Mesurer l`épaisseur d`un revêtement

G uide d’achat
MESURES MÉCANIQUES
Mesurer l’épaisseur
d’un revêtement
▼
Qu’il serve à protéger une structure métallique de la corrosion, à embellir la
coque d’un navire, ou à rendre un outil plus résistant à l’usure, un revêtement se doit d’avoir “la bonne épaisseur” : il en faut assez pour qu’il joue
pleinement son rôle, mais pas trop pour qu’il ne coûte pas trop cher ou qu’il
n’altère pas les propriétés de la pièce… Pour contrôler cette épaisseur, il
existe toute une panoplie d’outils, des techniques magnétiques aux
méthodes spectrométriques en passant par le contrôle ultrasonore ou capacitif. Mais tous ne conviennent pas aux mêmes applications et n’offrent pas
les mêmes limites. Pour bien choisir, il faut prendre en compte la nature du
revêtement, bien sûr, mais aussi celle du substrat, et le type de mesure que
l’on souhaite réaliser…
M
esurer l’épaisseur d’une tôle
métallique, d’une paroi,
d’une plaque de verre… tout
le monde sait faire. Il existe
une large variété de techniques pouvant
répondre à ces applications. Des capteurs avec
ou sans contact que l’on place devant la pièce, ou de part et d’autre de celle-ci, mesurent
la distance entre le capteur et la surface de la
pièce pour en déduire son épaisseur...
Mais mesurer l’épaisseur d’un revêtement
est une affaire autrement plus compliquée.
Dans bien des cas, il s’agit de mesurer des
centaines, voire des dizaines de micromètres.
A cette échelle, l’état de surface de la pièce
doit être pris en compte, tout comme l’homogénéité du dépôt. De plus, certains revêtements (tels que l’or ou l’émail) sont trop
coûteux ou fragiles pour être mesurés avec
des techniques destructives ou des capteurs
à contact. Enfin, il est rare que l’on connaisse a priori l’épaisseur de la pièce avant la pose
du revêtement, ce qui impose d’utiliser des
méthodes de mesure absolues…
MESURES 759 - NOVEMBRE 2003
La mesure d’épaisseur de revêtements est
donc une discipline à part entière, avec ses
particularités et ses contraintes. La plupart
des méthodes que l’on utilise sont elles aussi bien spécifiques. Si l’on s’intéresse uniquement aux méthodes non destructives, on
trouve ainsi des techniques magnétiques
(basées notamment sur l’induction magnétique et les courants de Foucault), des
méthodes ultrasonore, optique, capacitive,
et même spectrométriques (telles que la fluorescence X et la rétrodiffusion β).
Les méthodes magnétiques sont les plus
répandues.A l’origine, les premiers appareils
basés sur ce principe utilisaient un aimant
permanent. Le déplacement de l’aimant à
l’intérieur de la sonde lorsqu’on l’approche
d’un substrat ferreux fournit un signal de
mesure proportionnel à la distance entre la
sonde et le substrat, et donc à l’épaisseur du
revêtement. Cette méthode, qui est encore
utilisée sur certains appareils pour des applications relativement simples, a peu à peu été
remplacée par deux techniques dérivées :
Fischer
l’induction magnétique et les courants de
Foucault. L’induction magnétique est utilisée pour mesurer l’épaisseur de revêtements
non magnétiques (tels
En bref…
que le vernis, la peinture, l’émail, le chrome, le
zinc ou le cuivre) sur un L’épaisseur est l’un des premiers critères utilisés pour
support ferromagnéqualifier un revêtement.
tique (le fer et l’acier
Pour la mesurer, il existe de
principalement). La sonnombreuses méthodes. Les
de comporte une bobiplus courantes, basées sur
un principe magnétique,
ne excitée par un couassurent une mesure
rant alternatif. Lorsqu’on
simple et rapide pour un
l’approche du support,
coût relativement faible.
elle crée un champ
D’autres méthodes, basées
magnétique qui modisur des rayonnements X ou
fie à son tour l’inducβ, permettent de répondre
tance de la bobine, et
à une plus large variété
d’applications.
donc la tension de sortie, proportionnellement Le choix de l’une ou l’autre
des techniques dépendra
à l’épaisseur du revêtesurtout de la nature du subment.
strat, du revêtement, et des
Le principe des couprécisions attendues.
rants de Foucault est
63
Guide d’achat
Testwell
La plupart des appareils utilisés dans la mesure d’épaisseur de revêtements sont basés sur un principe magnétique :l’induction magnétique
ou les courants de Foucault.Ils sont par exemple utilisés dans le domaine
de l’automobile,de l’aéronautique ou dans la micro-électronique…
similaire, si ce n’est que la bobine est excitée
par un courant alternatif de haute fréquence.
