Carbon Fibre Reinforced Polymer material with a contact gap defect is simulated by finite element method. The 2D simulation is based on a simple laminate model of the anisotropic material layers. It is conducted in a 2D quarter space of simulated material with Lysmer and Kuhlemeyer absorbing boundary conditions. The contact gap is included in the epoxy layer near the receiving transducer. It is modelled using node-to-node contact algorithm. The Kuhn-Tucker normal contact conditions are satisfied by penalty plus Lagrangian multiplier method. Friction effects are included using penalty method. The finite element dynamic wave propagation problem is solved explicitly by central difference scheme using diagonalized mass and damping matrices. The simulation results are to be used to compare various non-destructive testing methods meant for nonlinear defect detection, such as delayed Time Reversal - Nonlinear Elastic Wave Spectroscopy (TR-NEWS) and Pulse Inversion. Using the simulation results, the interaction of the wave field with the defect inside the material can be closely examined to investigate the benefits of advanced non-destructive testing methods.

La détection des fissures fermées constitue un verrou important pour les méthodes conventionnelles de CND. En revanche, les méthodes basées sur le principe du contact acoustique non-linéaire (CAN) représentent un outil potentiel capable de détecter les fissures fermées. Dans ce travail de thèse, le CAN est au centre de l’attention dans le but d’analyser les mécanismes mis en jeu en vue de la détection et la caractérisation de fissures fermées. Notre approche repose sur une analyse numérique de l’interaction entre une interface de contact / onde ultrasonore et une analyse expérimentale du CAN sur une éprouvette contenant une fissure de fatigue. Le CAN est modélisé par une loi de contact unilatéral avec frottement de Coulomb dans un modèle 2D Eléments Finis. Cette analyse a permis d’expliquer la génération des harmoniques supérieurs et de mettre en évidence les principaux paramètres gouvernant le CAN dans un cas d’une onde plane et d’une interface de contact plane, et dans un cas bidimensionnel plus complexe considérant une onde non-plane et des morphologies d’interfaces complexes. Afin de valider les résultats numériques et d’apprécier l’applicabilité de la méthode dans un cas réel, des mesures expérimentales du second harmonique dans le cas d’une fissure de fatigue réelle sont effectuées. Les résultats de cette étude sont en accord avec les tendances numériques obtenues. Enfin, dans le but d’exploiter au maximum ces résultats, nous proposons une stratégie numérique/expérimentale de reconstruction des sources acoustiques permettant ainsi d’accéder à la distribution des sources de non linéarité au niveau de la fissure. Ces résultats sont prometteurs en vue de la caractérisation des fissures fermées.

Le génie civil est en constante demande de nouvelles méthodes pour l’évaluation et le contrôle non destructif (ECND), particulièrement pour prévenir et suivre des détériorations sérieuses dans les structures en béton. Dans ce travail, des résultats expérimentaux sont présentés sur la détection et la caractérisation de défauts par modulation non linéaire des ondes de coda (NCWI). Cette méthode consiste à mélanger des ondes acoustiques basses fréquences de forte amplitude avec des ondes sondes multi-diffusées (coda) et à en analyser les effets par interférométrie. Dans le cadre du projet PIA – ENDE, une maquette 1/3 d’une enceinte de confinement en béton pré-contraint (EDF – VERCORS) est mise sous pression afin d’étudier l’étanchéité de la structure. Durant ce protocole d’évaluation, des zones spécifiques sont monitorées par la NCWI. La réponse non linéaire acoustique due à la forte amplitude de la modulation acoustique donne des informations pertinentes à propos de la non linéarité élastique du béton. Son niveau effectif est évalué par deux observables non linéaires extraites de l’interférométrie. L’augmentation des non linéarités est en accord avec la création d’une fissure avec un réseau de micro-fissures localisées à sa base. De plus, contrairement à la méthode classique d’analyse de la coda, cette méthode acoustique ne requiert pas l’enregistrement d’une coda comme référence avant endommagement de la structure.

Le « projecteur ultrasonore » est un nouveau concept de transducteur développé par l’équipe « R&D capteurs » d’INTERCONTROLE/AREVA à Chalon-sur-Saône. Le principe du projecteur repose sur un jeu de miroirs acoustiques permettant d’obtenir un rendement électro-acoustique plus efficace que dans les transducteurs ultrasonores conventionnels. Cet article porte sur la présentation du concept appliqué au CND en immersion focalisé ainsi qu’au CND au contact focalisé. Des exemples de projecteurs sont présentés de manière détaillée, de la conception à la caractérisation en passant par la fabrication. Les résultats des essais montrent que de très bonnes performances acoustiques peuvent être obtenues, révélant tout le potentiel du principe du projecteur.

