rapport cnd

7/23/2019 Rapport CND

1/45

Rpublique Tunisienne Cycle de Formation dIngnieursMinistre de lEnseignement Suprieur, dans la discipline nie Matriau! de la rec"erc"e scienti#ique

et tec"nologie

$ni%ersit de S#a!

Ecole &ationale dIngnieurs de S#a!'partement de nie des Matriau!

RapportPrsent

Lcole Nationale dIngnieurs de Sfax(Dpartement de Gnie des Matriaux)

Dans le cadre du

Par

BOUAZIZI Fathi

HARRABI Nasreddine

BEN ALI Yassine

EMISSION ACOUSTIQUE (EA)

M. TAKELI Farid Encadreur


2/45

SommaireIntroduction gnrale((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()

Chapitre 1 : Etude Bibliographie((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*Introduction((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*

)( nralits sur lmission acoustique(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*

*( +ndes acoustiques(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((

2.1. Nature((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((

2.2. Vitesse du son(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((

2.3. Ondes sonores sinusodales((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((-

2.4. Efet Doppler(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((.

/( 0es a%antages et les incon%nients de lmission acoustique(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((.3.1. Les avantages(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((.

3.2. Les inconvnients((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((1

Conclusion(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((1

Chapitre 2 : Emiion acouti!ue : techni!ue et domaine d"application((((((((((((((((((((((((((2

Introduction((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2

)( 3rincipe(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2

*( 3roprits de lmission acoustique((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2

2.1. La doration plasti!ue du atriau(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()42.2. Les p"no#nes de rupture((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()4

2.3. Dtection des sources d$ission acousti!ue((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()*

/( Tec"niques dmission acoustiques(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()*

3.1. %ec"ni!ue d&c"ograp"ie ultrasonore(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()/

3.2. 'ara#tres des signau( d&ission acousti!ue(((((((((((((((((((((((((((((((((((()

3.3. %raiteent possi)le du signal((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()-

5( 'omaine dapplications de l6mission acoustique 7E89((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((().

4.1. *ontr+le en service des rservoirs coposites de stoc,age de ga-sous "aute pression(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((().

4.2. *ontr+le de l$ouvrage(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()1

Conclusion((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()2

Chapitre # : E$emple d%application indutrielle r&er'oir ou preion((((((((((((((((((((((((*4

Introduction((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*4

)( Mode opratoire((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*4

1.1. *ontr+le de l$ouvrage((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*4

1.2. esure d$attnuation des ondes ultrasonore(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*4


3/45

1.3. ise en place des capteurs(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*)

1.4. ise sous contrainte de l$!uipeent suivant un c/cle prd0ni( *)

1.. Enregistreent des signau( pendant le c/cle(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((**

*( E!emple : Sp"re sous pression((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*/

2.2. ise en place des capteurs(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*/

2.3. Mise sous contrainte de lquipement sui%ant un cycle prd#ini(((((((((((((((((((((((((((*5

2.4. Enregistrement des signau! pendant le cycle((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*5

Conclusion(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*

Conclusion gnrale(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*-

Rfrences Bibliographiques((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*.


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Liste des Figures

Figure 1.1. c"a d$un s/st#e de contr+le par ission acousti!ue

E5 in situ d$un !uipeent industriel(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((5

Figure 1.2. La e)rane du "aut6parleur coprie localeent l$air((((((((

Figure 1.3. Onde sinusodale sp"ri!ue(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((-

Figure 1.4. Efet Doppler((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((.

Figure 2.1. 'rincipe de la dtection de la propagation de dauts par

ission acousti!ue((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2Figure 2.2. canise d&ission acousti!ue(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()4

Figure 2.3.%/pes d&ondes gnres par ission acousti!ue((((((((((((((((((((((())

Figure 2.4. ontage t/pi!ue d&ac!uisition d&ission acousti!ue(((((((((((((()/

Figure 2.5.78e(ion 6 transission d&une onde acousti!ue en incidence

norale 9 l&interace de deu( ilieu((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()5

Figure 2..%ec"ni!ues de esure de la vitesse ultrasonore au contact :

a5 transission; )5 r8e(ion.((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()

Figure 2.!. 7eprsentation d&une salve d&ission acousti!ue(((((((((((((((((((()-

Figure 2.". *ontr+le d$une sp"#re de stoc,age d$aoniac gauc"e5 et

localisation de dauts par un rseau de capteurs E droite5.((((((((((((((((((((((()1

