CONTRÔLE NON DESTRUCTIF: «Les ultrasons font des

S olutions
CON T R Ô L E N O N D E S T R U C T I F
Les ultrasons
font des prouesses

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 sur des produits de géométrie très complexes ;
 lorsque le composant n’est pas accessible ;
 sur des pièces très chaudes (il ne peut y avoir contact) ;
 pour certains alliages (à base de cuivre, Inox…) où les ultrasons sont très atténués ;
 pour des matériaux fortement anisotropiques (leurs propriétés varient selon
la direction) ;
 pour des produits poreux : bois agglomérés, mousses, etc. ;
 dans des structures artisanales (nautiques, par exemple), où les dispersions
de fabrication sont grandes.
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tout un marché de prestation : 230 millions
d’euros réalisés en service, contre 80 millions d’euros en vente de matériel (France,
2003). On devrait logiquement voir fondre
cet écart, l’entreprise industrielle se “réappropriant” ce métier essentiel.
Retour aux fondamentaux. Le contrôle
par ultrasons met à profit les réflexions partielles de salves d’ultrasons, sur les singularités, c’est-à-dire les bords, mais aussi les
défauts internes, fissures, inclusions et cavités
de l’échantillon à contrôler. La connaissance
de la vitesse du signal, ainsi que le timing
des échos (le récepteur pouvant être confondu avec l’émetteur) donnent le profil de
la structure dans toute son épaisseur, avec
une bonne définition spatiale. En revanche,
la méthode oblige à un balayage. Et c’est plusieurs plans de la pièce, sous différents an-
La technique ultrason multiélément explore un angle solide
du matériau, ce qui rend possible la visualisation temps réel.
Cet angle, dans les limites de la technologie, peut aller
de -30° à +30°.
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gles, qu’il faut examiner pour obtenir une
représentation de la structure et de ses éventuels défauts. Le balayage peut-être manuel,
pour une observation en direct. Ou bien être
piloté par logiciel, fournissant ainsi une cartographie de la zone, sous forme d’un fichier
graphique, exploitable ultérieurement.
un balayage angulaire sans pièce
en mouvement
L’évolution technologique majeure tient à
l’apparition du procédé PA (pour Phased
Array), autrement dit les sondes multiélément, initialement développées à des fins
médicales à l’université de Stanford
(Californie). La sonde est constituée, non
d’un générateur d’US, mais d’un alignement
régulier d’éléments piézoélectriques (jusqu’à une centaine) dont la pulsation est ➜
Les ultrasons se prêtent aussi à
un examen sur une très grande
longueur, par exemple pour déceler
une corrosion sur un pipeline.
International Tube Testing Pty Ltd
La radiographie X a encore ses “chasses gardées“
Monitoring/suivi de santé de structure) ». C’està-dire s’intégrer au “système” nerveux et
décisionnel d’un appareil (un avion, par
exemple) à l’instar d’un capteur de fatigue,
d’un composant instrumenté…
Enfin la numérisation du CND, que facilitent
les techniques ultrasons, va dans le sens de
l’archivage et de la traçabilité des campagnes
de mesure. Ainsi, le retard pris dans l’avancement de la future usine d’enrichissement
de l’uranium du Tricastin est-il dû pour une
bonne part à la tricherie d’un technicien en
charge du contrôle radiographique de tubes
soudés. Celui-ci présentait des radios fantaisistes, n’ayant rien inspecté. Ce laisser-aller
aurait certainement été découvert plus tôt
par les techniques d’authentification numériques.
L’offre en appareils ultrasons, légers, sans
danger, d’un usage simplifié a surtout pour
effet de diffuser la CND hors de ses bastions
historiques que sont les industries du pétrole
& gaz, de l’aéronautique, de l’énergie, de
l’automobile… pour conquérir les PME de
mécanique générale où les besoins sont immenses. Henri Walaszek ajoute : « Bien sûr,
l’interprétation d’essais réclame une expertise. Mais
les résultats sur écran sont aujourd’hui compréhensibles par un non-spécialiste. » D’autant que se
sont mises en place des formations diplômantes ou qualifiantes de très haut niveau.
