Ultrasons non linéaires pour la caractérisation de fissures fermées dans les matériaux métalliques

Résumé : l'objectif de cette thèse est de mettre au point une méthode de Contrôle Non Destructif (CND) permettant de détecter et de caractériser les fissures de fatigue dans des composants métalliques. La première partie de ces fissures est ouverte et débouchante, détectable par méthode ultrasonore conventionnelle. Cependant, selon le type de sollicitation subie par le composant mécanique, une partie de cette fissure peut être fermée, invisible aux ultrasons. Les conséquences de la sous-estimation de la profondeur des fissures peuvent être dramatiques car un mauvais diagnostic est dangereux pour la garantie de la sécurité de l’utilisation du composant. L'enjeu de cette thèse est de mettre au point une méthode de CND ultrasonore permettant de détecter et de caractériser la partie fermée de ces fissures.

Les fissures dans les pièces métalliques ainsi que leur Contrôle Non Destructif (CND) sont décrits, et l’impact de la fermeture des fissures sur les performances des différentes méthodes de CND est étudié. Après avoir mis en évidence l’intérêt des méthodes d’acoustique non linéaire pour le dimensionnement des fissures fermées, un état de l’art de ce type de méthode de CND a été réalisé. Il a pour but de sélectionner les méthodes aux meilleures capacités de dimensionnement, et dont l’industrialisation est envisageable. La première méthode sélectionnée dite de « l’onde pompe » est mise en place sur des échantillons fissurés. Elle a pour but d’alternativement ouvrir et fermer les fissures à l’aide d’une onde basse fréquence de forte amplitude. Ses résultats sont ensuite discutés grâce à une modélisation analytique du comportement des fissures fermées. L’attention est ensuite portée sur la méthode de la « sollicitation thermique » des fissures fermées qui vise à ouvrir les fissures grâce à la contraction du matériau générée par un refroidissement local de la pièce à contrôler. Sa meilleure capacité d’ouverture des fissures par rapport à l’onde pompe est mise en avant, et les différents phénomènes physiques en jeu tout au long de l’ouverture de la fissure sont étudiés pour caractériser cette méthode innovante. L’industrialisation de la méthode est finalement envisagée avec des essais sur une pièce réelle dans des conditions expérimentales de contrôle industriel.  

Jury :

• Jacques RIVIERE                 Assistant Professor, Pennsylvania State University, USA                       Rapporteur
• Olivier BOU MATAR             Professeur des Universités, Centrale Lille, IEMN                                    Rapporteur
• Andreas SCHUMM               Ingénieur de recherche, EDF                                                                  Examinateur
• Anissa MEZIANE                  Professeure des Universités, Université de Bordeaux, I2M                   Présidente du jury
• Cédric PAYAN                       Professeur des Universités, Aix-Marseille Université, LMA                    Directeur de thèse
• Cécile GUEUDRE                 Maitre de conférences, Aix-Marseille Université, LMA                           Co-directrice de thèse
• Patrick RECOLIN                  Ingénieur de recherche, Naval Group                                                     Membre invité
• Gilles CORNELOUP             Professeur des Universités, Aix-Marseille Université, LMA                    Membre invité

La soutenance de Mr Arthur Perrin est prévue le  jeudi 28 mars à 13h30 à l’IUT d’Aix en Provence dans l’Amphithéâtre Est, 413 Av. Gaston Berger, 13100 Aix-en-Provence