Figure 2.#. *ontr+le d$un rservoir de stoc,age N2 par ission

acousti!ue


5/45

Figure 3.". 7sultats de localisation o)tenus 9 l$aide du s/st#e

d$ission acousti!ue((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*

Liste des tableaux

%a&'eau 1.1. 'rincipau( acteurs in8uen?ant le t/pe d$ission

acousti!ue d$un atriau ((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((5

%a&'eau 1.2. Variation de vitesse dans difrents ilieu((((((((((((((((((((((((((((((((((((-


6/45

Introduction gnrale


7/45)

@ntroduction gnrale

Intr(du)ti(n g*n*ra'e

0e contr;le &on 'estructi# 7C(&('9 est un ensemble de mt"odes qui permettent de

caractriser l6tat d6intgrit de structures ou de matriau!, sans les dgrader, soit au cours de

la production, soit en cours d6utilisation, soit dans le cadre de maintenances( +n parle aussi d6et du second c"apitre( 0e

troisime c"apitre sera consacr ltude dun e(eple d$application industrielle

rservoirs sous pression.

Aat"i; Nasreddine et Bassine


8/45

Chapitre 1 :

tude Bibliographie


9/45*

*"apitre 1

Etude )i)liograp"i!ue

Introduction

0a tec"nique de Contr;le &on 'estructi# par Emission 8coustique 7E89 consiste

dtecter des ondes ultrasonores mises par le bruit gnr lors de l%olution dune

dgradation( *ette t"ode se prsente en onction de l$onde acousti!ue.

'ar ailleurs; les avantages et inconvnients.

1. (&n&ralit& ur l%&miion acouti!ue

3ar d#inition, lGmission 8coustique 7E89 est le p"nomne de libration dnergie

sous #orme dondes lastiques transitoires rsultant des micro dplacements locau! internes au

sein dun matriau soumis des sollicitations 7&orme 8F&+R &F8 42/49( 0e dgagement

irr%ersible dnergie dans le matriau reprsente une source importante dondes lastiques

transitoires( 0e domaine #rquentiel de ces ondes cou%re le domaine des ultrasons )4H)444

JBD( Ces ondes sont caractrises par des courtes dures 7quelques millisecondes9 /D(

Cette tec"nique est non directionnelle, les sources missi%es se propagent dans toutes

les directions( 0a dtection na lieu quau moment du relKc"ement des contraintes gnrant les

signau! dmission acoustique 5D(

0es premires rec"erc"es concernant lmission acoustique ont t ralises au dbut

du *4me sicle, quand les c"erc"eurs ont rapport la prsence des sons audibles qui

accompagnent la d#ormation des matriau!( En )2)-, CBoc"ralsi a mentionn la prsence

du #ameu! cri de ltain lors du maclage de celuiHci, ce p"nomne tait mentionn depuis

longtemps par eber dans son ou%rage AT"e sum o# per#ection or o# t"e per#ect magistrey(

0e premier systme dinstrumentation mis en place pour dtecter les signau!

acoustiques a t ralis par Lis"inouye en )2// lors de ses e!priences ralises sur des

c"antillons en bois( En )2/-, E"ren#est et o##e ont mis en place des systmes de dtection

de lacti%it acoustique prsente lors des trans#ormations martensitiques dans les aciers D(

En )24, Laiser -D a marqu l"istoire du contr;le par mission acoustique a%ec ses

tra%au! de t"se( 0e##et Laiser est dcrit par labsence dE8 lorsquun matriau ou une

structure porte un ni%eau de sollicitation not 3) puis dc"arge nmet pas tant que lasollicitation applique lors dune deu!ime mise en c"arge, reste in#rieure la %aleur



10/45/

*"apitre 1


ma!imale prcdemment atteinte 3)( +n appelle 3* le ni%eau de sollicitation lapparition de

lmission acoustique lors de la deu!ime mise en c"arge( 'ans le cas oN la structure est

endommage alors 3* O 3)( +n peut ainsi d#inir le rapport de Aelicit/ CC C2C15.

En )2., Tatro .D a %oqu la ncessit dtablir lorigine p"ysique des signau!

acoustiques et de d%elopper des systmes de contr;le par mission acoustique pour des

applications industrielles( 0un de premiers systmes de contr;le a t appliqu par 'unegan

en )2-/ 1D dans le but de sur%eiller des quipements oprant sous pression 1D( 0%olution

de lindustrie des semiHconducteurs, a permis de conce%oir des systmes de contr;les plus