Lorsqu’on l’approche d’un métal non ferreux,
on génère des courants de Foucault qui vont
à leur tour affaiblir par induction le champ de
la bobine. La variation du champ est directement proportionnelle à la distance entre la
sonde et le métal. Contrairement à l’induction magnétique, les courants de Foucault sont
donc typiquement utilisés dans le cas de substrats non ferreux (tels que l’aluminium, le
cuivre ou le zinc) pour mesurer l’épaisseur
de tout revêtement isolant ou mauvais conducteur (laque, peinture, vernis…).
Autres méthodes également reconnues dans
le domaine des revêtements, la fluorescence X et la rétrodiffusion β. Comme leur
nom l’indique, toutes deux font appel à des
rayonnements ionisants. Dans le cas de la
fluorescence X, on “irradie” la pièce avec un
faisceau de rayons X. L’énergie éjecte un électron des couches internes des éléments traversés. Pour rétablir l’équilibre, un transfert
d’électrons doit alors s’effectuer depuis les
couches externes vers les couches internes. Ce
mouvement se traduit par l’émission secondaire d’un photon doté d’une énergie caractéristique de l’élément étudié. La méthode
permet ainsi de connaître la nature et la
quantité des différents matériaux présents
dans le revêtement.
Dans le cas de la rétrodiffusion β, la pièce est
bombardée par un faisceau d’électrons qui
pénètrent plus ou moins profondément dans
Les principales méthodes
Principaux avantages
Principales limitations
Champ d’applications privilégié
Induction magnétique
- Simplicité et rapidité d’utilisation
- Étendue de mesure pouvant aller jusqu’à
plusieurs mm
- Coût relativement faible (à partir de 500 €)
- Applications limitées aux substrats ferreux
- Sensible à la forme et à l’état de surface de la pièce
- Méthode à contact (ne convient pas
pour les revêtements trop fragiles)
- Requiert une surface minimale de
mesure (quelques dizaines de mm2)
Tout revêtement non magnétique (tel que
vernis, peinture, émail, chrome, cuivre,
zinc, etc.) sur support ferromagnétique
(fer, acier)
Courants de Foucault
(mesure de l’amplitude
et/ou de la phase du signal)
- Simplicité et rapidité d’utilisation
- Étendue de mesure pouvant aller jusqu’à
plusieurs mm
- Coût relativement faible (à partir de 500 €)
- Convient aux couples substrat/revêtement
de conductivité électrique différente
(revêtements non conducteurs sur substrats
conducteurs idéalement)
- Requiert une surface minimale de
mesure (quelques dizaines de mm2)
- Sensible à la forme et à l’état de surface de la pièce
- Méthode à contact (ne convient pas
pour les revêtements trop fragiles)
● Avec la méthode de mesure de l’amplitude :
tout revêtement électriquement isolant
tels que laque, peinture et revêtement
anodisé… sur métaux non-ferreux
(aluminium, cuivre, zinc, laiton…) et acier
inoxydable
● Avec la méthode de mesure de la phase :
revêtements conducteurs non magnétiques
sur bases ferreuses
revêtements de haute conductivité sur
matériaux peu conducteurs
Ultrasons
- Permet de mesurer l’épaisseur de revêtements
sur des substrats non métalliques tels que le verre,
le bois, le béton, les matériaux plastiques, etc.
- Étendue de mesure de quelques dizaines de µm
à quelques dizaines de mm
- Coût plus élevé que les méthodes magnétiques
- Mesures parfois complexes
- Peu adapté aux faibles épaisseurs de
revêtements (< quelques dizaines de µm)
- Sensible à l’état de surface des pièces
- Méthode à contact
- Plus adaptés à la mesure de l’épaisseur
des pièces
- Mesure de l’épaisseur de peintures sur
plastique (pare-chocs automobile, par exemple),
revêtements sur béton, vernis sur bois, etc. (*)
- Mesure d’épaisseur de trempe
- Épaisseur de revêtement d’étanchéité
sur du béton, etc.(*)
- Mesure d’épaisseur de film humide
(poudres avant cuisson)(*)
Méthodes radiométriques
(fluorescence X et
rétrodiffusion β)
Mesure indépendante de la nature du substrat
(en fluorescence X)
Mesure de très fines épaisseurs (jusqu’au
nanomètre)
Méthodes sans contact
- Coût (> 20000 € pour la fluorescence,
> 12000 € pour la rétrodiffusion β)
- Pas adapté à la mesure d’épaisseur de
matériaux organiques
Épaisseur des dépôts d’or en microélectronique,
analyse de matériaux multicouches
(dans le cas de la fluorescence X), mesure
de revêtements et substrats conducteurs
électriques, etc.
