a
&ernents,
Nous tenons à remercier tout premièrement ALLAII le tout puissant pour la valonté, la santé et Ia patieræe, EuYl m'a donwé durant toutes ces
longues années.
Airæi, je tiens également à æpriwer vifs remerciements à mon
Lréafrca.ce
A ceffe qui a su me consofr[er durant fes momerlts fes E
_pfus ffiffic:ifes {e ma.yie ... Svlatmère;
, A cefui qui nL'A gui6é yar ses yré,cieu.x consei{s
...tu\m?be;
A wwn mari tsassem,.Cefrtfftet;
Amnnfits Anes Lefrtffwt;
11 A monfr'ère Jvlofrarnrne{ Afarnhre et sa famiffe ; *
A m.e.s sæIlrs Jvleriem, Arninn" Afr.fem ; r
ei:
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A mes cousins, mes terttes, mes oncfes et feurs fatniftes;
Amon Sindmp Safia et safamiffie ;
A tous mes amieg'Widetr, Safra, Jcatima AmeC Rimn et Asma;
A tous ceux qui, fe foin ou {e yrës rl'ortt cessé de
rn'ayyorter feur soutien [urant tout au font {e mes études,
Je dc{;æ ce mémofue
cDé[tcdce .t
ll',,,
*
Aaant tout, je remerc'ic ft dicu h tout pltissant [e m'avo'ir [onné fe courage et fa çofonté pour réttfrser ce moteste
travd[ ; ryc je [é'[ic :
'* A cerr4-(W j'aime jusqu'à fafronslh7s f,e fimaginntion:
*lon dînrrurrmilmàre :
< Je nbufitfïcraijanais {es saniftres (W eous m'avezlftits,,vous ar)ez toujours été apec rnoi fans vos encourag.tmcnts et vos corueifs, r)otts poueez trouver cette æuvre e4yressinn [c' mon granf amaur et de mn
granle gratituîe, (Dieuçous protège et r)ous [onne fa santé.
* Ct qq* j'aime et que j'a[ore ,nes sattrs :
Assin sou.aî,sahna,so frifa, 6 a[tn, frnnntz,mnsouîo,safafr,wiss am
fl kfamif{e [e r{d{fr3 : fr.atfr'scfrnif et saJ,amiffe
À kfaffiiffe de \atgfrof:tut-on oncfe et safemmeet safamiffe
* Sorn ttuq-fln ont créé mon souriremes am'ies :
fra-y at,fatina, fray at, rima, S omifa, ruryem, na6i[a, [ei[a, c fra frra
Att<étuiiants [ipbmés fe f'unirterciti [e ]ijefen 2017.
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Sommaire
Cfrngitre I : Contrôh n$î, esffirfirf
I.1 INTRODUCTION ...4
I.2 CONTROLE NON DESTRUCTIF... ...4
I-3 HETEROGENEITES ET DEFATJTS ..,... ...4
I.3.1 Les défauts plans ...5
I.3.2Lesdéfauts vo1umiques... ...5
I.3.3 Principe de la détection d'tm défaut... ...5
I.4 PRINCIPALES METHODES DE CONTROLE NON DESTRUCTM...,...5
I.4.1 Ressuage ...6
I.4.2lamagnétoscopie... ...7
I.4.3 Laradiographie ...7
I.4.4Le Contrôle Non DesEuctif par Uhasons ...8
I.4.4.1Avantages ...8
l.4.4.2lnconvénients ...8
I.5 TECHNIQUES CONTROLE NON DESTRUCTIF I'AR ULTRASONS...9
I.5.1 Méthodepartransmission. ...-.-.-.9
I.5.2 Méthode par écho...,... ...10
r.6 DIFFERENTS TECHNIQUES DE MISE EN GLIV|RE ...11
I.6.1 Contôle par contact...,.. --..-.-.---.--12
I.6.2 Contrôle par immersion... ....-.-.-..-.--...12
I.6.3 Méthode de fiansmissiondirecte (Throughlransmission) ...- 13
I.7 CONCLUSION... ...-r4
Cfragitre II : Çénérafrtés $ur h.s uftrasorc
II.1 INTROUCTION ...1s
II.2 DEFINTTON DU SON ... 15
II.3 LE SIGNAL ULTRASONORE ...15
II.3.1 Définition et découverte des ulûasons ...15
11.3.2 Speche des ultrasons... ... 16
IT.4 PROPAGATION DES ULTRASONS... ... 16
II.4.1 Loisdepropagation ...16
tr.4.2 Paramètres des ultrasons ...16
I1.4.2.1célérité et im@ance ... 18
II.4.2.2 Fréquence et longueur d'onde... ... 18
11.4.2.3 Pression et intensité ...19
II.5 GENERATTON DES IJLTRASONS... ...r9 II.5.l Effet piézné1ectique... ...19
II.5.2 Transducteur piézn-élecaique ... ...20
tr.5.3 Faisceau d'une onde ultrasonore plane. ...20
II.5.4 Champ sur l'ære d'un émetteur p1an... ...21
4.5.4.1 Zone de FRESI{EL (Champ proche) ...22
f,.5.4.2 Tnne de FRAUNHOFER (Champ lointairr) ...22
II.5.4.3 Champ en dehors de l'æ<e d'un émetteurplan... ...22
tr.6 ATTENUATION DES ONDES ULTRASONORESI. ...23
II"7 REPARTITION DE L'ENERGIE A UN DIOPTRE ...24
II.7.l Incidence normale ...24
II.T.zlncidence oblique ...25
TI.8 APPLICATION DES ULTRASONS ...25
tr.9 CONCLUSTON ...26
Cfinritre III : Systèrne cDe *Iewre r-!!- -J III.I TNTRODUCTION... ...27
III.2 DESCRIPTION DU SYSTEME DE MESI]RE ...27
III.3 ELEMENT DE SYSTEME DE MESI]RE ...27
m3.1 le moteur pas à pas. ...27
m3.l.l Principe de commande d'un moteur pas à pas. ...28
llI.3.l.2 Différents types de moteurs.... ...29
tr1.3.1.2.1Moteir à aimant permanent ...29
a) Moteurs unipolaires ...31
b) Moteurs bipolaires ...32