#aciles dplacer et mettre en place ce qui a cr une #orte croissance du nombre

dapplications industrielles impliquant lE8 .D(

0es tra%au! de Touya mens en )2.2 2D, ont r%l que lacti%it acoustique qui peut

?tre gnre lors de la d#ormation dun matriau est in#luence par plusieurs #acteurs, qui

sont dtaills dans le Tableau 7)()9( Selon Touya dans le cas oN le matriau tudi est

caractris par une grande paisseur ou soumis des importantes %itesses de sollicitation P les

sal%es gnres possdent des #ortes amplitudes( 3ar contre si le matriau est caractris par

une #aible limite dlasticit ou une #aible paisseur ou soumis des #aibles %itesses desollicitation les signau! gnrs sont de #aible amplitude(

Tou>ours dans ce conte!te de nombreu! p"nomnes p"ysiques lis

lendommagement des matriau!, sont lorigine dmission dondes lastiques transitoires(

+n peut citer par e!emple les d#ormations plastiques, les glissements au! >oints de grains, les

trans#ormations de p"ase, les impacts de particules, la ca%itation, les #rottements, lamorage

et la propagation de #issures 7cas de corrosion sous contrainte9, mais galement les attaques

c"imiques des sur#aces 7corrosion9( Q "aute temprature, nous pou%ons a>outer la croissancegnralise des couc"es do!ydes, la rduction c"imique do!ydes protecteurs ainsi que la

dcarburation des alliages accompagne de la #issuration de couc"es do!ydes protectrices

78l*+/, Cr*+/9 )4D(



11/455

*"apitre 1


%a&'eau 1.1.Principaux facteurs inuenant le type dmissionacoustique dun matriau

Tous ces p"nomnes ont en commun de mettre en >eu des dplacements de la matire

di##rentes c"elles de temps ainsi que la cration ou la modi#ication de contraintes

mcaniques locales susceptibles de produire des ondes lastiques transitoires, sources de

lmission acoustique( Ces ondes se propagent ensuite dans le matriau et sa sur#ace, oN

elles peu%ent ?tre dtectes et enregistres par des capteurs piBolectriques qui ont pour r;lede trans#ormer les ondes mcaniques en signau! lectriques dans la Figure 7)()9( 0es signau!

sont ampli#is puis traits au moyen de systme dacquisition pour crer des bases de

donnes( Correctement analyse, cette mission acoustique peut ?tre utilise la #ois pour

mieu! comprendre les dgradations des matriau! et pour e##ectuer un sui%i intelligent des

systmes soumis des tempratures le%es ))D(



12/45

*"apitre 1


Figure 1.1.Schma dun systme de contrle par missionacoustique (!" in situ dun quipement industriel

2. )nde acouti!ue

!"1" #ature

0es ondes sonores sont produites par une source %ibrante, qui transmet les %ibrations au

milieu matriel dans lequel elle se trou%e )*D( +n trou%e aussi que londe acoustique est

gale londe de compression(

Figure 1.2.#a mem$rane du haut%parleur comprime localementlair



13/45-

*"apitre 1


!"!" $itesse du son

Vitesse de propagation de l&nergie sonore; !uotient de la distance

parcourue par un )ranleent sonore par le teps ncessaire 9 son

arrive.

v

vec :

v : la vitesse du son en #trespar secondeen s5 F

: la pulsationde l&onde en rads5 F

: la norede son vecteur d&ondeen rad5.

On dterine la vitesse du son dans les ilieu( solides par la vitesse de

p"ase en ralisant dans les difrents ilieu(.

%a&'eau 1.2" &ariation de 'itesse dans dirents milieu

!"%" &ndes sonores sinuso'dales

0onde sinusodale est la #ois sinusodale dans lespace 7par rapport !9 et dans le

temps 7par rapport t9, ce qui a comme consquence le!istence de deu! priodes(

https://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A8trehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Seconde_(temps)https://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A8trehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Seconde_(temps)https://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse_angulairehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Norme_(math%C3%A9matiques)https://fr.wikipedia.org/wiki/Vecteur_d'ondehttps://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A8trehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Seconde_(temps)https://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A8trehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Seconde_(temps)https://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse_angulairehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Norme_(math%C3%A9matiques)https://fr.wikipedia.org/wiki/Vecteur_d'onde


14/45.

*"apitre 1


Gn "aut6parleur gn#re une onde acousti!ue sinusodale

longitudinale sp"ri!ue de variation de pression. Les suraces d&onde sont

des sp"#res concentri!ues; centres sur la source; les ra/ons sont des

segents de droite partant tous de la source; ort"ogonau( en tout point

au( suraces prcdeent dcrites sur la Aigure 1.25.