(*) méthode d’interférométrie ultrasonore
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MESURES 759 - NOVEMBRE 2003
Guide d’achat
Quelle méthode choisir ?
TYPE DE REVÊTEMENT
TYPE DE SUBSTRAT
Non magnétique métallique
Non magnétique, non métallique
(cuivre, chrome, étain, zinc, or, argent …) (peintures, laques, vernis…)
Ferromagnétique (fer, fonte,
acier…)
Induction magnétique, rétrodiffusion β(1),
fluorescence X(2)
Induction magnétique, rétrodiffusion β(1),
Métallique non ferreux (alliages
d’aluminium, cuivre…)
Rétrodiffusion β(1), courants de Foucault(5),
fluorescence X(2)
Courants de Foucault(5), rétrodiffusion β(1),
capacitif
Isolants (époxy…)
Courants de Foucault(5),
rétrodiffusion β(1), fluorescence X(2)
Rétrodiffusion β(1),
optique(3), ultrasons(4)
Matériaux organiques
Courants de Foucault(5),
rétrodiffusion β(1), fluorescence X(2)
Optique(3), ultrasons(4)
la matière, en fonction notamment de leur
énergie et du numéro atomique du matériau. Une partie des électrons émis est absorbée, l’autre est rétrodiffusée et comptabilisée par un détecteur (plus le numéro
atomique du matériau bombardé est élevé,
plus il y a d’électrons rétrodiffusés).
D’autres méthodes sont utilisées plus ponctuellement. C’est le cas notamment de la
technique capacitive. Le capteur et la pièce
(un conducteur électrique quelconque) forment les deux plaques d’un condensateur.
Sa capacité mesurée avant et après application du revêtement (un autre matériau
conducteur électrique) permet de déduire
l’épaisseur du revêtement.
Le contrôle par ultrasons, que l’on utilise
généralement pour mesurer l’épaisseur de
pièces ou de parois, peut lui aussi convenir à
certaines mesures d’épaisseur de revêtements,
en particulier sur des supports non métalliques (verre, plastique, bois, béton…). Le
principe utilisé est souvent basé sur la mesure du temps aller/retour mis par une onde
Mitutoyo
(1) à condition que les numéros atomiques du substrat et du revêtement ne soient pas voisins (différence d’au moins 20-25 %)
(2) à condition que le revêtement ait un numéro atomique supérieur à 20
(3) à condition que les matériaux soient translucides à la longueur d’onde utilisée, et que le substrat ne soit pas trop réfléchissant
(4) sauf cas particuliers (épaisseur de revêtement trop fine, mauvais état de surface, etc.)
(5) à condition que les conductivités électriques de chacun des matériaux soient suffisamment différentes
ultrasonore pour arriver aux différentes
couches limites de la pièce. En connaissant
la vitesse de propagation des ondes dans ces
matériaux, on en déduit la longueur du trajet. D’autres principes sont basés sur la microscopie acoustique ou sur l’interférométrie
ultrasonore. Enfin, il est possible d’utiliser
certaines méthodes optiques telles que la
microscopie confocale (qui permet par
exemple de mesurer des épaisseurs de vernis
sur des substrats transparents), ou encore
l’interférométrie.
A chacun son territoire
Du côté des méthodes, il y a donc le choix.
Mais comme souvent dans ces cas-là, chacune a ses particularités et son champ d’applications privilégié. Pour bien choisir, il faut
en connaître les avantages et surtout les
limites.
L’induction magnétique et les courants de
Foucault ont toutes deux largement fait leurs
preuves depuis de nombreuses années. « Ces
deux méthodes sont appréciées pour leur simplicité d’uti-
Pour effectuer des mesures
à la fois sur des substrats
ferreux et non-ferreux,
certains appareils combinent l’induction magnétique et les courants de
Foucault.Pour passer d’une
sonde à l’autre,il suffit de
presser un simple bouton.
lisation et leur coût relativement faible, indique Christophe Gabriel, technico-commercial chez
Testwell. Il existe de petites sondes portables qui offrent
une gamme de mesure allant jusqu’à 1000 ou 3000 µm
avec une précision de l’ordre de 2 µm,et qui sont disponibles pour quelques centaines d’euros ».Stéphane Gellée, responsable communication chez Labomat Essor, fait la même analyse. « Ce sont les deux
méthodes les plus répandues car elles offrent de bons résultats tout en étant relativement bon marché.Entre 700 et
1500 euros,on a un appareil tout à fait suffisant pour la
plupart des besoins ».