Cet article présente les premiers résultats d’essais CND (détection de défaut) obtenus avec des transducteurs ultrasonores TUCSS sous sodium liquide à 200°C. Les résultats obtenus ont été très positifs et indiquent que cette technologie de transducteur peut avoir des performances suffisantes pour effectuer des examens non destructifs simples (dont détection de défaut) dans cet environnement sévère.

La maitrise industrielle de la fabrication de micro bobines sérigraphiées sur film Kapton a permis l’avènement de sondes EMATS miniatures plus compatibles avec les besoins spécifiques de l’aéronautique. Dassault Aviation a conduit dans ce cadre une étude pour développer 2 filières de sondes EMATS miniatures adaptées à ses besoins d’automatisation d’une part pour la mesure d’épaisseur et d’autre part pour le contrôle de soudure FSW (Friction Stir Welding). La première est une solution de mesure d’épaisseur basée sur une sonde de Ø12mm et de hauteur 20mm qui permet la mesure des alliages d’aluminium couramment utilisés dans l’aéronautique tels les 2024 T3, 2219 T3, 7050 T7, 2050 T8. Elle permet des mesures d’épaisseurs de 0.8 mm à 30 mm avec une précision de 0.02mm. L’encombrement de la sonde permet la mesure dans des zones d’accès difficile comme les alvéoles piano de nos voilures d’avions d’affaire FALCON. La seconde est une solution pour le contrôle de soudure FSW basée sur une sonde de 12mmx25mmx20mm qui permet le contrôle de soudure FSW bord à bord de tôles d’aluminium jusqu’à 4mm d’épaisseur. Elle permet la détection d’une génératrice de Ø 0.2 mm sur une longueur d’environ 20 mm, de fissures débouchantes de 0.1mm de profondeur et de trou débouchant jusqu’à Ø 0.4mm. Ces solutions tolérantes au rayon de courbure, à la pression de contact, à l’état de surface et sans couplant permettent un gain de cycle important et une intégration facilitée pour un fonctionnement in situ sur machine MMT robotisée comme sur machine de soudage FSW robotisée. Elles sont une première étape vers un contrôle « GREEN ».

Les roues ferroviaires sont le siège de fortes sollicitations thermomécaniques provoquées par le freinage appliqué directement sur la roue. Les échauffements dus aux frottements entre le bloc semelle de frein et la surface de roulement induisent un fort niveau de contraintes résiduelles de traction. Ces contraintes associées à la présence de défauts géométriques favorisent la fissuration en fatigue thermique et peuvent conduire à la rupture totale de la roue. Ces avaries ont été maîtrisées en améliorant les matériaux, puis en renforçant les contrôles des roues en maintenance. Aujourd’hui, la SNCF veut compléter ces opérations par une évaluation des contraintes résiduelles. Il fallait donc une méthode non destructive, facile à mettre en oeuvre et adaptée à un environnement industriel. La méthode par ultrason déjà développée et utilisée depuis les années 1990 par différents réseaux ferrés européens se révèle comme la plus efficace. De plus, étendre l’application du contrôle des contraintes résiduelles de traitement thermique à la fabrication a été évoqué par certains fournisseurs, la méthode actuelle étant destructive. Cette étude permettra d’étudier et de qualifier un nouvel appareil, de mieux appréhender les résultats obtenus par l’analyse ultrasonore tout en validant les résultats obtenus par comparaison à des simulations par éléments finis, et des résultats expérimentaux réalisés par d’autres méthodes.

La production de tôles fortes en acier bas carbone exige une certaine maitrise des procédés de fabrication, une multitude de contrôles destructifs et non-destructifs ainsi qu'un développement continu des techniques de contrôle afin de satisfaire nos clients et les normes en vigueur. Pour l’application de nos tôles fortes pour des pipelines, un contrôle de la dureté superficielle est exigé par les spécifications concernées afin de pouvoir détecter des possibles points durs. Ces points durs apparaissent avec une très faible probabilité, pourtant un contrôle à 100% des tôles concernées est à considérer. Dillinger, leader de la production de tôles fortes en Europe, a développé en collaboration avec la société Rohmann un système de contrôle basé sur la méthode des courants de Foucault afin de pouvoir effectuer un contrôle superficiel en accord avec les spécifications et exigences de nos clients. Dans cet exposé les techniques de contrôles à Dillinger seront traitées, le système de contrôle par courant de Foucault sera présenté puis une perspective d’un système de contrôle à 100% sera abordée.