Figure 1.3.)nde sinuso*dale sphrique

!"(" )et *oppler

La r!uence d$un son per?u n$est gale 9 celle ise !ue si la

source de celle6ci est ne c"ange pas de position par rapport 9 nous. i

cette source se rapproc"e de nous; sa r!uence de vi)ration N reste la

He ais pendant une oscillation; elle s$est rapproc"e de la distance v

n. La longueur d$onde n$est donc plus c N; ais cN 6 VN.

Deu( cas 9 distinguer :

ource o)ile et o)servateur o)ile

ource o)ile et o)servateur 0(e



15/451

*"apitre 1


Figure 1.4.et +oppler

#. Le a'antage et le incon'&nient de l%&miion acouti!ue

%"1" Les a+antages

Dtectionetlocalisationdesdauts volutis.

nal/se en teps rel prvention de rupture5.

E(aen volui!ue glo)al 1IIJ5 et rapide de la structure; !uelle !ue

soit sa taille; en un seul essai de ise sous contrainte F de plus;

la dtection des dauts est indpendante de leur position et de leur

orientation.

Diagnostic de la svrit de l&endoageent. E(aen en service vitant des arrHts coKteu(


16/452

*"apitre 1


La ise en uvre peut parois s$avrer contraignante. L$efet oire liite la possi)ilit de procder 9 des essais successis

rapproc"s.

Concluion

Cette tude bibliograp"ique con#irme lintr?t de lmission acoustique pour sui%re en

temps rel lendommagement et la d#ormation des matriau! mtalliques soumis au!

en%ironnements agressi#s( Il comporte un nombre limit dinter#aces pour %iter tous

p"nomnes de r#le!ion, r#raction et amortissement des ondes a%ec les c"angements demilieu(



17/45

Chapitre ! :

E+issi(n a)(usti,ue -te)hni,ue et d(+aines

da//'i)ati(n


18/45


19/452

*"apitre 2 Eission acousti!ue :

tec"ni!ue et doaines d&application

Introduction

Ce c"apitre est consacr sur les tec"niques et domaines dutilisation de lmissionacoustique( 0e c"apitre dbute par les proprits et les tec"niques de lmission acoustique

qui sont prsentent( 3uis cette mt"ode de contr;le prsente un enc"ainement dtermin dans

plusieurs domaines dapplications(

1. *rincipe

Cette mt"ode passi%e est utilise pour sui%re des propagations de d#auts dans un

matriau suite une sollicitation par contrainte t"ermique, mcanique, c"imique( $n train

dondes lastiques est cr c"aque propagation du d#aut, ce train se propageant ensuite

dans tout le matriau( Ces ondes sont dtectes par un capteur piBolectrique puis ampli#ies(

Cette tec"nique permet une %aluation globale de lintgrit de la pice Figure 7*()9( Il est

aussi possible par triangulation de localiser le d#aut dans la pice )5D(

Figure 2.1. Principe de la dtection de la propa,ation de dfauts parmission acoustique



20/45)4



2. *ropri&t& de l%&miion acouti!ue

0tude des caractristiques de lmission acoustique commence par ses causesprincipales qui lui donnent naissance( En #ait, deu! causes sont lorigine de ce p"nomne :

!"1" La dformation plastique du matriau

Elle est "omogne dans le cas des alliages daluminium, ou "trogne lors des

mou%ements de dislocation(

Cette d#ormation peut aussi se #aire soit par un maclage dans le cas des matriau!

cristallisant dans le systme "e!agonal compact ou cubique centr, soit par le #luage cest

dire glissements interHgranulaires( 0orsquil sagit dune d#ormation plastique, lnergie mis

est de lordre de )4H)/ )4H)4oule(

!"!" Les phnom,nes de rupture

Ils sont en lien a%ec linitiation de #issures par concentration des contraintes, ou les

di##rents types de rupture 7ductiles, #ragiles ou par #atigue9(

0es nergies libres par ces processus de rupture sont plus importantes et elles sont

de lordre )4H- )4H5oule(



21/45))



Figure 2.2.-canisme d.mission acoustique

3ratiquement, on trou%e dautres causes lorigine de lmission acoustique, on citeles #uites dun #luide liquide ou gaBeu!, les trans#ormations de p"ase des matriau!

mtalliques lors dune %ariation de temprature ou les p"nomnes de ca%itation lors de la

circulation dun #luide dans une canalisation(

3ar consquent, nous sa%ons maintenant que lmission acoustique prend la #orme

dAune onde sonore lastique caractre priodique( Sa #rquence peut se situer dans un trs

large spectre qui stend du domaine audible au domaine ultrasonore, soit )4 JB O # O /4

MJB(

0a reprsentation qui rend compte de #aon raliste et c"ronologique des

modi#ications de gomtrie, les tats de contrainte transitoires, est possible, en e##et,

l%olution dune onde acoustique dans un solide est comme suit #igure 7*()9(

ous l$efet d$une cause en point solide d$un solide se produit un

dplaceent d$aplitude !uelcon!ue dont l$allure est prsente dans

la 0gure 2.25.