U1.3.1.2.2 Moteur aréluctance variable.... ...33
111.3.1.2.3 Moteur hybride... ...33
trI.3.2 Commutateur de puissance ULN 2803 ... ...34
m33 Schéma du principe de la comrnande ...35
m3.4 Port d'enhée/sortie ...36
m.3.4.1 port parallèle ... ...36
Ifr.3.4.2port serie.. ...-.37
m.4 TNTERFACE INFORMATTQUE DE LA COMMAI{DE... ...38
III.4.1 Presentation du LABVI8W... ...38
IlI.4.2lnterface de la commande du moteur pas-à-pas ...38
III.4.3 Interfacæ de I'acquisition des donnees... ...39
III.5 METHODE DE MESLIRE. ...40
rII.6 CONCLUSION ...41
fingitre'lt : Rçwtrfi lErptrincntotrr7 tv.l INTROUCTION... ...42
TV.2 TRANSFORMEE DE HILBERT ...42
I\1.2.1Utilisation de la Transformée d'Hilbert dans la dlétection d'envelol4re ...43
IV.3.2 Utilité de la détection d'enveloppe en CN.D...,,. ...43
IV.3 TECHMQIIE DE PRISME ...44
TV.4 RESULTATS DGERIMENTAUX ...4
IV.4.1 Description de système de mesure et de signaux ...44
IV.4.2 Modeàincidenccnormale.... ...46
t[gTE DflF'I&UBfrS
j
ffi
Liste Des Figures
Figure I.2 : Examen par Magnétoscopie ---.7
Figure I.4 : Conftôle par ultrasons... ----.--....-....8
Figure I.5 : Contrôle par transmission ....-.-..-. l0 SFigure I.7 : Contrôle par conlâct .---..-...-12
Figure I.8 : Contrôle par immersion ---..--.---.... 13
Figure I.9 : Contrôle pa transmission directe ..-..---.-.-..--.-- 13
Figure ILl : a) Onde transversale b) Onde longitudinale... ..---.-...-...17
Figure IL2 : Principes de lapiézo4lectricité... ---.-....-- 19
Figure II3 : Transducteurpiézoélectrique ---20
Figune II.4 : Faisceau ultrasonore .-...----.---...21
Frgure II.5 : Champ sur I'axe d'un émetteur plan... ---21
Figure II.6 : Geométrie d'un faisceau d'une onde plane .----.-.-.--..--..--21
Figure II.7 : Diagrailrme de rayonnement @iagramme cle directivité) ...23
Frgure IL8 : Decroissance exponentielle des échos en nrigligeant la diffiaction...23
Figure II.9 : Transmission et éflexion sous incidence normale...-. -.---.---.---..24
Figure IL10 : Transmission et réflexion sous incidenoe tnon nu11e... ...25 Figure [I.1 : Photographie du système de mesure
Figure III2 : Principe de commande d'un moteur pas à pas..- ..."'28 Figure III.3 : Structure interne d'un moteur pas à pas..- ....---.--...""28 Figure III.4 : Principe de commande d'un moteur pas à pas..- """""'29
Figure III.5 : Diftrents tlpes d'un moteurpas àpas... """"""""" "'29
Figure III.6 : Moteur à aimant permanent. ""' 30
Figure III.7 : Fonctionnement schématique d'un moteur à aimantpermanent ...30
Figure III.8 : Rçrésentation schématique d'un moteur unipolaire.. ...31
Frgure III.9 : Sequence de rotation simple ....31
Figure m.10 : Représentation schématique d'un moteur bipolaire... ...32
Figure ltr.ll : Moteur à reluctance variable... ... 33
Figure III.12: Sructure interne d'un moteur hybride... ...34
Figure III.13: Circuit de commande ULN2803 ...35
Figure m.14 : Montage Darlington élimentaire du circuit ULN2803.. ...35
Figure m.15 : Principe de la commande... ...36
Figune III.16: Port d'entrée/sortie... ... 36
Figure III.17: Figure III.18 Figure III.19 Connecteur DB9 et DB25 ... ...37
Face avant et diagramme de la commande du moteur pas-à-pas... . ...39
Face avant et diagramme de I'inæfoe d'acquisition des signaux ultrsonores...40
...47
Figure m.20 : Méthode de mesure en immersion... ... ... 40
Figure W.l : Symétrie Hermitienne du spectre ...42
Figure IV.2 :Fonction de transfert d'un filtre de quadrature ...42
Figure IV.3 : Representation temporelle d'echos enveloppés ...44
Figure T{.4: Configurationde latæhnique de prisme... ...44
Figure IV.4 : . Photographes du système de mesure réalisé au sein du laboratoire NDT de l'université de Jijel ,...45
Figure tV.6 : Signaux reçus à incidence normale a)Echantillion d'aliminium et b) Echantillion pâte du ciment ...46
Figure W.7: Rézultats d'application de la méthode de Hilbert sur les signaux reçus a)Echantillion d'aliminium et b) Echantillion pâÎe du ciment ...46
Figure fV.8 : Signal acquis lié au mode longitudinal et son zoom,l'échantillon sous test est I'aluminium Figure IV.9 : Signal acquis lié au mode longitudinal et son zoom, I'echantillon sous test est la pâte du cime,nt ...47
Figure IV.10: Résultats d'application de la méthode de Hilbert sur les signaux du mode longitudinal a)Frhantillion d'aliminium et b) Echantillion pâte du ciment... ... 48