Si l’induction magnétique et les courants de
Foucault offrent une étendue de mesure et
une résolution comparables, chaque méthode a néanmoins sa chasse gardée : les substrats ferromagnétiques pour l’induction
magnétique, les substrats non ferreux pour
les courants de Foucault. « C’est la seule différence entre ces deux méthodes, souligne Christelle Pressat, assistante commerciale chez Elcometer. Avant
de se décider pour l’une ou l’autre,il faut donc en priorité
se soucier de la nature du substrat ». Ou alors ne rien
décider du tout, et opter pour des appareils
Principaux critères de choix
Induction magnétique
Courants de Foucault
Ultrasons
Fluorescence X
Rétrodiffusion β
Méthode à contact ou pas
Contact
Contact
Contact
Sans contact
Avec ou sans contact
Gamme de mesure
De l’ordre du µm au mm
De l’ordre du µm
au mm
De l’ordre du µm
au mm
De quelques centièmes
à quelques dizaines de µm
De quelques dixièmes
à quelques centaines de µm
Résolution
Jusqu’à 0,1 µm
Jusqu’à 0,1 µm
Jusqu’à 0,1 µm
Jusqu’à quelques
angströms (1A=10-10 m)
Jusqu’à 0,1 µm
Coût approximatif
De 500 à 6000 €
De 500 à 6000 €
> 5000 €
20000 - 46000 €
12000 - 17000 €
MESURES 759 - NOVEMBRE 2003
65
Guide d’achat
Tout comme les méthodes magnétiques,la fluorescence X permet de mesurer l’épaisseur de revêtements de manière non destructive.La technique est
coûteuse,mais elle est utilisable dans une très large
variété d’applications…
mixtes (proposés entre autres par Cegelec,Elcometer, Fischer,Testwell ou Mitutoyo), qui combinent les deux types de sondes. Lors du salon
Mesurexpo, qui s’est tenu le mois dernier à
Paris, Testwell a ainsi présenté le QuaNix 4500,
un petit appareil à sonde intégrée permettant
de réaliser des mesures à la fois sur des
métaux ferreux et non ferreux. Suivant les
besoins, il suffit de changer le mode de mesure en pressant un simple bouton…
Finalement, « avec les méthodes magnétiques,on traite les trois quarts des problèmes rencontrés en mesure
d’épaisseur de revêtements », indique Daniel Piffard, gérant de la société Fischer.
Mais, bien sûr, il existe des applications où
Fischer
Mesure d’épaisseur de revêtements* : un aperçu de l’offre
Fabricants
(Représentants)
AIS
Akilog
Automation Köln (Testwell)
Capacitec
Cotec
DeFelsko (Labomat Essor)
Elcometer
Elcometer (Sofranel)
Elektro Physik (Erichsen)
Euraltech
Fogale Nanotech
FRT (BFI Optilas)
GE Panametrics (Sofranel)
Helmut Fischer (Fischer)
Icap
Karl Deutsch (Cegelec)
Metalscan
Mitutoyo
Niton (Fondis Electronic)
Oxford Instruments
Panalytical (ex Philips Analytical)
Phynix (Techindustries)
Rigaku (Elexience)
Rontgenanalytik (Caritec)
Rontgenanalytik (Insidix)
Sciensoria
Sensofar (BFI Optilas)
Shimadzu (Fondis Electronic)
Sonatest (Intercontrôle IC Escoffier)
Sonix (Insidix)
Spectro
Steag ETA Optik (Eotech)
Stil
Veeco Instruments
Induction
magnétique
Courants
de Foucault
Ultrasons
Capacitif
Magnétique
Méthodes
optiques (1)
Méthodes
radiométriques (2)
●
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● (3)
●
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●
●
*Méthodes non destructives - (1) Microscopie confocale, interférométrie, etc. - (2) Fluorescence X, spectroscopie IR, rétrodiffusion β, etc. - (3) Microscopie acoustique
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MESURES 759 - NOVEMBRE 2003
Guide d’achat
ni les courants de Foucault ni l’induction
magnétique ne conviennent : c’est le cas par
exemple des revêtements non magnétiques
et non métalliques (tels que des peintures
ou du vernis) déposés sur des substrats isolants ou d’origine organique (le verre, le
bois, les matériaux plastiques, etc.). En fait, les
courants de Foucault sont utilisables lorsqu’il
y a une différence de conductibilité électrique suffisante entre le substrat et le revêtement. « Cela exclut par exemple les dépôts d’argent sur
du cuivre », indique M. Piffard (Fischer). N’oublions pas aussi qu’il s’agit de méthodes à
contact, donc peu adaptées aux revêtements
fragiles ou portés à des températures élevées.
