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ENISo - Mécatronique Ingénierie de la maintenance A. KTARI 1 CHAPITRE 4: LES TE

ENISo - Mécatronique Ingénierie de la maintenance A. KTARI 1 CHAPITRE 4: LES TECHNIQUES DE CONTROLE NON DESTRUCTIFS (CND) 4.1. Objectifs et enjeux des CND L’utilisation des techniques de contrôle non destructif (CND) est désormais courante dans la plupart des milieux industriels. Le développement de ces méthodes a été initié vers les années 1960-1970 pour répondre aux demandes de secteurs comme celui du nucléaire, des moyens de transport en général et de l’aéronautique en particulier, de l’extraction (plates- formes off shore) et du transport (oléoducs, gazoducs) des produits énergétiques pétrole ou gaz, enfin du spatial. Réservées initialement à des branches de l’industrie pour lesquels la sécurité est un souci essentiel compte tenu de l’impact sur l’environnement et le public que pourrait avoir un mauvais fonctionnement des matériels concernés ou compte tenu de l’importance des budgets des programmes engagés, ces techniques se sont progressivement appliquées au contrôle de fabrication d’objets et de produits de masse. Les enjeux concernent ici une meilleure productivité, liée à une marche optimisée des lignes de fabrication, par une détection rapide et située le plus en amont possible des dérives des procédés, donnant ainsi une possibilité de réagir rapidement en feed back sur ceux-ci et une garantie pour le client utilisateur de disposer d’un produit présentant des caractéristiques homogènes, correspondant en tous points aux spécifications du cahier des charges. Si les bases physiques appliquées aux grands domaines du CND sont connues depuis bien longtemps, les développements actuels se caractérisent d’une part par une automatisation des moyens d’acquisition permettant ainsi le stockage et le traitement numérique d’un très grand nombre de données, d’autre part, par l’apparition de nouvelles générations de capteurs. Ces deux évolutions contribuent d’une part à une meilleure sensibilité intrinsèque de détection, qu’elle s’exprime en terme de rapport signal à bruit ou en terme de localisation du fait d’une meilleure résolution spatiale, d’autre part à une meilleure « sûreté » du contrôle en permettant, notamment du fait du gain de productivité qu’elles autorisent, de réaliser un contrôle exhaustif et d’éviter autant que faire se peut le contrôle statistique. Le but des contrôles non destructifs est de détecter tous les défauts nocifs susceptibles de provoquer des incidents à toutes les étapes de la chaîne de production depuis la fabrication du matériau de base jusqu’au produit fini en passant par les différentes et parfois nombreuses étapes intermédiaires et bien entendu chez l’utilisateur final. Tout au long de ce processus, chaque acteur se comportera comme le client de celui qui le précède et le fournisseur de celui qui le suit. En conséquence, les contrôles non destructifs peuvent être effectués à différents stades de la vie du produit, conduisant à trois types d’application se différentiant par le contexte industriel et par la nature du contrôle lui-même.  Le contrôle en cours de fabrication : relève de l’instrumentation industrielle et se présente comme elle sous la forme d’un appareillage installé sur la ligne, fiable, à temps de réaction compatible avec la vitesse des lignes de fabrication et non limitatif pour la productivité de celles-ci, enfin à coût d’exploitation faible. C'est un contrôle qui permet le repérage du défaut. ENISo - Mécatronique Ingénierie de la maintenance A. KTARI 2  Le contrôle en recette : est un contrôle de conformité à des spécifications de qualité définies dans un cahier des charges préalablement établi. Ici, l’aspect procédure de la démarche est primordial (choix du procédé, choix des paramètres de réglage, étalonnage de l’appareillage, présentation et archivage des résultats obtenus). Le contrôle doit permettre soit de détecter les défauts et en définir la nature et les dimensions, soit garantir le zéro défaut tel qu’il en résulte des spécifications du cahier des charges.  Le contrôle en service : s’effectue sur pièces ou structures lors d’opérations de maintenance ou à la suite de détections d’anomalies de comportement du matériel. L’accent est ici porté sur la fiabilité compte tenu de l’importance des risques encourus par la non détection d’un défaut grave. Le contrôle doit permettre d’estimer la nature et les dimensions des défauts pour pouvoir en évaluer la nocivité. Il faut aussi disposer d’une grande reproductibilité du contrôle pour pouvoir suivre l’évolution du dommage au cours du temps. Fig.1. Position des méthodes de contrôles non destructives 4.2. Détection des défauts 4.2.1. Hétérogénéités et défauts Le terme défaut est ambigu, relatif et peu précis, mais son sens négative évoque bien le rôle que joue le contrôle non destructif dans la recherche de la qualité. En fait, détecter un défaut dans une pièce, c’est physiquement, mettre en évidence une hétérogénéité de matière, une variation locale de propriété physique ou chimique nuisible au bon emploi de celle-ci. Cela dit, on a l’habitude de classer les défauts en deux grandes catégories liées à leur emplacement: les défauts de surface et les défauts internes.  