Figure IV.ll: Echo des ondes tansversales pour l'échantillon d'aluminium ...49
Figure W.12 : Echo des ondes tmnsversales pour l'échantillon pâte du ciment ...49
Figure IV.13 : Résultats de I'application de la méthode de Hilbert sur le mode transversal
a)Echantillion d'aliminium et b) Echantillion pât:e du ciment ...50
t[STfl Dfl TAtsIJKAUX
Liste Des Tableaux
Tableau If.l :Vitesse du son dans diftrents matdriaux ... 17
Tableau II.2 : Les categories du son... ... lg
Tableau III.I : Différentes commande* des phases ...32 Tableau III.2: Ordte dcs diftrentes commandes suivant le mode monophase,biphasé ou
demi-pas ...32
Tableau rrr3 :comparaison des 3 catégories de moteurpas à pas... ...34
Tableau rrr.4: Différents broches des connecûeurs DB9 etD&2s ...37
ll
l
I
i
i,
I
,i
INT&ODUCTTON qENÉEAIÆ
Infroduction Générale
Le contrôle non destructif (cND) joue un rôle important dans diftrents domaines, il
permet de contrôler des matériaux ou des stnlctures afin d'en vérifier l,état,ainsi que de détecter des défauts sans endomm4ger les pièces inspectees. De nombreux domaines industriels ont recours à ce type de contrôle, parmi les quelle on peut citcr : l,industrie des canalisations et du stockage notamment dans les secteurs du pétrole et du gaz,le nucléaire, l'automobile, le chemin de fer, l'aéronautique, l'aérospatial, ...
Ce type de contrôle a pour but de déæcær le ,ou les défauts présents dans Ia pièce. Il est important en suite de les dimensionner et de les identifier, par exemple la taille d,une fissure détectee dans un matériau peut être incluse dans le calcul de mécanique de la rupture afin d'estimer la durée de vie de ce malériau fissuré, et par conséquent, la durée de
vie de I'installation industrielle [].Les méthodes de contrôle non destructif sont assez nombreuses' elles resultent de la mise en Guvre des principes et techniques physiques ; le choix d'une méthode de contrôle est guidé pat la nécessité de reconnaîûe les défauts réputés dangereux que I'objet peut contenir.
Après une étude bibliographique, nous avons p,u avoir une idee gtobale sur les techniques de contôle non destructif et de l'importance qu'elle revête dans le domaine industriel, ce qui nous a permis une meilleure compréhension du problème. Le choix d,une méthode de confrôle dépend de la structure à examiner, les conditions dans lesquelles sera effectué le contrôle, ainsi que des contraintes de temps et de coût. Les diftrentes techniques utilisées dans le CND sont en perpétuelle évolution afin de répondre aux besoins de plus en plus croissants des industriels, mais elles ont également ouvert les portes de CND à des domaines moins
<<classique D c,oillme le contnôle des monuments historiques pour leur restauration ou le contrôle des équipements sportifs dans le cadre de la sécurité. A cet effe!
diftrentes techniques de CND, plutôt complémentaires que concurîent€s, ont été
développées et admettent en outre, des champs d'application. A ce titre, on peut citer la
méthode de confiôle par ressuage la plus simple, la magnétoscopie, la radiographie, la thermographie et res urtrasons qui font |objet de notre étude.
Les effets ultrasonores sont connus depuir; 1812, cependant leur utilisation n,a été généraliser qu'à partir de 1945 où les ultrasons ont éteutilisées pour Ia détection des sous- marins, depuis elle n'a cessé d'évoluer et d'occuper plusieurs domaines tels que la biologie, la médecine et I'industrie. Avec l'évolution de l'électronique dans les années
1970, les ultrasons ont connu le sommet de leu'évolution [3].
Dans le monde du contrôle par ultrasons, les ondes ultrasonores constifuent un moyen privilégié d'investigatisl dens l'étude du comportement mécanique des matériaux, ainsi que I'analyse etla caractérisation des propriétéis mécaniques de ces matériaux : les vitesses de propagation des ondes ultrasonores dépendent essentiellement de certaines grandeurs physiques comme la déformation du milieu de propagation, des constantes élastiques et de
la masse volumique du milieu considéré. Elles dépendent aussi de la nature de l,onde longitudinale ou transversale, ainsi que la direction de polarisation de I'onde [4].
