Chapitre 2 Outils méthodologiques pour optimiser la gestion des ouvrages existants
2.4 Outils pour le pronostic de la performance des ouvrages pris individuellement
2.4.4 Inspections par contrôle non destructif (CND) des jonctions soudées
2 / 3 / ( 13 10 ] Lognormale 2,503 0,923 36,9 ΔKth [MPa
mm
] Déterministe 0,000 0,000 0,00 h [mm] Normale 5,00 0,41 8,2 Ө [°] Normale 45,00 2,000 4,44Te [°C] Gumbel (des minima) -9,648 3,995 41,4
TK28 [°C] Normale -24,00 2,400 10,0
ε
(KIC) [-] Weibull 0,906 0,254 28,0 fy [MPa] Lognormale 390,0 27,30 7,00 sG [MPa] Lognormale 155,0 10,85 7,00 sS [MPa] Lognormale 420,0 42,00 10,0 N0 [cycles] Déterministe 0,000 0,000 0,00 b [mm] Normale 25 0,75 3% d [mm] Normale 750 7,5 1%E[S] [MPa] (Poutre
amont)
Normale 17,67 1,77 10%
ν [cycles/an] Normale 1,26e6 1,26e5 10%
sQ [MPa] (Poutre amont)
Gumbel (des maxima) 48,69 2,64 5%
Tableau 2.9. Variables utilisées dans le cas du pont de Saint-Vallier (μX, σX VX représentent la moyenne, l’écart-type et le coefficient de variation de la variable X, respectivement).
2.4.4 Inspections par contrôle non destructif (CND) des jonctions soudées
Les différents types d’inspections par CND développées dans ce paragraphe ont été largement étudiées dans le cadre du projet national MIKTI (2010). Ce paragraphe a pour objectif de137
synthétiser ces différentes méthodes d’inspection. Le lecteur est invité à se référer au projet MIKTI (2010) pour plus de détail sur ces différentes techniques.
Les diverses méthodes CND existantes ont chacune leurs avantages et leurs applications dépendent essentiellement de leur principe physique (et secondairement de leurs moyens de mise en œuvre que l’on ne détaille pas ici). Certaines méthodes apportent des informations sur la longueur de la fissure, d’autres sur la profondeur. Dans le phénomène de propagation de fissure considéré ici, nous nous intéressons à la profondeur de la fissure. Cependant, on peut établir une relation entre la longueur et la profondeur d’une fissure. Des modèles mécaniques permettent de tenir compte de l’évolution d’une fissure sur 3 dimensions (Chryssanthopoulos, 2006).
2.4.4.1 Défauts débouchants ou proches de la peau
Ressuage :
Elle consiste à appliquer un liquide d'imprégnation coloré ou fluorescent sur la surface à inspecter. Le liquide pénètre à l’intérieur des petites fissures ou discontinuités du matériau. Ce type de méthode est en général plus précis que la magnétoscopie.
Principe physique : Cette capacité provient du phénomène de capillarité qui se développe
entre le liquide d’imprégnation et les parois des cavités. Une fois que les cavités ont été remplies, l’excès de liquide présent à la surface est éliminé par nettoyage. Cette action provoque la rupture de l’équilibre capillaire formé entre le liquide et le solide. Le liquide contenu dans les cavités tend à remonter à la surface, jusqu’à que l’équilibre capillaire soit rétabli de nouveau. La remontée du liquide permet de détecter visuellement l'existence d'une fissure de "grande dimension" ; Différentes variantes de la technique de ressuage ont donc été développées en fonction du type de matériel, de la précision requise, et des conditions d’inspection.
La limite inférieure de détection de cette méthode est évaluée à des fissures de 1,5 mm de longueur.
Techniques électromagnétiques
Magnétoscopie :
Le contrôle magnétoscopique consiste à soumettre la pièce (ou une partie de celle-ci) à un champ magnétique.
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Principe physique : L’existence d’une discontinuité dans la zone étudiée provoque une
rupture locale du champ qui entraîne l’apparition de "fuites" magnétiques (effet de pointe). Ces zones (et par conséquent les discontinuités) sont alors repérées grâce à l’emploi de particules ferromagnétiques très fines appliquées sur la surface. Les discontinuités dans le champ magnétique attirent et retiennent les particules. Cet ensemble de particules magnétiquement retenues indique la localisation, la forme et les dimensions de la discontinuité.
