Contrôle et évaluation non destructifs

Cette thématique a pour objectif la caractérisation de matériaux et de structures (propriétés mécaniques, acoustiques…), ainsi que l’identification et la caractérisation d’éventuels défauts (nature, position et dimensions), de manière non destructive.

Le point de départ de chaque étude est la réalité du matériau et de son utilisation. Toutes les techniques de CND (ultrasons, rayons X, courants de Foucault, thermographie…) sont envisagées avant de sélectionner une méthodologie particulière. Les ondes ultrasonores étant souvent privilégiées pour contrôler et caractériser les matériaux ou les structures, les activités de recherche de ce thème s’articulent principalement autour de la modélisation à la fois du matériau et de la propagation ultrasonore, ainsi que d’expérimentations appropriées sur des éprouvettes représentatives des problématiques industrielles.

L’interaction entre les ondes ultrasonores et la structure est étudiée afin d’obtenir par raisonnement inverse les propriétés du matériau et/ou les caractéristiques des défauts recherchés. Cela implique de bien connaître la réalité du matériau inspecté et les sollicitations auxquelles la structure est soumise pour prévoir le type de défaut potentiel, afin de fournir un diagnostic précis et fiable.

Participants permanents : J.F. Chaix (Prof. AMU), G. Corneloup (Prof. Em. AMU), V. Garnier (Prof. Em. AMU), A. Geay (PAST AMU), C. Gueudré (MCF AMU), P. Lasaygues (IR CNRS), I. Lillamand (MCF AMU), J. Mailhé (MCF AMU), J. Moysan (Prof. AMU), C. Payan (Prof. AMU), M.A. Ploix (IR Protisvalor), S. Rakotonarivo (MCF AMU), M. Ramaniraka (MCF AMU)

Centre de ressources associé : Contrôle et Evaluation Non Destructifs (CND-END)

CND/END des matériaux métalliques 

Soudures Depuis de nombreuses années, on cherche à améliorer le contrôle ultrasonore des milieux métalliques fortement anisotropes. En particulier, les soudures épaisses multi-passes en acier inoxydable austénitique présentent de grains colonnaires dont la direction de croissance dépend de nombreux paramètres, comme le gradient thermique local pendant le refroidissement. La structure résultante est fortement anisotrope et varie spatialement. Le modèle MINA a été développé pour reproduire la croissance locale des grains sans avoir à découper la soudure. La connaissance de l’anisotropie locale permet alors de simuler la propagation ultrasonore et ainsi d’améliorer le diagnostic.

Structures multi-plaques immergées La principale difficulté du contrôle de telles structures réside dans la perte d’énergie de plaque en plaque. Les travaux menés montrent que l’association des ondes de Lamb fuyantes (leaky Lamb waves) avec le principe de retournement temporel (via la méthode d’imagerie par énergie topologique) permet non seulement de contrôler une plaque derrière un ou deux écrans, mais aussi de localiser le défaut détecté.

Fissures partiellement fermées L’étude de la caractérisation de la partie fermée des fissures dans des pièces métalliques est primordiale, car la partie fermée est invisible pour les méthodes ultrasonores classiques (utilisant les ondes de volume), impliquant un sous-dimensionnement des fissures. Plusieurs pistes sont explorées, en particulier dans le domaine de l’acoustique non linéaire. L’objectif est de solliciter (toujours de manière non destructive) la partie fermée de la fissure. Cette sollicitation peut être de différentes formes : acoustique, thermique…, et permet d’envisager un meilleur dimensionnement de la fissure réelle.

Influence de la microstructure

La propagation ultrasonore, donc le contrôle, de pièces métalliques est fortement influencée par la microstructure (taille, forme, orientation et distribution des grains, quantité de macles, dislocations, précipités…). On s’attache ici à comprendre et analyser l’influence de chaque paramètre sur la vitesse et l’atténuation ultrasonore, afin d’améliorer la contrôlabilité.

END pour le Génie Civil

Les Essais Non Destructifs pour le Génie Civil sont un élément majeur de validation dans les projets de recherche ainsi que dans la construction et maintenance des ouvrages. Des outils analytiques, expérimentaux et numériques sont développés, dans les domaines linéaire et non linéaire. Ce sont des outils multi échelles, complémentaires depuis le laboratoire jusqu’à la mesure sur site. 

Bétons

Les travaux de recherche s’articulent autour de l’évaluation précoce des endommagements, des gradients de propriétés internes du béton et de la détection des défauts, de la prise en compte de la microstructure du béton dans les modèles de propagation et de l’analyse à l’échelle de la structure. Cela revient à s’attacher à mieux connaitre et définir le matériau pour analyser les interactions onde - matière et les intégrer dans les modèles et moyens expérimentaux. Les principales particularités inhérentes au béton sont sa nature fortement hétérogène et naturellement micro-fissurée.

L’une des solutions dans le suivi de l’état d’une structure, appelé SHM, est le noyage de traducteurs de plusieurs physiques dont les ultrasons sur les premières dizaines de centimètres de béton. Les données acquises sont ensuite traitées soit individuellement (traitement de signal, d’image…) soit ensemble (fusion de données…).

Une autre situation de contrôle complexe est celui des tubes en béton avec liner métallique, l’objectif étant de détecter et caractériser la corrosion du liner.

Du point de vue de la modélisation, la description de l’Interfacial Transition Zone (zone de transition entre les granulats et la matrice cimentaire) est étudiée, dans le but de renforcer le lien entre la physique et les propriétés acoustiques (atténuation, vitesse de phase et de groupe, diffusivité…) du béton vieillissant.

Digues

A l’échelle macroscopique, l’analyse de la compacité des digues est un sujet récurrent en géophysique. L’objectif est de cartographier les hétérogénéités de densité de petite échelle (décimétrique à métrique) présentes dans la proche surface de la fondation d'une digue fluviale (de l'ordre de la dizaine de mètres), dans le cadre de la détection et de la localisation de signatures d'érosion interne.

END pour l’archéologie / patrimoine

Une partie de nos études concerne également la caractérisation des ossements humains et animaux pour des applications en archéo-anthropologie (étude des rites funéraires anciens et paléolithiques) et en zoo-archéologie (étude de la conservation en taphonomie, et des stratégies paléolithiques de subsistance par fracturation osseuse). Il existe une littérature abondante sur l'identification des propriétés physico-mécaniques de différents éléments et portions d'ossements humains ou animaux récents ou peu âgés, mais très peu d'études, autres que la densitométrie, sont entreprises sur les ossements humains ou animaux préhistoriques. L'étude de ces os constitue un défi pour les communautés de l'ingénierie acoustique et de la paléo-archéologie.

END sur les arbres

Facteur organisationnel et humain en CND

La fiabilité des résultats des méthodes d’investigation non destructives dépend des compétences et de la motivation des personnes qui utilisent ces méthodes. La modélisation des interactions ondes / matière / défaut a beaucoup progressé et permet désormais d’exploiter des simulations réalistes allant jusqu’à la réalité virtuelle ou augmentée. De nouveaux travaux de recherche débutent sur la prise en compte des facteurs organisationnels et humains dans l’estimation de la fiabilité des mesures. L’idée est de s’interroger sur le sens des probabilités de détection établies sur un ensemble de critères déterministes, physiques mais estimées indépendamment de l’humain.