L'objectif principal de notre travail est la réalisation pratique d'un système de mesure par contrôle non destmctif en immersion. Ce systèrme repose sur un mécanisme simple, où, on assure le mouvement rotationnel du transducterur en micro-pas autour de la pièce sous test (PST) avec un moteur pas-à pas. Ce dernier est commandé à partir d,une interface graphique cr(#e sous LabMEW- Les différentes vitesses de propagation des ondes longitudinales et transversales sont déterminées en combinant la méthode de prisme avec
I'algorithme de Hilbert. Ces vitesses peuvent être utilisees pour une meilleure caractérisation d'une PST.
Le présent travail est organisé comme suit :
Le chapitre I présente une vue générale zur le domaine du contrôle non destructif et les techniques utilisées dans ce dernier et nous metfons I'accent sur la technique du contrôle par ultrasons. On présente aussi les diftrentes lbrmes de défaut et le critère de choix d'une méthode cND.
Le chapitre II est réservé pour donner des rtétails sur le contrôle non desfuctif par ultrasons. On cornmence par définir les ondes ultrasonores, leur nature et leurs
caractéristiques. Ensuite, on donne les lois regissant la propagation des ondes ultrasonores
a une interface en particulier l'interface eau/solide.
Le chapitre III est consacré à la description des éléments principaux du système de
commande et d'acquisition sous LabVIEW.
Nous présentons tout d'abord le système de mesure et l'interface LabvIEW développee, puis, la technique de prisme optæ pour la méthode de mezure.
Le dernier chapine IV présente les différents résultats expérimentaux trouvés.
L'algorithme de Hilbert est combiné avec la méthode de prisme pour réduire les erreurs du calcul des vitesses de propagation des ondes longitudinales ou ûansversales.
Nous Ûerminerons ce tavail par une conclusion genérale qui englobera l,ensemble des
travaux effectués et les perspectives envisagées pour la continuité de ce travail.
MirrcJ
co[$TgôrÆ NoN DssT&u gTW
I.1 INTROI}UCTION
Le contrôle Non Desfnrctif (cND), consiste à ;mefhe en æuwe des
méthodes d,investigation permettant d'examiner sans desûuction l'état des pièces, et de formuler un avis sur teur aptifude à remplir la fonction à laquelle elles sont destin'ees, Il est donc très utile surtout dans certains domaines cofirme dans l'aeronautique, re nucléaire, l'industrie, etc.
Nous pouvons trouver une très grande analogie entre le domaine médical où il s,agit d,inspecter l'état d'un patient, et le contrôle non destmctif qui diagnostique une pièce. La définition suppose une bonne connaissance de tous les phénomèners mis en jeu, en particulier de la nature des défauts et leur évolution dans le temps, ainsi que l:s lois générales de la mécanique de la rupture.
ce chapitre est consacré à la description des techniques du contrôle non destructif, nous insisterons sur la technique utilisant les ultrasons (US), nous donnons une breve définition des US et de la propagation des US, nous passons en:suite, aux types d'onde, puis la génération des
US par un transducteur piézoelectrique et nous terminerons pm le choix de la technique du contrôle sur laquelle nous allons-nous baser dans niotre mémoire.
I.2 CONTROLE NON DESTRUCTIF
Le Contrôle Non Destructif est un ensemble &: méthodes qui permet de caractériser l,état d'intégrité de structures industrielles, sans les dégpader, soit au cours de la production, soit en cours d'utilisation- Il faut donc déterminer quelle tarille de défaut est acceptable et ensuite pouvoir les détecter, sans casser la pièce, et la rempla;er si besoin. On parle aussi d'lBssais Non Destructifs ou d'Examen Non Destnrctifs (END) U,21. Ces méthodes sont très utilisees dans :
r' L'indusfie automobile (contrôle des blocs moteurs),
{ L'industrie petrolière (pipelines, tubes, barres, soudures, réservoirs),
r' L'industrie navale (contrôle des coques),
{ L'aéronautique et I'aérospatiale (pouhes, ailes d'avion, nombreuses pièces moteurs, trains d'atterrissage) )
r' L'indusftie de l'énergie (reacteurs, chaudières, tuyauterie, tuôines),
/ Le ferroviaire en fabrication et en mainûenance notamment pour les organes de securité (essieux, roues, bogies),
{ Autres (fabrication de mousquetons d'escalade, ouwages d'art, -..).
I.3 HETEROGENEITES ET I}ET'AUTS
Selon [2], détecter un défaut dans une piece, est physiquernent de mettre en évidence une hétérogénéité de matière ; une variation locale de propriété physique ou chimique préjudiciable
ESE 2018 4
Chapitre l
au bon emploi de celle-ci. Nous pouvons classer les défauts en deux grandes catégories liées à leurs emplacements : les défauts plans ainsi que les défauts volumiques.
I.3.1 Les défauts plans
Sont des défauts plus ou moins rætilignes. Ils representent soit un manque de liaisons inter- matières ou une rupfure du métat. Ces déâuts sont les plus nocifs. Nous pouvons citer les fissures, le manque de fusion et le manque de pénéfration.