Cette technique est très sensible et permet de repérer des fissures superficielles très petites qui ne sont pas visibles à l’œil nu. Les types de discontinuités pouvant être détectées par magnétoscopie sont : les fissures, le manque de pénétration de soudure, le manque de fusion de soudure, la porosité excessive à la surface, les poches de gaz près de la surface.
La magnétoscopie permet la détection de fissures jusqu’à 0,25 mm de profondeur.
Courants de Foucault :
L’inspection par courants de Foucault est basée sur le principe de l’induction électromagnétique. Elle permet l’identification de la présence de discontinuités dans des métaux ferromagnétiques et non-ferromagnétiques.
Principe physique : Lorsque l’on génère un champ électromagnétique alternatif à proximité
d’une surface métallique, des lignes des courants de Foucault sont créées à l’intérieur du matériau. Ces lignes forment des boucles fermées (dont les caractéristiques dépendent en partie des propriétés métallurgiques) et génèrent, à leur tour, un champ électromagnétique secondaire qui s’oppose et modifie le premier.
L’existence d’une discontinuité modifie les lignes de courants de Foucault et perturbe le champ électromagnétique secondaire. L’analyse du champ secondaire (impédance et voltage) permet alors de mettre en évidence l’existence de ces discontinuités. Cette méthode présente l’avantage de n’occasionner aucun contact avec la zone contrôlée mais n’est applicable qu’à des éléments minces (<13mm) ;
En conditions normales, l’inspection par courants de Foucault permet la détection de fissures jusqu’à 0,1 mm de longueur.
Perturbation des courants électriques :
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Principe physique : Lorsqu’un courant alterné circule dans un matériau conducteur, ce
courant tend à se concentrer à la surface par un effet de peau. Si une discontinuité est présente dans cette surface, le flux de courant (normalement uniforme) est alors perturbé. Il existe aussi un champ magnétique associé avec le champ électrique et les perturbations (liées aux perturbations du champ électrique) peuvent être également mesurées par des capteurs magnétiques.
Cette technique, sans contact avec la zone inspectée, est d’une haute sensibilité, de mise en œuvre simple et instantanée mais ne permet de détecter que des discontinuités ouvertes à la surface.
2.4.4.2 Défauts internes, plans ou volumiques
Radiographie et radioscopie : l’inspection radiographique est une technique de contrôle
non-destructif basée sur le pouvoir de pénétration de la radiation électromagnétique au sein de l'élément inspecté. Elle permet la détection et la caractérisation des discontinuités internes et superficielles des matériaux métalliques et non-métalliques. Pendant longtemps la radiographie a été le contrôle non-destructif le plus utilisé et reste encore aujourd’hui l’une des principales techniques.
Principe physique : La radiographie dépend fondamentalement de la capacité d’absorption
de radiation par le composant inspecté. Cette capacité d’absorption est liée à la composition du matériau, son épaisseur, et l’existence ou non de discontinuités à l’intérieur de celui-ci. Lorsqu’un faisceau de radiation passe au travers de l’élément contrôlé, une partie de l’énergie de radiation est absorbée par celui-ci et, en conséquence, l’intensité du faisceau diminue. Les variations de l’intensité du faisceau (dues aux variations d’absorption au sein du matériau) sont alors enregistrées sur un film sensible aux radiations X ou γ non absorbées qui ont traversé le composant.
Ultrasons : L’inspection par ultrasons est une méthode qui permet de détecter des
discontinuités superficielles et internes dans des matériaux ferromagnétiques et non-ferromagnétiques.
Principe physique : Cette méthode est basée sur l’introduction, par un émetteur, d’un
faisceau d’ondes sonores de haute fréquence dans le composant à inspecter. Les ondes sonores voyagent à travers ce dernier et sont réfléchies par les interfaces telles que des
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fissures, cavités, intrusions, porosités et autres discontinuités. Le faisceau d’ondes réfléchi est alors analysé pour détecter la présence de ces défauts.
La technique d’inspection par ultrasons est certainement l’une des méthodes les plus performantes de contrôle non destructif ; sa mise en oeuvre se prête à toutes sortes d’adaptations. Les variantes de la méthode sont divisées en deux groupes : la méthode de "transmission", et la méthode "par écho-impulsion". La méthode par écho impulsion est la plus utilisée dans la pratique. Dans cette technique, si les impulsions rencontrent une surface de réflexion, une partie de l’énergie est réfléchie, son analyse permettant de déterminer la taille, l’orientation et la position de la surface de réflexion.
La dimension minimale des défauts détectable par l’inspection par ultrasons est de 0,30 mm.