qui affecte les conduites forcées se présente sous forme de pertes d’épaisseurs localisées que l’on peut – selon l’expérience acquise – classer en deux catégories : − Pertes d’épaisseurs localisées orientées selon l’axe ou génératrice de la conduite comme illustré en Figure 2, − Pertes d’épaisseurs localisées en forme de colonies de cratères de densité et d’étendue variable. Figure 2 : exemple de perte d’épaisseur localisée affectant les conduites forcées. Ces pertes d’épaisseurs affectent aussi bien la paroi externe que la paroi interne des conduites. Le but de l’inspection est donc d’identifier et de quantifier ces pertes d’épaisseur qui seront prises en compte ensuite dans les calculs de tenue mécanique de l’ouvrage. L’expérience d’EDF montre qu’il convient de s’intéresser aux pertes d’épaisseur dès qu’elles affectent 20% de l’épaisseur nominale. TECHNIQUES D’INSPECTION Mesures d’épaisseurs standards La technique de mesure traditionnelle des pertes d’épaisseurs est bien entendu la mesure par ultrasons. En pratique, elle est mise en œuvre sur les conduites forcées selon le schéma suivant : 4 - inspection ciblée des zones sensibles (par exemple interfaces acier/béton), - examen par sondage en partie courante des viroles. Ces mesures sont réalisées en général depuis l’extérieur à l’aide de mesureurs d’épaisseur portatifs. Pour les conduites dont le diamètre est suffisant, elles sont complétées par des mesures par l’intérieur. Lors des examens ciblés, l’opérateur procède alors à un maillage de la zone en général par pas de 5cm. Il peut être amené en fonction de ses observations sur le terrain à affiner le maillage voire à étendre les mesures sur des zones suspectes. En complément, des appareils avec visualisation de type A-SCAN peuvent être déployés, ponctuellement pour confirmer une perte d’épaisseur annoncée lors de l’examen de premier niveau. Pour une exploitation plus fine des résultats, il convient de prendre en compte les incertitudes de mesure. En tant que unité d’ingénierie d’expertise et de mesure, la DTG D’EDF a intégré dans son référentiel technique l’application de la norme NF ENV 13005 (G.U.M) qui décrit une démarche pour le calcul des incertitudes de mesure. C’est sur ce modèle que celles-ci ont été établies pour les mesures d’épaisseurs sur les conduites forcées telles que présentées sur le graphe de la Figure 3. Figure 3 : incertitudes de mesure d’épaisseur par ultrason Dans le cas où l’inspecteur doit effectuer sa mesure sur une surface affectée par de la corrosion – c’est le cas par exemple lors de l’inspection par l’extérieur de conduites de petit diamètre ou également lors de la mesure par l’intérieur au droit des interfaces acier/béton – il peut s’avérer nécessaire de prendre en compte l’influence de l’état de la surface lors de la phase d’interprétation des mesures. La mesure peut effectivement être affectée avec l’état dégradé de la surface : ce phénomène est illustré par les déformations et perturbations du faisceau acoustique observées lors des simulations avec le logiciel CIVA ® et présentées en Figure 4. 5 Figure 4 : influence de l’état de la surface d’examen sur la mesure ultrason - calculs Civa® par EDF uploads/s3/ inspection-conduites-forcees-pdf.pdf