I.3.2 Les défrub volumiques
Les défauts volumiques se définissent par la présence de corps étangers occupant un volume de
forme quelconque dans le matériau. Nous citons les inclusions et les cavités gazeuses (soufflures). Dans les indushies des métau:r, il s'agira de criques internes, de porosités, de soufflures, d'inclusions diverses susceptibles d'affecter la santé des pièces moulées, forgées, laminées et soudées.
I.33 Principe de la détection d'un défaut
Le principe de la détection d'un défaut consiste à exciter celui-ci et à recueillir sa réponse.
Schématiquemen! on peut généralement distingruer les étapes suivantes, quelle que soit la méthode employée:
{ Mise en æuvre d'un processus physique énrrgétique ;
r' Modulation ou altération de ce proces$rs par les défauts ;
/ Détection de ces modifications par un capteur approprié ;
r' Traitement des signaux et interprétation de li'information déliwée.
I.4 PRINCIPALES METIIODES DE CONTROLE NON DESTRUCTIF
Une méthode de contrôle non destructif est fondée sur la déformation du champ d'une grandeur physique par une discontinuité. C'est en somme I'exploitation d'un phénomène physique pour détecter la présence d'une hétérogénéité dans un meteriau. L'appareillage permettant sa mise en æuvre comporte généralement trois parties [3,4]:
{ Une source d'excitation de l'objet à contrôl;r,
/ Un capûeur de la grandeur physique à mesurer,
{ Un système d'acquisition et de traitement dr: I'information.
Il existe plusieurs techniques utilisees en CND, nous citons :
o Lathermographie infrarouge (IR),
r Les techniques optiques,
o Les radiographies,
ESE 2O1B
. Lamagnétoscopie,
o Les courants de Foucault,
o Les ultrasons.
Il existe également d'auûes techniques telles que : Le ressuage, Ies liquides penétrants, etc. Elles sont toutes de nature diftrente et chacune a son domaine d'application.
Les méthodes basees sur I'examen visuel présentent l'énorme avantage d'être simples. Cependan!
elles ont pour inconvénient d'être souvent fastidieusres et sujettes aux erreurs humaines.
Dans les industries de pointe, telles que l'aéronautique et les applications nucléaires, les critères d'acceptation ou de rejet d'une fabrication sont ûès sévères, ils sont définis en fonction des conditions de fonctionnement où la haute performarce et la sécurité doivent être menées de pair.
Le contrôle doit permettre d'obtenir la plus haute probabilité possible de détection, le plus juste dimensionnement et I'exacte orientation de ces défarrts.
Dans ce qui suit nous présenterons, d'une manière ffès succincte, les méthodes de contrôle non destructif les plus classiques, insistant sur les ultnæons qui restent une des méthodes les plus utilisées.
I.4.l Ressuage
C'est une méthode très repandue et complémentaire au contrôle visuel, applicable uniquement sur les défauts débouchant, elle permet la détection des fissures de surface. La procédure suivie consiste à nettoyer puis secher la pièce puis à utilir;er un liquide "pénétrant" imprégnant coloré qui pénètre dans toutes les cavités en laissant les fissures pleines, I'excès de ce liquide est éliminé par lavage et après séchage un second produit révélateur est appliqué, ce dernier aspire le liquide d'imprégnation des cavités. La différence des coule,urs du penétrant et de révélateur permet de visualiser la position de la défectuosité et d'en donner un ordre de grandeur [5].
ii'.
;.
1.,'i
révélation du defaut apBftcâti0n
du pénétrant
nÊtloyâge applrcation du revélateur
ESE 2018
Figure I.l,: Examen lpar ressuage
Chqi*e I Contrôle Non Destructif
I.42L, magnétoscopie
C'est une méthode issue du ressrage mais dévelopÉ. Elle consiste à soumettre une zone à conûôler à I'action d'un champ magnétique continu ou altematif. Les défauts éventuels engendrent un chanrp de fuiæ à la surfacc de la piece. Ce champ de fuite est matérialise au moyen d'une poudre ferromagnétique très fine, putvérisee sur la surface à examiner et attirée au droit du défagt par les forces magnétiques. Il exisæ de nombreux moyens d'aimantation et de produits (poudre sèrhe ou en zuryension dæs un liquide), adspié à la forme de la piece ou à la lbrientation de défaut reherché [6].
Figure. I.2: Examen par Magnétoscopie
I.43 Radiographie
La radiographie est une technique basee sur le bombardement d\rn corps (un tube, une piece...) par les rayonsXouy. Applicable génémlement dans le domaine de medecine, mais actuellement elle s'applique dans d'autres domaines (mecanique, éledrot€chnique, matériaux,); c'est en effet souvent la technique reûenue lorsqu'il s'agit de metfte claire,lnent en évidence et de dimensionner des hétérogénéités nocives à I'interieur des objets de toutes natures, aussi bie,n au stade de la fabrication qu'à celui de contrôle de maintenance [6]-
{b}
pffitktrks ffisgréti$es
ESE 2078
Chapitre I Contrôle Non Destructif
solsce &r rayo* r pièce â rontrôl,er
Figure. I.3 : Examen par radiographie
l.4.4Le Contr6le Non Destructif par Ultrasons
Le contrôle non destnrctif par ultrasons consiste à envoyer dans I'echantillon une onde ultrasonore, céJee par un palpeur qui peut jouer le rôle d'émetteur et de récepteur en mêmetemps, puis on mesure I'echo réfléchis par les défauts des pieces contôlées. Iæs défauts sont décelés comme des interfaces qui renvoient une partie du faisceau vers le palpeur.