Les contrôles non destructifs sont habituellement utilisés pour détecter les défauts dans les structures (défauts de soudage, perte d’épaisseur due à la corrosion, présence de fissures de fatigue, etc.). Mais quand il s’agit de caractériser ou évaluer les propriétés structurales ou mécaniques des matériaux, dans la plupart des cas, ce sont des moyens destructifs qui sont utilisés en industrie (découpes métallographiques, filiation de micro dureté, diffraction des rayons X avec enlèvement de matière…). Depuis longtemps, le développement des méthodes non destructives en vue de leur substitution aux méthodes destructives correspond à une activité clé dans les missions du CETIM auprès des entreprises de la Mécanique. Parmi les techniques CND, certaines méthodes sont particulièrement intéressantes pour répondre à ces besoins. Pour les matériaux métalliques, deux familles de méthodes présentent un grand intérêt : les méthodes ultrasonores et les méthodes électromagnétiques (courants de Foucault, bruit ferromagnétique, combinaison de plusieurs méthodes). Dans cet article, nous concentrons la présentation sur les derniers développements relatifs à la détection des brulures de rectification à l’aide des moyens d’analyse multi paramètres et multi techniques.

Un traitement de trempe superficielle appliqué à une pièce en acier (arbre, roue dentée…) permet d’augmenter sa tenue mécanique. Une mesure de profondeur durcie, après traitement ou résiduelle pour une pièce en service, est généralement destructive : métallographie, filiation de microdureté. La méthode non destructive exploitée ici consiste à analyser l’amplitude des ondes ultrasonores rétrodiffusées et leur temps de retour. En se fondant sur l’expérience acquise au CETIM un démonstrateur a été réalisé. Dans le logiciel d’analyse plusieurs méthodes complémentaires de traitement du signal permettent de déterminer la transition correspondant au changement de structure. La mesure est réalisée en un point ou lors d’un déplacement du traducteur afin d’estimer l’homogénéité du traitement dans une zone. Les mesures réalisées sont fiables pour une gamme 2-10 mm.

La contrôlabilité d’un matériau ou d’une structure peut être définie comme la « facilité » avec laquelle ils peuvent être examinés de façon non destructive, avec un diagnostic fiable. Nos travaux précédents introduisaient la notion de RC-CND, Règles de Conception issues du CND, permettant d’avoir des structures plus faciles à contrôler. Par exemple, la forme d’un composant, son accessibilité, doivent être anticipées de manière différente si l’on prévoit un contrôle ultrasonore, ou radiographique. Nos recherches actuelles portent sur la nouvelle notion de RE-CND, Règles d’Elaboration issues du CND, qui seraient introduites en amont, dans les spécifications sidérurgiques, afin d’obtenir une qualité « CND » suffisante pour qu’un matériau soit contrôlable, notamment en termes d’atténuation et de bruit de structure. Les pièces non contrôlables en phase de fabrication (donc rebutées) seraient ainsi évitées, de même qu’en service après endommagement. Nous définissons d’abord la « qualité ultrasonore »d’un matériau (méthode CND la plus utilisée), qui s’appuie sur des mesures fiables desparamètres atténuation, vitesse et bruit de structure. Pour cela, nous présentons la complexitéde réalisation d’échantillons représentatifs de la microstructure (taille du grain, macles,précipités..). La hiérarchisation de l’influence des paramètres permet d’avancer dans lacompréhension des phénomènes, en vue d’une application industrielle.

L’étude de la diffusion de l’énergie ultrasonore dans les matériaux hétérogènes tels que les bétons ou composites propose actuellement de nouvelles solutions de caractérisation de ces milieux et de leurs évolutions et/ou endommagements. En effet, l’interaction des ondes ultrasonores avec les hétérogénéités induit l’étalement spatial et temporel des ondes, ce phénomène appelé diffusion est porteur d’informations sur le milieu. Les modèles d’évolution de l’énergie permettent d’extraire des indicateurs pertinents liés aux composants et/ou aux évolutions des milieux hétérogènes. Les méthodes de caractérisation utilisées sont présentées et nous montrons les diverses applications réalisées pour la caractérisation de bétons et leurs endommagements notamment dans le cadre du projet ANR PIA « Evaluation Non Destructive des Enceintes de confinement des centrales nucléaires ». Les premières applications à partir des multiéléments basses fréquences (autour de 500KHz) sont mises en oeuvre et démontrent le potentiel de ces technologies actuellement peu employées pour le contrôle industriel des bétons. Finalement le fort potentiel d’application sur site est présenté et des améliorations sont proposées pour l’évaluation et suivi non destructifs, in situ, des structures du génie civil.