Enfin, « ce sont toujours des méthodes comparatives,qui
nécessitent auparavant d’étalonner l’appareil », précise
M. Piffard (Fischer).
Du côté des techniques spectrométriques, il
y a là aussi certaines particularités à signaler.« La
fluorescence X,par exemple,permet d’analyser tout revêtement métallique à partir du numéro atomique du titane.Et
contrairement aux méthodes classiques,la mesure est indépendante de la nature du substrat », indique Jean-Claude Bouttier, directeur de Caritec. « On l’utilise alors
typiquement lorsqu’on a deux bons conducteurs l’un sur
l’autre,tels que de fins dépôts d’or sur des matériaux cuivreux », souligne M. Piffard (Fischer).Autre avantage de la technique, la possibilité d’analyser
des couches d’alliages binaires (alliage de zinc
et de nickel sur du fer, par exemple), et même
de mesurer l’épaisseur de matériaux multicouches (nickel/cuivre/fer, chrome/nickel/fer, etc.). « Comme il s’agit d’une méthode d’analyse “détournée”, il est possible, du moment que l’on sait
dans quel ordre sont les différents matériaux,de connaître leurs
quantités respectives », souligne Joël Le Chevalier,
directeur commercial de Fondis Electronic. La
méthode permet en effet de sélectionner une
“fenêtre” d’énergie dans le spectre d’émission
secondaire du matériau à mesurer, et donc de
ne comptabiliser que le nombre de photons
issus du revêtement. « On s’intéresse en fait à l’énergie propre de la matière,explique M. Piffard (Fischer).
Il est donc possible d’identifier les différents éléments présents
dans le revêtement,et d’analyser la composition des alliages ».
La rétrodiffusion β, au contraire, ne permet
pas d’effectuer une telle sélection. Elle n’est
donc pas adaptée à la mesure d’épaisseur de
matériaux multi-couches. Mais d’autres éléments prêchent en sa faveur. Son coût (qui
tourne autour de 15 000 euros) peut être
jusqu’à quatre fois moins élevé que celui de
la fluorescence X. De plus, son champ d’application est théoriquement étendu à tous
types de revêtements et tous types de supports à condition que leur numéro atomique
ne soit pas trop proche. On l’utilise par
exemple pour des dépôts d’or, d’argent ou
d’étain sur du cuivre, du nickel ou du fer, ou
MESURES 759 - NOVEMBRE 2003
Techindustries
encore pour mesurer l’épaisseur de dépôts
organiques (peintures, laques, vernis,
résines…) sur des métaux. La limite, tout
comme dans le cas des méthodes magnétiques, c’est la mesure de dépôts organiques
sur des substrats eux-mêmes organiques (du
vernis sur du bois, par exemple…).
Des applications bien spécifiques
Les autres méthodes (capacitives, optiques
et ultrasonores) sont employées pour des cas
plus spécifiques. La solution capacitive (proposée notamment par Capacitec et Fogale Nanotech), par exemple, est limitée aux revêtements et aux substrats conducteurs. « Nous
avons par exemple réalisé une application où l’on mesu-
Les appareils basés sur un principe magnétique comportent une sonde que l’on met en
contact avec la pièce.Suivant les applications,
on utilise des sondes plus ou moins larges :si
la surface de la pièce est rugueuse,il faut
préférer les sondes les plus larges.Si les
conditions d’accès à la pièce sont difficiles,on
choisira les sondes les plus fines…
rait l’épaisseur d’une couche de zinc de 25 µm sur un
support d’acier d’environ 500 µm », précise JeanFrançois Doussin, directeur technique de
Capacitec Europe. L’épaisseur du revêtement est
alors déduite d’une mesure d’épaisseur totale de la pièce avant et après dépôt.
Mais il existe un moyen de se passer de
l’épaisseur avant dépôt. Fogale Nanotech a ainsi
développé un système de mesure original
associant les technologies capacitive et inductive (les deux sondes étant placées sur le
même axe), pour mesurer l’épaisseur de
revêtements non métalliques sur des supports métalliques. La sonde capacitive mesure la distance avec le substrat, et la sonde
inductive mesure la distance avec le revête-
Des méthodes destructives
Outre les méthodes magnétiques, optiques
ou radiométriques, il existe également des
méthodes destructives permettant de mesurer l’épaisseur des revêtements. C’est le cas
par exemple de la coulométrie, qui consiste
à dissoudre localement le revêtement en y
formant une petite cellule d’électrolyse chimique. Le temps nécessaire à la dissolution
de la couche est alors relié à son épaisseur.