22/45)*



*e dplaceent engendre 9 son tour un crneau de contrainte M

d$allure gaussienne

la surace du atriau; une partie de cette nergie de transorationse transet par une onde vi)ratoire lasti!ue dont le spectre est celui

d$un )ruit ou d$un son 9 large )ande.

Figure 2.3. /ypes d.ondes ,nres par mission acoustique

Il est remarquable que la propagation donde se #ait sous di##rentes #ormes selon le

caractristiques dimensionnelles du matriau(

Cest ainsi quune dco"sion interne peut donner naissance successi%ement des

ondes de %olume 7longitudinal ou trans%ersal9 ou de sur#ace 7de Rayleig"9 ou de plaque 7de

0amb9 Figure 7*(/9(

Si on se place dans la condition ou les structures sur lesquelles on c"erc"e les sources

dmission acoustique, sont minces, on constate que :

Les ondes de volue ises par la source se transorent au(

contacts des suraces en ondes de surace de La)5. Les ondes de surace de 7a/leig"5 se trouvent 9 une ince couc"e du

atriau dont l$paisseur et de l$ordre de la longueur d$onde. Elles se

propagent 9 une vitesse Vinrieure 9 celle des ondes transversales

telle !ue V I. V%



23/45)/



Les ondes de La) peuvent se propager en un grand no)re de odes

s/tri!ues et as/tri!ues dont c"acun d$eu( dpend du produit

r!uence ois l$paisseur de la paroi. La Aigure 2.35 illustre les

difrentes ondes dcrites prcdeent.

!"%" *tection des sources d-mission acoustique

3our a%oir une bonne dtection des signau! dmission acoustique, une c"ane de

dtection, dacquisition et de traitements adquats sa%rent ncessaire( Gn capteur les

plus r!ueent utiliss est de t/pe pi-o6lectri!ue et plus prcisent

des crai!ues errolectri!ues coe le titanate de )ar/u et le

titanate -irconate de plo); puis!u$il est caractris par une grande

sensi)ilit; la possi)ilit d$Htre tailles suivant des gotries cople(es

et leur ai)le coKt.

#. Techni!ue d%&miion acouti!ue

0a tec"nique d6mission acoustique est une mt"ode acoustique passi%e( Ces derniresannes, un certain nombre d6tudes se sont concentres sur le d%eloppement de cette

tec"nique dans le but de pou%oir sui%re en temps rel les processus impliqus dans l6%olution

d6un systme(

06mission acoustique est un p"nomne d6mission spontane d6ondes ultrasonores

par un matriau ou un systme sous l6e##et d6une sollicitation ou d6une trans#ormation interne(

Il e!iste deu! types d6mission acoustique :

L&ission pseudo6continue !ui est constitue d&un grand no)re de

signau( alatoires de tr#s petite aplitude !ui se superposent les uns

les autres et !ui s&aoutent au )ruit de ond. L&ission discr#te !ui est constitue de signau( transitoires;

alatoires; )ien spars les uns des autres.

'ari les sources d&ission acousti!ue; il aut entionner des

canises associs 9 la doration plasti!ue; 9 la 0ssuration et 9 la

rupture; au( transorations de p"ase; au( ouveents des 8uides; 9 la



24/45)5



rupture de 0)res et 9 la 0ssuration de la atrice dans le cas de

coposites5 ou encore 9 des p"no#nes p"/sico6c"ii!ues. L&issivit

de ces sources dpend gnraleent des proprits du atriau et des

conditions de sollicitation. La 0gure 1.4 ontre un ontage t/pi!ue

d&ac!uisition d&ission acousti!ue.