In the current context of aircrafts’ weight reduction and considering the trend for lowering production and maintenance-related costs, aeronautics industry promote the use of adhesive bonds to replace mechanical fasteners. However, the main limitation of structural bonding into aircraft industry concern the ability to certify in a non-invasive way the good quality of a structural bonding, i.e. to certify that the bonding can resist up to a predefined strength value. Conventional Non-Destructive Testing (NDT) techniques allow disbonding detection but are inefficient to evaluate bond mechanical strength, i.e. weak bonds detection. The LASer Adhesion Test (LASAT) [1] is seen as a promising alternative to classical NDT techniques in order to reveal those weak bonds in a reproducible and automated way. It aims to apply calibrated mechanical stresses to a given bonded assembly using laser-induced shock waves. This calibrated configuration should lead to disbonding of the joint/substrate interface in case of a weak bond and should not damage a healthy bond. Previous studies demonstrated the ability of the LASAT technology to characterize the quality of composite/composite bonded assemblies on typical operational thicknesses [2]. In this work, LASAT is applied to two levels of adhesive bond mechanical strength for a TA6V4/3D woven carbon/epoxy composite assembly. We will show the potential of this technology for such configuration.

L’emploi d’assemblages collés en industrie nécessite le développement de nouvelles méthodes d’évaluation non destructive permettant de garantir leur fiabilité. Un joint adhésif peut être divisé en deux zones sensibles et susceptibles d’être à l’origine d’une rupture mécanique : le corps même de la colle (zone cohésive) ou l’interphase collesubstrat (zone d’adhésion). Les défauts dits « cohésifs » peuvent provenir, par exemple, d’une réticulation imparfaite de l’adhésif. Les défauts dits « adhésifs » peuvent résulter d’un mauvais traitement des surfaces des substrats. Cette étude a pour objectif de caractériser, par une méthode ultrasonore, des propriétés mécaniques d’assemblages collés, qui soient représentatives des états adhésif et cohésif. Six assemblages sont réalisés avec différents niveaux d’adhésion et de cohésion à partir de substrats en aluminium et d’un adhésif à base d’époxy. La mesure du champ acoustique transmis est effectuée pour plusieurs angles d’incidence et dans une gamme de fréquence comprise entre 0.5 et 1.5 MHz. Un problème inverse est ensuite résolu afin de déduire les modules d’élasticité (Cij) de la colle et les raideurs d’interfaces correspondant à chaque état d’adhésion. Pour les assemblages présentant un faible ou très faible niveau d’adhésion, une légère ou forte anisotropie apparente est observée via les Cij de la couche adhésive, alors que cette colle ne peut en aucun cas être anisotrope. Ce résultat est donc révélateur de l’état dégradé des interphases. En restituant à cet adhésif une rigidité isotrope vraisemblable, il est alors possible d’évaluer les raideurs (kL et kT) des interphases correspondant aux différents niveaux de leur dégradation. Les potentialités et les limites de la méthode proposée sont aussi discutées.

Dans le projet ANR ISABEAU (2012-2016) nous avons développé une large série de pièces collées aluminium-époxy-aluminium dans le but de proposer des pièces dont les propriétés mécaniques et physico-chimiques soient connues avec une grande précision en vue d’avoir des éprouvettes de références pour l’évaluation non destructive du niveau d’adhésion. Le niveau d’adhésion est modifié par différents traitements de surface, les niveaux d’adhésion sont évalués par la limite à la rupture d’éprouvettes de cisaillement simple [1]. Ces mêmes traitements de surface sont appliqués à des géométries de type plaques en vue de développer des méthodes basées sur les ondes guidées avec des configurations tri-couches ou bicouches. Le projet a fait progresser les connaissances sur la prise en compte de la rugosité pour les méthodes en ondes guidées. Les travaux ont également permis de faire progresser la réflexion sur l’emploi des méthodes non linéaires et la recherche de Kissings Bond pour lesquels la définition de pièces étalons pour la démonstration de performance reste un objectif à atteindre.