« La méthode est notamment utilisée pour
mesurer l’épaisseur de revêtements de nickel,
indique Christophe Gabriel, technico-commercial chez Testwell. Ce matériau, qui ne présente pas toujours le même taux de magnétisme, est en effet difficilement mesurable avec
les méthodes classiques ». De manière plus
générale, la coulométrie mesure l’épaisseur
de tout dépôt métallique sur des substrats
métalliques ou non de quelques fractions à
plusieurs dizaines de micromètres d’épaisseur.
Une autre méthode consiste à réaliser une
coupe transversale de l’échantillon, et à
l’analyser à l’aide d’un système optique avec
le grossissement approprié. On mesure ainsi
des revêtements allant jusqu’à plusieurs
dizaines de micromètres d’épaisseur. Il est
aussi possible de réaliser une empreinte sur
la pièce revêtue, et d’en mesurer les dimensions. Ou même d’utiliser une méthode
gravimétrique en mesurant le poids du
revêtement…
67
Guide d’achat
pas si difficile. « L’industriel doit avant tout se poser
un certain nombre de questions élémentaires pour bien
définir son besoin, indique M. Piffard (Fischer).
Quelle est la nature du substrat? Quelle est celle du revêtement? Quelle est la forme des pièces? Doit-on utiliser
une méthode non destructive? Mesurer une simple épaisseur ou réaliser une analyse statistique approfondie? ».
Un choix pas si difficile
Simplicité et rapidité d’utilisation : ce
sont les deux principales raisons pour
lesquelles les industriels choisissent les
méthodes magnétiques. Il suffit de poser
l’appareil à la surface du revêtement
pour avoir une mesure au dixième de
micron près.
Fischer
ment. Par déduction, on en déduit alors
l’épaisseur du revêtement.
La mesure optique, quant à elle, est logiquement réservée aux revêtements et aux
substrats translucides dans les longueurs
d’onde utilisées. Des stations de mesure proposées par Cotec, Stil ou Fogale Nanotech, par
exemple, permettent ainsi de mesurer l’épaisseur de vernis, de couches de silicones ou
de colle sur tous types de substrats transparents (à condition qu’il y ait un changement
d’indice suffisant entre les différents milieux).
« Avec un principe confocal, nous pouvons mesurer des
épaisseurs de revêtements allant jusqu’à plusieurs millimètres avec une précision de l’ordre de 1 µm,indique
Serge Carras co-gérant de Cotec. En mode interférométrique,la précision est meilleure que le micron,avec
une étendue de mesure allant jusqu’à 250 µm ». Bien
sûr, « il n’est pas question de mesurer l’épaisseur de
couches trop minces, indique Jean-François Quiniou, gérant d’Akilog. Nous intégrons par exemple
des systèmes basés sur un principe confocal ne permettant
que de mesurer des épaisseurs supérieures à 1 µm sur des
matériaux assez réfléchissants ».
La méthode ultrasonore, enfin, est la plupart
du temps réservée à la mesure de l’épaisseur
de revêtements déposés sur des supports non
métalliques, tels que le bois, le plastique, le
verre ou encore le béton. Le PosiTector de
Labomat Essor, par exemple, mesure ainsi des
épaisseurs allant de quelques dizaines de
microns à quelques dizaines de millimètres,
avec une précision de l’ordre de 2 µm. « Il est
également possible d’utiliser la méthode ultrasonore sur
des substrats métalliques,explique M. Gabriel (Testwell).Mais dans ce cas,autant utiliser les systèmes magnétiques qui donnent le même résultat pour un investissement
inférieur ».Autre application des ultrasons, réalisée notamment chez Métalscan, la mesure de
la profondeur de trempe, pour connaître la
dureté surfacique d’un matériau. Le princi-
68
pe est ici basé sur la rétrodiffusion des ondes
ultrasonores sur les grains constituant le
matériau. Dans les zones traitées (là où l’acier
est “trempé”), les grains sont relativement
fins, ce qui engendre un niveau de rétrodiffusion très faible…
Malgré tout, la mesure de l’épaisseur de revêtements par ultrasons est relativement délicate. Dans le cas de couches trop minces, il
peut y avoir des recouvrements d’échos et
des interférences entre les différentes couches
limites. De même, si l’interférométrie ultrasonore convient à la mesure de l’épaisseur
d’une couche de peinture sur un matériau
plastique, par exemple, elle trouve vite ses
limites lorsqu’on a deux ou trois couches de
revêtement : « Les vitesses de propagation des ultrasons
dans ces couches ne sont pas si différentes,et l’on a du mal
à identifier les différentes interfaces, explique M. Piffard (Fischer). Dans ce cas,on travaille avec un témoin
sur un substrat ferreux (une petite pastille intégrée à un
pare-chocs par exemple) ».