Figure 2.4.-onta,e typique d.acquisition d.mission acoustique

0es tec"niques acoustiques sont des mt"odes pou%ant se dcliner en tec"niques

acti%es et tec"niques passi%es( 0e principe des mt"odes acti%es est bas sur l6tude de la

rponse du milieu une e!citation gnre par le systme de mesure( 'ans ce cas, les

paramtres d6e!citation sont matriss( 0es tec"niques passi%es enregistrent le rsultat d6une

e!citation issue directement du systme tudi et les paramtres d6e!citation sont totalement

dpendants des mcanismes source( 0es paragrap"es sui%ants %ont permettre de dtailler les

di##rences entre ces deu! tec"niques(

%"1" .echnique d/chographie ultrasonore

Cette mt"ode, base sur l6analyse du signal acoustique aprs propagation dans un

milieu, permet dobtenir, partir de la mesure des paramtres de propagation 7%itesse,

attnuation9, soit la cartograp"ie de pices %ierges ou endommages a#in de dtecter et

localiser d6%entuels d#auts internes, soit des renseignements concernant une %olution du

milieu de propagation 7r"ologie, structure9( 06endommagement modi#ie les proprits

lastiques moyennes du matriau a##ectant ainsi la propagation des ondes ultrasonores( En

milieu in#ini, pour une onde longitudinale se propageant la %itesse U et communiquant au!

particules une %itesse instantane %i dans un milieu de masse %olumique V, la pression

acoustique 3 s6e!prime par :



25/45)



3 W VXUX%i

Cette grandeur reprsente la pression e!ercer en un point du milieu de propagation

pour quilibrer les contraintes appliques ce milieu( 0a quantit Y W VU d#init l6impdance

acoustique spci#ique du milieu et s6e!prime en gPmH*PsH)( 'ans le cas particulier d6une

incidence normale sur linter#ace entre deu! milieu! di##rents, une partie de l6onde est

r#lc"ie et une autre est transmise sur la Figure 7*(9(

Figure 2.5.0exion 1 transmission d.une onde acoustique enincidence normale 2 l.interface de deux milieux

En utilisant la notion de pression acoustique, on d#init les coe##icients de r#le!ion et

de transmission de l6onde :

R)*WP r

PiW

Z2Z1

Z2+Z1 et T)* W

P t

PiW

2Z2

Z2+Z1 W ) Z R)*

3our mesurer la %itesse de propagation de londe dans un milieu, deu! con#igurations

sont en%isageables : la transmission et la r#le!ion(



26/45)-



Figure 2../echniques de mesure de la 'itesse ultrasonore aucontact 3 a" transmission4 $" rexion5

3our la transmission sur la Figure 7*(-a9, l6onde lastique mise par un transducteur

tra%erse lc"antillon, pour ?tre ensuite capte par un autre transducteur( 0a %itesse de

propagation U est calcule partir de l6paisseur de l6c"antillon e4 et du temps de propagation

[ de l6onde :

Vtransision e0

3our la r#le!ion 7Figure )(/b9, le transducteur met une onde lastique dans

l6c"antillon caractriser( 06onde propage par lmetteur est r#lc"ie et les signau! issus de

la r#le!ion sont enregistrs par le m?me transducteur( En utilisant cette con#iguration, il est

possible galement d6%aluer le coe##icient de r#le!ion de l6onde sur linter#ace et la %itesse

de propagation est alors gale :

V r8e(ion 2e 0

%"!" 0aram,tres des signaux d/mission acoustique

Les signau( successis enregistrs lors des difrentes e(priences

sont appels salves dcrit sur la Aigure 2.Q5. 'our Htre enregistre; une

salve doit dpasser un seuil de dclenc"eent d0ni par l&oprateur

perettant de s&afranc"ir le plus possi)le du )ruit du ond tout en

conservant le a(iu d&inoration provenant du s/st#e tudi.



27/45).



Gne salve est constitue d&un ou plusieurs coups !ui sont appels

aussi RalternancesR. Le no)re de coups correspond au no)re de ois oS

l&aplitude a dpass le seuil c"oisi par l$oprateur. Le coup de plus orte

aplitude d&une salve d0nit l&aplitude de celle6ci. La dure d&une salve

correspond au teps coul entre le preier et le dernier coup. Le teps

de onte; ou le 7ise %ie; est associ au teps copris entre le

dclenc"eent de la salve et le coup de plus orte aplitude. 'ari les

autres caractristi!ues enregistres il aut signaler la r!uence et

l&nergie du signal !ui sont relies 9 la onction de transert du s/st#e et

9 l&nergie des p"no#nes actis. Le Rcount to pea,R est en ait le

no)re de coups copris entre le dclenc"eent et le coup de plus orte

aplitude.