Ces dernières années, la volonté d’alléger les structures aéronautiques, et, de ce fait, l’augmentation de l’utilisation de pièces composites, a suscité un fort intérêt pour le contrôle non destructif de joints de colle. Des inspections non destructives sont déjà réalisées pour le contrôle de structures collées, notamment pour la détection de défauts tels que des porosités ou des délaminations à l’intérieur du joint de colle, ou encore pour la détection de décollement entre le joint de colle et son substrat. Dans cette étude, nous nous intéressons spécifiquement à la mesure d’épaisseur de colle, paramètre important afin de garantir les propriétés mécaniques du collage. Les épaisseurs de colle d’intérêt étant de quelques centaines de micromètres, les méthodes ultrasonores classiques (avec des fréquences comprises entre 1 et 20 MHz) ne sont pas adaptées. En effet, au vu des longueurs d’onde, il ne sera pas possible de séparer les échos des différentes interfaces. SAFRAN et CEA-List travaillent ensemble au développement d’une méthode non destructive capable de mesurer de telles épaisseurs de colle. Cette méthode est basée sur l’utilisation d’ondes guidées. La sensibilité de ces ondes à l’épaisseur du joint de colle est étudiée. Une méthode d’inversion permet d’obtenir l’épaisseur à partir de la mesure de signaux expérimentaux de propagation d’ondes guidées dans un assemblage collé. Les résultats obtenus sur des échantillons plans, représentatifs de structures aéronautiques, sont présentés dans ce papier.

Le Contrôle Non Destructif par ultrasons de l’adhérence représente un enjeu majeur dans de nombreuses situations. Afin de quantifier les niveaux d’adhérence dans les structures du type couches minces sur substrat, la méthode Ultrasons-Laser a été privilégiée. Celle-ci consiste à générer des ondes élastiques par la focalisation d’un faisceau laser à la surface de l’échantillon. La détection de ces ondes s’effectue par interférométrie. Cette méthode procure la possibilité d’effectuer des mesures sans contact sur des échantillons de géométrie variée et dans une large gamme de fréquences. Afin de quantifier l’adhérence d’une structure multicouche par Ultrasons-Laser, les ondes acoustiques de surface et guidées sont bien adaptées. En effet, l’adhérence influence les caractéristiques dispersives de leur propagation. Les travaux présentés porteront sur le modèle utilisé pour décrire l’influence de la qualité de l’interface sur la propagation des ondes acoustiques considérées. Les résultats de simulation et expérimentaux concerneront notamment les effets des conditions de contact sur les courbes de dispersion des modes de type Rayleigh.

La tomographie X est en passe de devenir un standard pour l’analyse de matériaux, et notamment pour les composites fibreux. Depuis une dizaine d’année, les micro- et nano-tomographes de laboratoire permettent de démocratiser l’accès à des images présentant une résolution suffisante pour distinguer les orientations tridimensionnelles de fibres, qui constituent un paramètre clef vis à vis des propriétés physiques de ces composites. Le logiciel Avizo® propose différentes techniques d’estimation permettant d’accéder à la distribution spatiale des orientations de fibres, qui peuvent s’appliquer à différents types de fibres et différentes gammes de résolution d’image. Pour des images de résolution modeste, seuls des estimateurs exploitant la texture des images peuvent être utilisés. En revanche, lorsque les images ont une résolution suffisante pour distinguer les fibres individuelles, nous proposons un algorithme robuste de détection et de tracé des lignes centrales qui permet d’accéder à une mesure très précise de la distribution des orientations. Nous proposons ici une comparaison de ces différentes techniques d’estimation des orientations, à la fois sur des données réelles, mais aussi sur des données synthétiques simulées fournissant une mesure de référence, permettant d’aider aux décisions entre les investissements relatifs à l’acquisition des images et la précision des résultats.

Le contrôle par ultrasons est souvent jugé comme un goulot d’étranglement dans le flux croissant de fabrication de pièces composites de structures d’aéronefs. Le besoin de fluidifier cette phase peut être confronté au coût et à la complexité de moyens totalement automatiques ou à la multiplication d’opérateurs qualifiés, notamment pour la production à cadence moyenne ou de pièces de faible coût pour lesquels ce type d’investissement est difficilement justifiable. Cet article présente ainsi des réalisations de solutions qui s’appuient sur des systèmes mécaniques connus mais surtout sur un environnement logiciel d’assistance perfectionné et personnalisé voire d’automatisation des phases d’étalonnage, d’acquisition et d’analyse. Ces solutions innovantes d’amélioration de performances de moyens sont adaptées notamment à la production de petites pièces variées (cornières, stabilisateurs, éclisses, cales…), comme à la production de pièces de taille intermédiaire et de géométrie simple (panneaux auto-raidis, plaques, revêtements, longerons…).