Malgré la variété des méthodes, le choix n’est
La nature du substrat et celle du revêtement,
on l’a vu, suffisent bien souvent à orienter
le choix vers l’une ou l’autre des méthodes.
De même, si le revêtement est formé de plusieurs couches (peinture et zinc sur de l’acier,
par exemple), on se dirigera certainement
vers la fluorescence X. La forme des pièces,
quant à elle, permet de choisir un type de
sonde (sonde droite, coudée, plus ou moins
large, etc.). Enfin, l’appareil choisi n’est bien
sûr pas le même suivant que l’on souhaite
mesurer une simple épaisseur ou bénéficier
d’une mémoire, de fonctions statistiques, de
la possibilité de tracer des courbes ou encore d’envoyer les données à un PC… Ces fonctions, qui sont standards dans le cas d’un
spectromètre de fluorescence X, par exemple,
ne sont pas forcément proposées avec les systèmes de mesure magnétiques.
Quel que soit le système choisi, la mesure
de l’épaisseur d’un revêtement nécessite
ensuite de prendre un certain nombre de
précautions. « Il faut dire que dans les trois quarts des
applications, les revêtements mesurés ont une épaisseur
inférieure au millimètre! », indique M. Gabriel
(Testwell). A cette échelle, l’état de surface de
la pièce joue un rôle non négligeable. « Il suffit d’imaginer que l’on mesure un dépôt de zinc de 12 µm
d’épaisseur sur une pièce présentant un paramètre de rugosité Ra de 10 µm :suivant l’endroit où l’on fera la mesure,il y aura forcément d’importantes disparités », souligne M. Piffard (Fischer). De même, la
propreté de la surface a parfois son imporCertains appareils “universels”
sont compatibles avec différents
types de sondes :courants de
Foucault,induction magnétique,
ou même rétrodiffusion β…
Suivant les applications,et en
particulier suivant la nature du
substrat et les précisions attendues,on passe alors de l’une à
l’autre en gardant la même
électronique…
Fischer
MESURES 759 - NOVEMBRE 2003
Guide d’achat
tance. Dans le cas d’une mesure capacitive,
par exemple, une infime couche de poussière ou de liquide peut suffire à modifier le
diélectrique formé entre la sonde et la pièce,
et donc à fausser les mesures.
Autre précaution,« dans le cas de l’induction magnétique
et des courants de Foucault,il ne faut pas oublier que même
avec la sonde la plus fine possible,le champ créé n’est jamais
ponctuel,mais qu’il ressemble plutôt à une demi-sphère de
5 mm de diamètre »,poursuit M.Piffard (Fischer).Des
sondes plus larges permettent alors d’intégrer un
plus grand volume de matière et de “lisser”
ainsi l’effet de la rugosité.
Mais que l’on se rassure,ces spécifications figurent généralement sur la fiche technique des
appareils : le QuaNix 4200 de Testwell, par
exemple, requiert une surface de mesure d’au
moins 10x10 mm2,le Digiderm de Mitutoyo se
contente d’un cercle de 3 mm de diamètre,etc.
Le volume de mesure nécessite aussi de
prendre en compte la forme de la pièce : des
mesures réalisées sur des pièces planes ou
courbes, par exemple, ne donneront jamais les
mêmes résultats. Si l’on doit mesurer l’épaisseur d’un revêtement d’une pièce présentant
un certain rayon de courbure, il faudra alors
réaliser au préalable un étalonnage dans les
mêmes conditions, sur une pièce identique,
et s’aider éventuellement de dispositifs mécaniques pour être sûr de placer la sonde rigoureusement de la même manière.
Il peut enfin y avoir des cas très particuliers
où des applications apparemment simples se
transforment en de véritables casse-tête : il
suffit parfois d’une peinture non homogène déposée au pistolet, ou d’un revêtement
chargé de particules métalliques pour que
des effets parasites viennent fausser les
mesures…
Devant la variété des situations, la plupart des
fournisseurs conseillent alors d’essayer au préalable les appareils. « De tels essais,dès que l’on se trou-
ve dans des applications un peu spéciales,permettent d’éviter toute mauvaise surprise »,estime M. Gabriel (Testwell). M. Le Chevalier (Fondis Electronic) fait la
même analyse : avec des méthodes telles que la fluorescence X, l’investissement est tel qu’il vaut mieux auparavant réaliser des essais,et ce quel que soit le type de substrat
ou de revêtement que l’on souhaite analyser ».