Naguère, la “confidentielle” CND était sur-
Institut de soudure
(Bordeaux), estimait qu’en 2008 les technologies ultrasons totalisaient déjà le tiers
des contrôles et évaluations non destructifs.
Ensuite, au regard de technologies plus conventionnelles, les appareils à ultrasons ont le
précieux atout d’être d’emblée totalement
intégrés dans la chaîne numérique – même
si la radiographie X/Gamma numérique
progresse elle aussi. C’est dire qu’on peut
“plaquer” sur les résultats de mesures un
nombre invraisemblable d’applications nouvelles. Par exemple, le défaut d’une pièce
pourra être examiné in situ dans le modèle
de CAO (conception assistée par ordinateur)
3D qui a servi à la réaliser, ou encore confronté aux codes de calcul par éléments finis
qui ont pu prédéterminer des zones “à risque”. Disposant du modèle 3D de la struc-
Contrôle de joint soudé
par TOFD (Time of Flight
Diffraction) sur matériel
MetalScan dernière génération.
Les deux transducteurs qui
fonctionnent en tandem,
fournissement une estimation
rapide de la taille du défaut.
Métaltec inc
L
es technologies ultrasons (US),
pures ou couplées à l’exploitation
de phénomènes magnéto-optiques sont la voie d’avenir dans le
contrôle non destructif. Elles semblent également supplanter les méthodes par radiographie X dont la nature ionisante impose
de sévères conditions de sécurité pour l’opérateur. Henri Walaszek, responsable de produit de l’ingénierie du
contrôle et d’instruL’essentiel
mentation au Cetim
 Le test à ultrasons tend
(Centre technique des
à devenir l’outil universel
industries mécanide la CND.
ques) confirme : « La
 Il se décline en un large
radiographie, bien que très
spectre de technologies,
encadrée au plan réglesous-tendues par
mentaire suscite une dédes principes physiques
fiance croissante de l’opitrès différents.
nion qui l’écarte peu à peu
 Le contrôle US multiélément
au bénéfice des technoloest en plein essor :
gies US, par ailleurs très
pour sa grande précision,
riches et en pleine évoluet surtout parce qu’il génère
tion ». Pour autant, le
des images plus aisément
même expert liste les
interprétables, “traçables“
cas d’application où la
et archivables.
radiographie X per Le contrôle US sans contact
dure (voir encadré).
laser en particulier, demeure
Michel Castaings, prol’apanage de grands groupes
industriels.
fesseur au Laboratoire de
mécanique physique
ture, un robot polyarticulé peut fort bien
piloter, sans intervention humaine, le balayage complet des surfaces. Lorsque le contrôle s’effectue en transmission (onde traversante, comme pour les composites), deux
robots se synchronisent alors en tandem !
C’est déjà le cas sur les sites pilotes des constructeurs aéronautiques, pour des pièces
volumineuses et criques comme la nacelle.
Une offre commerciale est fin prête. Ainsi,
la start-up Profile Contrôles Industriels (Chalonsur-Saône) va-t-elle livrer dans quelques
semaines son premier Sysaxe, un système de
CND robotisé, développé et breveté en interne. L’interprétation des données graphiques peut elle-même s’enrichir de l’immense thesaurus d’algorithmes de
reconnaissance et d’images et d’intelligence
artificielle afin d’offrir une vue “enrichie”,
d’aider au diagnostic… Henri Walaszek
ajoute : « Les ultrasons multiélément sont aptes, et
c’est l’objet de nombreux travaux R&D, à offrir la
tomographie [volume restitué par calcul, tranche par
tranche, depuis l’extérieur] du défaut, au même titre
qu’un scanner médical ». Il souligne : « C’est encore émergeant, mais la CND pourrait fort bien
“faire le pont” avec la SHM (Structural Health
CETIM/C. BARRET
Se prêtant à (presque) tous les matériaux, tailles et géométries de pièces, les appareils de contrôle ultrasons repoussent les autres techniques de contrôle non destructif (CND) vers des niches. Légers, pratiques et sûrs, ils séduisent les PME encore
dénués d’expertise. Les technologies ultrasons évoluent vers le multiélément et le
sans-contact. Elles se combinent harmonieusement à l’ensemble des outils numériques, en modélisation, analyse et robotisation du balayage.