Les défauts de surface, accessibles à l’observation directe mais par toujours visibles à l’œil nu, peuvent se classer en deux catégories distinctes : les défauts ponctuels et les défauts d’aspect. La première catégorie (défauts ponctuels) correspond aux défauts les plus nocifs sur le plan technologique, puisqu’il s’agit des criques, piqûres, fissures, craquelures, généralement capables à provoquer à terme la rupture de la pièce, en initiant par exemple des fissures de fatigue. Dans les pièces métalliques, l’épaisseur de ENISo - Mécatronique Ingénierie de la maintenance A. KTARI 3 ces fissures est souvent infime (quelques μm) et elles peuvent être nocives dès que leur profondeur dépasse quelques dixièmes de millimètre. Ceci qui implique l’emploi pour leur détection de méthodes non destructives sensibles, telles que le ressuage, la magnétoscopie, les courants de Foucault, les ultrasons. La seconde catégorie correspond aux défauts d’aspect, c’est-à-dire à des plages dans lesquelles une variation de paramètres géométriques ou physiques (rugosité, surépaisseur, taches diverses) attire le regard et rend le produit inutilisable. Dans ce cas, le contrôle visuel est possible, mais on cherche à le remplacer par des contrôles optiques automatiques.  Les défauts internes sont des hétérogénéités de natures, de formes, de dimensions extrêmement variées, localisées dans le volume du corps à contrôler. Leur nomenclature est spécifique à chaque branche d’activité technologique et industrielle. Dans les industries des métaux, il s’agira de criques internes, de porosités, de soufflures, d’inclusions diverses susceptibles d’affecter la santé des pièces moulées, forgées, laminées, soudées. Dans d’autres cas, il s’agira simplement de la présence d’un corps étranger au sein d’une enceinte ou d’un produit emballé. Ici le contrôle visuel est généralement exclu d’office et l’on utilisera donc l’un ou l’autre des grands procédés du CND que sont la radiographie, le sondage ultrasonore, ou encore des techniques mieux adaptées à certains cas comme l’émission acoustique, l’holographie, l’imagerie infrarouge, la neutronographie. 4.2.2. Principe de la détection d'un défaut Le principe de la détection d’un défaut consiste à exciter celui-ci et à recueillir sa réponse. Schématiquement, on peut généralement distinguer les étapes suivantes, quelle que soit la méthode employée : 1- mise en œuvre d’un processus physique énergétique ; 2- modulation ou altération de ce processus par les défauts ; 3- détection de ces modifications par un capteur approprié ; 4- traitement des signaux et interprétation de l’information délivrée. Différents types d’énergie sont employés en pratique: énergie mécanique (ultrasons, ressuage), électromagnétique (radioscopie, observation dans le visible, flux magnétique...). On peut schématiquement distinguer deux groupes de méthodes de détection :  les méthodes de flux, avec une excitation et une détection de même nature et pour lesquelles le défaut introduit une perturbation de flux qui peut être relevée soit directement dans le flux transmis (radiographie) ou le flux rediffusé (ultrasons), soit par un effet de proximité (bobine de sonde à courants de Foucault, flux de fuite magnétique) : fig.2 ; la grande majorité des procédés du contrôle non destructif se réfère à ce groupe de méthodes ; ENISo - Mécatronique Ingénierie de la maintenance A. KTARI 4 Fig.2. Principe de contrôle non destructif  Les méthodes pour lesquelles l’excitation et la détection sont de natures différentes, chacune mettant en jeu un processus original et spécifique ; l’excitation la plus employée est la sollicitation mécanique comme la techniques d’analyse de vibrations mécaniques présentée dans le quatrième chapitre. 4.2.3. Limite de détection La limite de détection est liée à deux facteurs de nature différente: le rapport signal/bruit et le pouvoir séparateur.  Le rapport signal/bruit en sortie d’appareil doit être suffisamment supérieur à 1 pour qu’une conclusion claire soit prise quant à l’absence ou la présence d’un défaut. Ce facteur dépend d’abord de la façon dont le défaut lui-même « émerge » de son environnement que l’on doit chercher à améliorer (nettoyage et meulage des surfaces très rugueuses, affinage des microstructures trop grossières des métaux) à chaque fois que cela est possible (impératifs techniques et de coût). Ensuite, les conditions d’examens (choix d’un éclairage approprié, d’un angle de tir, d’une fréquence d’excitation, etc.), la qualité de l’appareillage (bruit électronique) et la nature du traitement de l’information (imagerie, renforcement des contrastes) devront concourir à accroître le rapport signal/bruit.  Le pouvoir séparateur correspond à la limite physique de détection ; son fondement théorique est bien uploads/Management/ chapitre-4-methodes-de-controle-non-destructif.pdf