En outre, cette méthode est essentiellement basée sur le principe d'une interaction onde/matière.
La propagation des ondes ultrasonores est ûibutaire d'un support matériel. Ainsi, la qualite du support au sens large : continuité, homogénéité, va se retranscrire dans le signal ultrasonore transmis. L'analyse de ce signal : nombre d'échos, temps de propagation, atténuation, ... permet donc d'obtenir des informations sur la nature du milieu de propagation [4].
C'est la méthode utilisee dans notre travail, elle présente des avantages, et des inconvénients :
taùcterx
IT Lt -itor*
i.*
$
$
phrye
Figure I.4 : Contrôle par ultrasons.
I.4.4.1Avantages
écùo dinerfue
ôcbodê 1 ecboût dËtu fi f@dde
ESE 2O1B B
(dépend de la fréquence de lbnde ultrasonore),
I.4.4.2Inconvénients
I.5 TECHI\rIQUES CONTROLE NON DESTRUCTIF PAR T]LTRASONS
On peut citer deux principales méthodes d'exarnen dans le domaine du contrôle non destructif par ultrasons : la méthode par transmission et la méthode par echo.
I.5.1 Méthode par tmnsmission
Cette méthode consiste à placer deux transducteurs de part et dhutre de la pièce à étudier, le traducteur émetteur émet une onde ultrasonorre dans la piece à étudier, si un défaut existe au sein du matériau, lbnde ulfiasonore est y réflechie selectivement. Si on place un second traducteur en regard de l'émetteur sur I'autre face de la pièce, et qui sert uniquement de recepteur, on recueillera une énergie plus faible en présence de défaut. En déplaçant un récepteur de petites dimensions, on peut évaluer les dimensions du défaut cette technique est très ancienne . EIle a éts largement utilisee dans les années 50, et a pratiquement disparu dans les années 70 au profit du contrôle par echographie.
Cette technique présente les inconvénients suivants :
r' Efie nécessiæ I'emploi de deux traducteurs.
{ La pièce doit être exploitee sur les deux faces parallèles opposées, ce qui est rarement le cas dans le pratique.
{ L'utilisation d'une ernission continuç cÉe dflrs la pièce des ondes stationnaires qui peuveirt perturber les essais, on peut pallier à cette difficulté, en utilisant une émission pulsée.
{ Elle ne permet pas une automatisation simple des contrôles.
ESE 2O1B
Contrôle Non Destructif
La diminution du signal peut être la conséquence de nornbreux autres phénomènes que des défauts proprement dits : mauvais couplage dans le cas de contrôle par contact, changement d'état de surface du métal, désalignement des palpeurs émetteur et récepteur, changement de la structure de la pièce, -... De plus quand un défaut est détecté, aucune information sur sa position ne peut être obtenue immédiatement, ce qui, est extrêmement gênant dans le cas de I'analyse de nocivité des défauts [1,67.
i In | . i",
I ,:' i ''
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Préseut de
etu
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Figure I.S:contrôle pan transmission
I.5.2 Méthode par echo
Cette méthode est la plus utilisée dans le contrôle uttrasonore, elle est appele,e : l'échographie ; elle consiste à utiliser un seul transducteur en émetteur-récepteur, dans le cas où le palpeur est appliqué au contact de la pièce par I'intermédiaire d'un film de couplage, l'éthogramme correspond au type obtenu en figure (I.6). On exciter le palpeur au moyen d'une breve impulsion électrique, à cela correspond un premier écho d'émission, ce train dbnde progresse dans la pièce
et en I'absence de défaut, vient frapper la face arrière de la pièce contrôlée, sur laquelle il
réfléchit, il refait alors la progression inverse, jusqu'au palpeur ou il génère un signal électrique correspondant à I'echo de fond.
En cas de présence d'un défaut dans l'épaissEur de la pièce, celui-ci, quand il est frappé par la
boufte d'ondes ultrasonores, en refléchit une partie, et pendant que le train d'ondes principal poursuit sa progression vers le fond, I'onde réflechie sur le défaut revient vers le palpeur ou elle génère un écho de défaut.
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Chapitre I Contrôle Non Destructif
r fn*rrlon [.h* cr!.i d{J
lÉÉ1.$r
Figure I.6: Contrôle par échographie
Cette représeotation est appelee representationL de t)"e : A-Scan.De point de vue de I'interprétation, tout se passe corlme si les faces il\/ant et arrière de la pièce étaient indiquées par les echos d'émission et de fond et la presence d'un défaut signalee par un echo dont la position sur l'écran entre les deux autres est proportionnelle à sa profondeur, il faut garder à I'esprit que ces distances sur l'écran correspondent à des temlps de vol, aller-retour de chaque impulsion ultasonore.
En résumé, au lieu de détecter, comme dans le cas precédent l'énergie transmise, on cherche l'énergie réfléchie et on utilise généralement une émission pulsee. Toute variation de cette énergie correspond à la présence d'un défaut.