La technologie IRIS (Internal Rotary
Inspection System) est dédiée
à la recherche de corrasions externes
et internes des tubes.
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Solutions
Solutions
L’agenda du CND en France
 La SFEN (Société française d’énergie nucléaire) donne
rendez-vous à une journée technique “Contrôles et examens
non destructifs : évolutions et applications nouvelles “.
Le 24 novembre 2009, à l’UIC, 16 rue Jean Rey - 75015, Paris.
Voir : https://www.sfen.fr/index.php/plain_site/24_novembre2009
 JEC Composites et le Cetim organisent un congrès (conférences),
consacré aux contrôle non destructif dans les composites.
Le 8 décembre 2009, au JEC, 25, bd de l’Amiral Bruix - 75016 Paris.
Voir : www.jeccomposites.com/index.php?get_file=330
Olympus conjugue les ultrasons conventionnels et multiélément. Avec sa gamme
EPOCH 1000, le constructeur dispose d’une série d’appareils aux performances
croissantes, jusqu’au modèle 1 000 i, qui gère aussi en standard l’imagerie
multiélément. Cet appareil “tout-en-un” évite de permuter entre de multiples
traducteurs et sabots.
➜ commandée individuellement, de façon
séquentielle. Pour aller vite, ce train de pulsations constitue par interférences positives
un front d’onde qui se propage dans l’échantillon selon un angle précis. Cet angle est
déterminé par le timing de déclenchement.
Les avantages sont innombrables. A commencer par ce pilotage logiciel et dynamique
de l’orientation du faisceau, qui facilite l’exploration d’échantillons aux géométries
complexes. Le procédé est adapté aux grandes surfaces et comme il combine un balayage linéaire à un balayage angulaire, il se
prête au recueil et à l’affichage des données
en temps réel. L’offre commerciale est déjà
très fournie, à des prix abordables. Seul frein,
mais il est de taille : « La technologie multiélément n’est toujours pas normalisée ! explique
Henri Walaszek. En partie pour des problèmes
d’étalonnage de la sonde. Un Groupe de Travail
GE se lance à son tour dans le contrôle ultrasons multiélément. Le département “Sensing &
Inspection Technologies” de GE lance le Phasor CV/DM, particulièrement adapté à la recherche
de corrosion dans les tubes. La sonde ultrasons comporte 28 éléments adjacents. L’appareil peut
“geler“une image d’inspection au format jpeg pour impression ou analyse ultérieure. Pesant
moins de 5 kg, il est conforme au standard “durci“ IP65.
“Ultrasons multiélément” s’est constitué dès 2006
au sein de la Cofrend (Confédération française
pour les essais non destructifs) pour proposer une
norme au niveau européen. » Ce qui n’empêche
pas le groupe aéronautique EADS de développer une expertise de pointe autour du
procédé.
On peut exploiter les réflexions partielles des
ultrasons, mais aussi leur diffraction (phénomène d’interférence) à la limite des défauts. C’est le principe de la technologie
TOFD (Time of Flight Diffraction Ultra -sonics/diffraction par temps de vol) qui utilise
deux traducteurs en tandem, que l’on déplace très simplement sur la zone suspecte.
Rapide à mettre en œuvre, fournissant un
résultat immédiat (une image en coupe), la
méthode par diffraction est beaucoup moins
sensible à l’angle d’incidence des défauts
qu’en réflexion directe, et surtout, elle pro-
Les acteurs institutionnels en France
 Cetim (Centre technique des industries mécanique). Senlis (Oise). www.cetim.fr
Fortement impliqué dans la diffusion des bonnes pratiques en CND, le Cetim offre en particulier
des moyens dans le domaine de la sécurité des équipements sous pression. A cet effet, le centre
dispose d’une fosse d’essais et d’éclatement de grandes dimensions (12 x 4 x 3,5 m) apte
à supporter des pressions jusqu’à 6 000 bars.
 IS (Institut de soudure). Villepinte (Seine-Saint-Denis). www.isgroupe.com
L’organisme s’est doté sur son centre de R&D de Yutz (Moselle) d’une plate-forme dédiée
aux contrôles non destructifs high-tech, en particulier pour les matériaux composites.