Figure 2.!.0eprsentation d.une sal'e d.mission acoustique

Certains de ces paramtres mesurs partir dun signal acoustique peu%ent ?tre lis de

#aon qualitati%e des paramtres relati#s au! p"nomnes sources( 3ar e!emple, un

p"nomne de c"oc entre deu! particules peut ?tre caractris par lnergie du signal, alors

que les signau! dus au #rottement des cristau! peu%ent ?tre tudis surtout en #onction de la

dure des sal%es( Il est trs important de prciser le r;le des di##rentes #onctions de trans#ert

7la propagation dans un milieu plus ou moins amortissant, la position de la source par rapport



28/45)1



au capteur ainsi que les #onctions de trans#ert du capteur et du systme de trans#ert

lectronique9 qui in#luent #ortement les %aleurs des di##rents paramtres enregistrs(

%"%" .raitement possible du signal

0es limitations de la tec"nique d6mission acoustique sont essentiellement lies

l6analyse des donnes( 0es di##icults sont dues le!ploitation de la grande quantit de

donnes recueillies et le!traction di##icile des


29/45)2



le contr;le en ser%ice des rser%oirs < petit %rac = enterrs 7rser%oirs 30, Figure 7*(199( Ces

structures tant inaccessibles, lE8 garantie leur `abilit et leur #onctionnalit en temps rel

sans ncessit de les dterrer(

Figure 2.". Contrle dune sphre de stoc6a,e dammoniac(,auche" et localisation de dfauts par un rseau de capteurs ! (droite"5

Figure 2.#. Contrle dun rser'oir de stoc6a,e 78par missionacoustique 9:;


30/45*4



au( aTtres d$uvre et aTtres d$ouvrage d$avoir un tat des lieu( des

structures et des pat"ologies.

Les anal/ses c"ii!ues; p"/si!ues ou cani!ues sur c"antillons

ournissent des donnes directeent e(ploita)les pour l$valuation du

atriau de l$ouvrage. ais les liites tec"ni!ues et conoi!ues

usti0ent souvent le recours au( tec"ni!ues non destructives de contr+le.

*elles6ci; en efet; )ases sur des principes gop"/si!ues; sont; pour

certaines; d$une ise en uvre lg#re et rapide. Elles sont souvent

conoi!ueent avantageuses et sont donc adaptes 9 la prise de

esures sur site et; !ui plus est; pour !uel!ues unes d$entre elles; 9 la

prise de esures en continu sur l$ense)le de l$ouvrage; He de

grandes diensions. *ette caractristi!ue de glo)alit des esures les

rend particuli#reent intressantes; au regard des essais en la)oratoire;

ponctuels par d0nition. Les rsultats de ces investigations sont le plus

souvent prsents sous la ore de planc"es grap"i!ues : coupes; cartes

d$anoalies et pro0ls de esures interprts sur la 0gure 2.1I5.

Figure 2.1$. Contrle de lou'ra,e



31/45*)



Concluion

0a mt"ode de lmission acoustique permet des mesures rapides en raison de lasimplicit du principe( Selon le type du matriau, les domaines dapplication et les conditions

de tra%ail, on #ait gnralement le c"oi! de la mt"ode de contr;le non destructi#, cest pour

cela que les rec"erc"es sont de plus en plus appro#ondies sur les tec"niques et les domaines

dapplication(



32/45

Chapitre % :

xemple d-application

industrielle rser+oirs sous

pression


33/45


34/45*4

*"apitre 3 E(eple d$application

industrielle rservoirs sous pression

Introduction

Ce c"apitre traite le!emple de contr;le des rser%oirs sous pression par mission

acoustique est de sui%re le comportement mcanique de lES3 au cours du cycle de

sollicitation %ri#ier et %aluer lintgrit de lES3 >usquau! conditions ma!imales de

sollicitation atteintes au cours de lessai( Il permet de raliser un diagnostic de la s%rit des

sources dmission acoustique en r#rence au! critres applicables lquipement(

1. Mode op&ratoire

1"1" Contrle de l-ou+rage

Le contr+le est gnraleent efectu suivant la c"ronologie

suivante :

esure d$attnuation des ondes ultrasonore.

ise en place des capteurs.

ise sous contrainte de l$!uipeent suivant un c/cle prd0ni.

Enregistreent des signau( pendant le c/cle.

nal/se des rsultats et classi0cation de l$activit dtecte


35/45*)



Figure #.1.Profil exprimental dattnuation

1"%" 4ise en place des capteurs

nralement on utilise des capteurs rsonants au! )4 JB mais ce type de capteurs

limit par une temprature de contact de ).4C (Cest sont les capteurs classiques mais oN cas

il y a une temprature de contact dpasse on utilise dautres types de capteurs(

Figure 2.2.-ise en place des capteurs



36/45**



1"(" 4ise sous contrainte de l-quipement sui+ant un c5cle

prd6ni

0orsque la contrainte principale est gnre par la pression interne de lquipement, le

diagnostic acoustique est ralis en sui%i dun cycle de %ariation de pression bien d#ini( Ce

cycle comporte des p"ases de montes, des paliers et des descentes( 0e cycle de %ariation de

pression dans la Figure 7/(/9 en gnralement dune dure de 5 - "eures( $ne attention

particulire est apporte la dtection dacti%it en palier de contrainte, car une apparition

dondes ultrasonores ce moment du cycle traduit gnralement une %olution dindications

dans le matriau(

Figure 3.3.Pro=l du cycle de pressurisation

1"7" nregistrement des signaux pendant le c5cle

0enregistrement des signau! est ralis par un ordinateur en utilisant un logiciel(