Dans note havailo cette demière méthode a été refenue pour les avantages qu'elle présente tels que:
{ Localisation précise des défauts,
{ Possibilité de n'utiliser qu'un seul traducteur en émission réception,
{ L'accès, à une seule surface du matériaru. à contrôler, est suffisant pour effecfuer le contrôle.
I.6 DIFX',ERENTS TECHNIQUES DE MISE EI\t (EIME
Les ultrasons atD( fréquences utilisées (1 à l0 Mu), ne se propagent pas dans I'air, sachant que leur vitesse de propagation dans I'eau est l470mls et que leur vitesse de propagation dans I'air est 340m/s; il y a une ftès mauvaise tansmission des ondes en présence d'une interface airlsolide, et les ultrasons sont bès fortement atténués. Pour assurer le passage des ultrasons enfie le transducteur et la pièce à conhôler, il faut placer enfte les deux un milieu dit de couplage, qui consiste à diminuer le phénomène de rupture, d'impédance acoustique et pour garder la
ESE 2018 L1
Chapitre I Connôle Non Desmrnif proportion d'énergie transmise sensiblement constante lorsque Ie fiansducteur se déplacre. Deux techniques existent pour assurer ce couplage : le contrôle par cantact et le contrôle par immereion.
I.6.1 Contrôle par contact
Le transducteur est directement placé sur la pièce à contrôler, la liaison acoustique est assurée
par un film d'agent de couplage qui est généralement soit une graisse ou une huile. Cette technique est surtout employée lors de contrôles manuelg c'est-àdire lorsque le déplacement du traducteur est assuré par un opérateur. Cette méthode est très simple pour la mise en æuwe, puisqu'elle ne necessite qu'un traducteur et un appareil de contrôle, en plus, si on déplace fréquemment le hansducteur sur une pièce nrgueuse, il peut en résulter une légère usure de la face externe du transducteur ; le film de couplage contribue également à diminuer cetûe usure.
Mais elle présente deux inconvénients : premièrement elle necessite I'intervention d'un opérateur pour le deplacement du traducteur ; deuxièmement la constante du couplage n'est pas bonne [5].
Figure I.7: Contrôle par contact I.6.2 Contrôle par immersion
Cette méthode se développe pour pallier aux deux inconvénients de la méthode de contrôle par contact. le traducteur est situé à une certaine distance de la piece, le couplage est assuré par un liquide, habituellement de l'eant. Cefre technique est d'une mise en æuvïe délicate lorsque les pièces sont lourdes et encombrantps. Mais elle se prête facilement à I'automatisation.
L'utilisation de cuves dans lesquelles les pieces sont immergées permet de résoudre de nombreux problèmes : le couplage étant bien assuré par I'eau, les palpeurs ne sont plus situés au contact de la pièce mais sont fixés à l'éxtrémité d'un bras manipulateur perm€ttant, des rotations suivant plusieurs il(es et sa translation verticale. Ce bras est lui.même déplace dans un plan horizontal.
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Chapitre I Contrôle Non Destructif
Eæe cqolaee
Figure I.E: Contrôle par immersion
I.63 Méthode de transmission directe (Through transmission)
La méthode par transmission directe est applquée coilrme méthode d'investigation complémentaire ou bien pour le contôle de certains matériaux de structure complexe (matériaux eomposites).Cette technique ernploie deux tnansducteur qui sont placris sur les deux cotés opposées de la matiére a tester, I'un pour produire et I'autre pour næevoir les ultrasons. Pour les piéce contrôlables de forme simplecomme les plaques, les toles,...la présence d'un défaut (manque de matiére, discontinuité acoustique,...), provoque une diminution ou une disparition de l'énergie ultrasonore transmise, cela permet de le déæcter facilement[6].
Par transflds$r'on
Tranaf*rt da f'o*dt
darrs lû rîgtêritu: eouplant
Figure I.9: Contrôle par transmission directe
Ernission
ESE 2018 13
Ch*it u I Contrôle Non Destntctif
I.7 CONCLUSION
Dans ce chapihe, nous avons cites les différentes techniques utilisees en contrôle non desfuctif
nous avons insisté en particulier sur le contrôle par ultrasons et finalement nous avons exposer les diftrentes méthodes utilisées en CND. Ces notions sont nécessaires pour mieux comprendre le reste de ce travail.
ESE 2018 t4
fuitrs{I
I
EffiE&ÆMTffigU&W 2??
ULT&ÆSONS
Chopitre ll
-
II.1 INTRODUCTION
Depuis de nombreuses annrieq les ondes ulhasonores de faibles amplitudes et de frequences appartenant au domaine du Mégatrertz (I!fi{z) xnt largement utilisees dans I'industrie et en médecine. Le développement des diverses applications faisant appel aux ultrasons se confirme de plus en plus. Le rayonnement uttrasonore est d'un usâge très repandu, car ses popriétes sont très intéressantes : son arnortissement dans les métaux est généralement faible ce qui implique une bonne pénéftation- De plus, la technologie des rrppareils benéficie pour une grande part de I'électronique' mise au point pour les techniques voisines fortes développees, du radar, de traitement de I'information et de conûôle non desfuctif.
La suite de ce chapitre est consacÉe d'abord à la nafure des ondes acoustiques, ensuite aux lois égissant leur propagation, leur atténuation, I'imJxldance acoustique, production, détection des ultrasons, et enfin les diftre,ntes méthodes de contrôle non destructif.