Les études sont réalisées en partenariat avec le Pôle de Plasturgie de l’Est (PPE) grâce aux moyens
mis en place par la fondation Iseetech (Institut supérieur européen de l’entreprise et
de ses techniques).
 La Cofrend (Confédération française pour les essais non destructifs). Paris. www.cofrend.com
La société savante a un rôle de certification et de normalisation auprès des instances
internationales. Elle organise aussi des séminaires autour de la CND, comme
“Le contrôle non destructif dans les industries de la filière bois”, tenu fin octobre
à Mont-de-Marsan (Landes).
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cure une estimation très précise de leur taille.
D’où une prise de décision rapide. Et la possibilité du suivi régulier d’une zone que l’on
sait à risque. Une excellente alternative à la
radiographie X pour le contrôle de forte
épaisseur, comme pour de grosses canalisations soudées comme des pipelines.
Très précis sur une zone restreinte, les ultrasons se prêtent aussi à un examen plus “global”, mais sur une très grande longueur, par
exemple pour déceler une corrosion sur un
pipeline située à plusieurs dizaines de mètres
du capteur, ou explorer une zone inaccessible à des opérateurs. Ici, ce n’est pas la finesse
du contrôle qui est privilégiée, mais la
grande couverture de la zone contrôlée en
une opération. Et les ondes ultrasonores guidées font merveille. L’Institut de soudure et son
pôle de R&D en contrôle non destructif que
dirige Pascal Dainelli sont en train d’évaluer
et d’optimiser les possibilités de cette nouvelle technique dans le cadre d’un important
projet financé par l’industrie pétrolière française, conduit par Sylvie Bittendiebel. Les
ondes ultrasonores guidées, comme les
ondes de Rayleigh (de surface) ou de Lamb
(de plaque), offrent l’intérêt de se propager
sur de très longues distances en suivant le
profil de la structure. Elles offrent donc une
détection aisée des défauts en peau externe
et même interne lorsqu’elles sont polarisées
(ondes SH, pour Shear Horizontal waves).
L’onde est générée par différentes méthodes :
transducteurs piézo-électriques, impact laser,
excitation d’un matériau magnétostrictif qui
enserre le tube. Et la mesure des échos renseigne sur les anomalies. Délicate à mettre
en œuvre car elle implique un choix judicieux parmi l’éventail des technologies, la
méthode est extrêmement souple puisqu’elle
s’affranchit en bonne partie de la présence
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“Le colloque interdisciplinaire en instrumentalisation”
Un axe majeur du congrès tient aux nouvelles méthodes
pour le CND.

de revêtements thermiques ou anticorrosion, et même des fluides que véhicule le
tube. Celui-ci peut même être enterré. À l’issue d’une campagne d’essai mené conjointement par l’Institut de soudure, la société
Ixtrem et NDT Consultants, Daniel Chauveau
(Institut de soudure) conclut qu’il est possible
sur une canalisation d’une centaine de mètres de localiser une zone corrodée, interne
ou externe, à 15 cm près.
Inspection minutieuse des tubes
Les ondes guidées détectent les gros défauts.
Un examen plus fin des tubes et des canalisations peut s’appuyer sur une exploration
méthodique de l’intérieur, comme avec le
système IRIS (Internal Rotary Inspection
System/système rotatif d’inspection interne). La sonde IRIS se déplace tout au long
du tube rempli d’eau. Elle veille sur l’état de
surface interne mais aussi sur la corrosion
externe du tube, éventuellement enterré, par
mesure de l’épaisseur. Concrètement, la
sonde, entraînée par simple écoulement,
met à profit un miroir rotatif qui dirige le
faisceau d’ultrasons dans la paroi du tube. Le
balayage adopte une trajectoire hélicoïdale.
L’examen peut être long puisque la sonde se
déplace à faible vitesse, typiquement 2 à
3 cm par seconde, mais il est très précis.
Autre champ d’application des ultrasons, la
mesure d’élasticité de structures anisotropes
comme les composites. Avec ces derniers, la
mesure s’applique aux trois dimensions de
l’espace, la raideur, par exemple, étant plus
forte dans le sens des fibres. Ceci afin d’obtenir les neuf modules Cij des équations linéaires de l’élasticité. Pour de la caractérisation surtout, mais également dans le cadre
d’un contrôle de fatigue de la structure.