37/45*/



Figure 3.4" Carto,raphie de la position des soudures

2. E$emple : /ph0re ou preion

!"1" 4esure d-attnuation des ondes sonores

0es mesures dattnuation des ondes sonores sont ralises sur une t;le au! m?mes

caractristiques celle de sp"re 7m?me nuance, m?me paisseur m?me re%?tement anti

corrosion etc9( Ces essais ont ncessit la ralisation dun sarcop"age, permettant de

soumettre la t;le au contact du Atalus, constitu de sable(



38/45*5



Figure 3.5.ssais sur tle tmoin dans son sarcopha,e rempli desa$le 1 0sultat de mesures dattnuation

!"!" 4ise en place des capteurs

0a mise en place des capteurs, la %ri#ication de la sensibilit de ses capteurs et le

cKblage raliss par un oprateur quali#i(

Figure 3..-ise en place des capteurs

!"%" Mise sous contrainte de lquipement suivant un cycle prdfini

0a Figure 7/(.9 dcrit le pro#il du cycle de pressurisation on remarque que la dure de

test en%iron - "eures 7**444 s9(



39/45*



Figure 3.!.Pro=l de pressurisation dune sphre sous pression

!"(" Enregistrement des signaux pendant le cycle

0es rsultats de localisation obtenus laide du systme dmission acoustique dans sa

con#iguration #inale 7capteurs placs en bout de guides dondes9 se reprsentent dans la Figure

7/(19 qui donnent en "aut gauc"e une calotte in#rieure et au bas droite une soudure situe

auHdessus de la >upe puis en "aut gauc"e une calotte suprieure ).D(



40/45*-



Figure 3.".0sultats de localisation o$tenus 2 laide du systmedmission acoustique

Concluion

3our lquipement sous pression on peut conclure que lmission acoustique est la

meilleure mt"ode de contr;le non destructi#( Cette mt"ode possd des a%antages on peut

citer quelques e!emples : scurit des installations et les personnels, %aluation de lintgrit

globale dune structure et la plus importante cest la possibilit de sur%eillance sans arr?t le

processus m?me pour les appareils #onctionnant "aute temprature mais cette mt"ode de

contr;le possde certains incon%nients par e!emple il y a une sensibilit au! bruits de

processus et les indications qui n%oluant pas au cours de sollicitation appliqu ne sont pasdtectes(



41/45

Conclusion gnrale


42/45*-

*onclusion gnrale

0(n)'usi(n g*n*ra'e'ans le domaine de contr;le non destructi# 7C&'9 lmission acoustique 7E89 sa%re

une mt"ode qui permet de perce%oir en temps rel lapparition dun signal rsultant dune

dco"sion dans un matriau( Cest galement une mt"ode de contr;le caractre %olumique

en raison de lmission et de la propagation des ondes lastiques( 0a principale limitation du

contr;le non destructi# par mission acoustique dcoule du #ait quil sagit dune tec"nique

passi%e qui nest sensible quau! processus qui sont acti#s lors du contr;le(

Cependant cette tec"nique est utilise dans di##rents domaines industriels( 8uHdel

des quipements sous pression, l6mission acoustique a au>ourd6"ui le %ent en poupe( 0es

ptroliers sont en passe de l6accepter comme un standard pour la dtection des #uites et de la

corrosion sur le #ond des bacs de stocage de produits ptroliers(

En#in 0ors d6un essai, rien ne lui c"appe pour peu qu6elle soit bien applique : un

#iltrage du bruit de #ond au >uste ni%eau, de bons critres 7les paramtres tirs des #ormes

d6onde qui %ont dterminer la gra%it des d#auts9 et de bons seuils de dtection , souligne

eanH&ol Simier, responsable de la maintenance 7secteur quipements9 la direction

tec"nique d68to#ina et prsident du groupe d6mission acoustique(



43/45

Rfrences

Bibliographiques


44/45*.

7rences i)liograp"i!ues

R**ren)esBi&'i(gra/hi,ues

)D M( Riet"muller Institut de Soudure Industrie

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rapport cnd

Documents