Il faut enfin veiller à garder les pieds sur terre, et à évaluer correctement ses besoins. «Tout
est une question de besoins et de retours sur investissements, souligne M. Piffard (Fischer). Mesurer un
revêtement assez épais est à la portée de tout le monde,
avec n’importe quel produit sur catalogue.Mesurer l’épaisseur d’un revêtement organique sur un substrat lui-même
organique, telle qu’une couche de vernis sur du bois, est
encore très difficile… mais en a-t-on vraiment besoin?
En revanche,mesurer 1 µm d’or sur un circuit imprimé
exprime un réel besoin,et fera appel à de vraies compétences.
Si l’on n’en dispose pas en interne,il ne faut pas hésiter à
faire appel à des spécialistes ».
Marie-Line Zani
Principaux fournisseurs
AIS
Tél. : 04 74 09 48 80 - Fax : 04 74 09 48 88
www.ais.fr
Erichsen
Tél. : 01 47 08 13 26 - Fax : 01 47 08 91 38
www.erichsen.fr
Mitutoyo
Tél. : 01 49 38 35 00 - Fax : 01 48 63 27 70
www.mitutoyo.fr
Akilog
Tél. : 03 81 80 44 13 - Fax : 03 81 80 44 25
www.akilog.com
Euraltech (Logisonic)
Tél. : 01 60 92 83 83 - Fax : 01 60 92 83 70
www.euraltech.fr
Oxford Instruments
Tél. : 01 69 85 25 25 - Fax : 01 69 41 86 80
www.oxinst.com
BFI Optilas
Tél. : 01 60 79 59 00 - Fax : 01 60 79 89 70
www.bfioptilas.com
Fischer
Tél. : 01 30 58 00 58 - Fax : 01 30 58 89 50
www.helmut-fischer.com
Panalytical (Philips Analytical)
Tél. : 01 45 10 53 70 - Fax : 01 45 10 53 71
www.panalytical.com
Capacitec
Tél. : 01 43 39 48 68 - Fax : 01 49 80 07 49
www.capacitec.com
Fogale Nanotech
Tél. : 04 66 62 05 55 - Fax : 04 66 62 71 60
www.fogale.fr
Sciensoria
Tél. : 02 99 57 19 71 - Fax : 02 99 57 18 78
www.sciensoria.com
Caritec
Tél. : 04 74 01 05 52 - Fax : 04 74 01 03 14
www.caritec.fr
Fondis Electronic
Tél. : 01 34 52 10 30 - Fax : 01 30 57 33 25
www.fondiselectronic.com
Sofranel
Tél. : 01 39 13 82 36 - Fax : 01 39 13 19 42
www.sofranel.com
Cegelec
Tél. : 01 69 88 67 62 - Fax : 01 69 88 67 68
www.ndt.cegelec.com
Icap
Tél. : 04 76 41 13 13 - Fax : 04 76 90 17 92
www.gresivaudan.com/icap
Spectro
Tél. : 01 34 02 40 40 - Fax : 01 34 02 40 49
www.spectro.com
Cotec
Tél. : 04 50 71 21 63 - Fax : 04 50 71 22 46
www.cotec.fr
Insidix
Tél. : 04 38 12 42 80 - Fax : 04 38 12 03 22
www.insidix.fr
Stil
Tél. : 04 42 39 66 51 - Fax : 04 42 24 38 05
www.stilsa.com
Elcometer
Tél. : 02 38 86 33 44 - Fax : 02 38 91 37 66
www.elcometer.com
Intercontrôle IC Escoffier
Tél. : 02 32 63 35 00 - Fax : 02 32 59 20 66
www.sonatest-plc.com
Techindustries
Tél. : 01 34 70 03 36 - Fax : 01 34 70 39 02
www.techindustries.fr
Elexience
Tél. : 01 69 53 80 00 - Fax : 01 60 11 98 09
www.elexience.fr
Labomat Essor
Tél. : 01 48 09 66 11 - Fax : 01 48 09 98 65
www.labomat.com
Testwell
Tél. : 01 39 73 02 54 - Fax : 01 39 73 25 78
www.testwell.fr
Eotech
Tél. : 01 64 49 71 30 - Fax : 01 64 49 32 29
www.eotech.fr
Metalscan
Tél. : 03 85 90 07 50 - Fax : 03 85 90 07 51
www.metalscan.fr
Veeco Instruments
Tél. : 01 64 59 35 20 - Fax : 01 64 59 72 22
www.veeco.fr
MESURES 759 - NOVEMBRE 2003
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