Auparavant, cette détermination mettait à
Du 26 au 27 janvier 2010, au Mans.
Voir : www.c2i2010-lemans.org
 L’Afap (Association française des ingénieurs en appareils
à pression) tient le congrès européen ESOPE traitant
des technologies, codes, normes et directives européennes
pour les équipements sous pression fixes et transportables.
Du 28 au 30 septembre 2010, à Paris.
Voir : www.afiap.org
 La FFM (Fédération française des matériaux) organise
les journées “Matériaux”. Plusieurs interventions sur le CND.
Du 18 au 22 octobre 2010, à Nantes.
Voir : www.materiaux2010.net
profit la mesure d’atténuation d’ondes de affranchie astucieusement de cette contrainte
surface basse fréquence.
par une technologie mettant en œuvre le
Une méthode à ultrasons a été mise au point procédé électromagnétique EMAT (Electro
à la fin des années 1990 par le National Magnetic AcousticTransducer/transducteurs
Physical Laboratory (Londres). Plus précise, magnéto-acoustiques). Un champ magnétielle est cependant lourde à mettre en œuvre. que stationnaire est associé à une bobine que
Elle est basée sur le contrôle ultrasons en l’on alimente par un très fort courant impulimmersion, la pièce est mise en rotation dans sionnel. Celui-ci provoque l’apparition de
un bain d’eau à température très constante courants de Foucault à la surface du matéet “lue” dans différentes positions par une riau. Leur interaction avec le champ magnépaire de transducteurs. Les mesures de tique engendre des forces de Lorentz, donc
“temps de vol” (Time of Flight) sont préci- des vibrations ultrasonores. En réception,
ses au moins à la microseconde. En France, c’est le phénomène inverse : les vibrations de
Le Laboratoire de mécanique physique de l’uni- la surface sont détectées via le courant qu’elversité de Bordeaux est le grand spécialiste les génèrent dans le bobinage. Le traducteur
de ce type d’essais. Sa méthode est basée sur étant positionné à quelques millimètres de
la propagation d’ondes de Lamb, qui (voir la pièce, la mesure est réellement sans conplus haut) se propagent sur plusieurs mètres tact. La solution est prometteuse mais loin
dans un matériau composite. La détection se d’être universelle, l’échantillon devant être
fait simplement par traducteurs ultrasoni- conducteur.
ques à couplage air. Ces essais sont pointus C’est le laser qui devait être la voie royale
et encore assez marginaux. Mais ils devraient vers les technologies ultrasons sans contact.
se répandre à mesure que se développe l’as- Les ultrasons sont produits par le choc
semblage par colle, en remplacement des vis thermique très bref que délivre un laser de
et rivets. Et peut-être concurrencer, dans le puissance type CO2. Et la détection, s’effeccontrôle de collage, des méthodes globales tue par interférométrie laser. Ces technoet “robustes” comme la mesure d’impé- logies sont encore très marginales en
France, peut-être en raison de leur coût
dance acoustique.
Récemment encore, il était impératif d’in- élevé. Seule l’industrie aéronautique (EADS
terposer un “milieu couplant” entre le trans- et Dassault) a investi, dès 1992 dans ces
ducteur à ultrasons et la pièce à examiner. Ce procédés, en l’occurrence le LUIS (Laser
peut être un gel, semblable à celui de l’écho- Ultrasonic Inspection System) du Canadien
graphie médicale, ou bien une aspersion UltraOptec. Aux Etats-Unis, Lockheed Martin
continue d’eau qui joue le rôle de guide s’en est cependant fait le champion, avec
d’ondes. En effet, les ultrasons sont très ra- cinq installations en service.
pidement absorbés par l’air. De plus, les réThierry Mahé
flexions à l’interface air-acier sont importantes. Ce “couplant” rend la manipulation Pour en savoir plus
impossible pour des pièces très chaudes ou www.ndt.net/ (en anglais) est une mine d’information
sur le CND : offre fournisseurs, articles, actualités.
incompatibles avec l’aspersion.
Il compile un très grand nombre d’actes de colloques.
La société d’études et d’ingénierie Ixtrem s’est
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