II.2 DEFINTION DES SONS
Les sons sont émis par des corps animés d'un mouvement vibratoire et se propagent sous forme d'ondes mecaniques susceptibles de subir des réflexions (echos), des réfractions et des interftrences.
La propagation des sons ne peut se faire que dans la matière. Les sons ne sont pas transmis dans le vide, contrairernent arD( rayonnements électromagnétiques. Les molécules du milieu traverse subissent des phénomènes de compression et &: relax*ion zuccessifs et transmettent c€s
modifications aux molécules voisines. L'onde sonore en déplacement dans un milieu donné est caracterisée par sa fr4uence U) a s longueur d'onde (1"). Ces deux caracteristiques permettent' de déterminer la vitesse de propagation des sons (u) dans le milieu :
v= Axf
La vitesse de propagation des sons dans la mæière d,fuend du milieu (élasticité, densité).
(rr.l ) essentiellement des caractéristiques
tr.2 LE SIGNAL T]LTRASONORE
ll2.l DéIinition et découverte des ultrasons
Les ultrasons sont des vibrations de même nature que le son, mais de @uences supérieures à la plus haute fréquence audible pour l'homme. Ce sont des vibrations produites dans la matière à
une frfuuence zupérieure comprise enfe 20 K[Iz et quelques centaines de Mégahertz. C'est SPALLANZAM qui Ie premier ur l794,soupçonûa I'existence des ulftasons en obseryant le vol des chauves-souris. En 1883 le physiotogisûe anglais Francis Galton invente un "sif,flet à ESE 2A18
15
Chapttre II Généralités sur les ultrasons
ultrasons"' En soufflant dans ce siffleq lhomme ne perçoit rien alors que les chiens reagissent.
Mais c'est surtout la découverte en l88Q de la piézoéleûcite,par les fræs pierre et Jacques Curie, qui a permis après 1883, de produire facilement des ultmsons et de les utiliser. paul Langevin, en 1915, met au point la déûection des sous-marins au moyen des ulftasons, ouvrant ainsi un champ d'applicæions à ces vibrations non audibles, i[ utilise des ultrasons. plus directifs dans I'eau' générés par des quartz piézoélectriques, Pierre Cwie avait en effet découvert que ces quartzs vibrent en émettant des ultrasons quand ils sont soumis à un champ électromagnétique.
IL2.2 Spectre ds ultmsons
Le spectre des ultrasons est decompose en tennes I l] :
l. D'acoustique sous-marine traditionnelle qui oocupe la bande de}} à41K1zenviron;
2. D'application médicale et de contrôle non destructif (CND) qui occupe quant à eux la bande allant de I à l0Mllz ;
3. D'acousto-optique et de traitement du signal (liltre, lignes à retard,) qui occupent la bande de 100Mhz à quelques GtIz ;
4. Des fréquences au-delà de lOGFIz appelés hyperfréquences sont encore au stade de la recherche.
En dessous de 20KHz, on a affaire à des sons ou des infrasons, et audelà des 5OOMHa on a affaire à des hyper sons. Notons que les fréquences utilisées en CND par ultrasons conduit à des longueurs d'onde de I'ordrc du millimèfie, ceci constifue un avantage, car la longueur d'onde est suffisamment petite devant les dimensions de la source et lui conêre un comportement voisin de celui de la lumière en optique gréométrique [l].
N3 PROPAGATION DES T'LTRASONS tr3.1 Lois de propagation
Une déformation produite en un point d'un milieu rélastique, homogène et isotrope, se rransmet de proche e'n proche dans ce milieu à une vitesse finie. Ce mouvement ondulatoire est régi par une équation aux dérivees partielles qui s'écrit dans le cas d'une onde plane se propageant suivant I'ane des.r sous la forme :
ô2u ,,2 ô2(J
-= atz axz
où : Zest la vitesse de la propagation de lbnde.
U est I'anplitude d'onde.
(rr.2)
ESE 2O1B L6
Chapitre II Généralités sur les ultrasons
Laprapagation d'ulûasons dans les gaz et les liquides se limite à celle dbndes longitudnales. Le point essentiel dela ptopgation ultrasonore dans les solides massifs est I'existence de deux modes de vibrations (longitudinal et transversal) qui se pmpagent à des vitesses différentes. Dans
le mode longitudinal, les alomes métalliques vibrent parallèlement à la direction de la propagatiorq alors que dans le mode transversaf ta vibration est perpendiculaire à la direction de la propagation.
poiarisation
pa'Timle
tr'igure ILl: a) Onde transversale b) Ondre longitudinale
Le tableau suivant donne les vitesses longitudinales et transversales de différents matériaux :
Matériaux Vitçse longitudinale (n/b) Vitsse tmnwersale (m/s)
Aluminium 6320 3080
Cuiwe 46ffi 2140
Eau 1470
Verre 5650 3280
Air 330
Mercure 1450
Ffrx]*gftiir1t]
prt:p*e*tlrrn.
ESE 2018
Tableau II.1 : Vitesse du son dans différents matériaux
L7
Chapitre II Gémâralités ntr les ultrasons
IISA paramèûres des ultnsons
Plusieurs paramè*rres sont necessaires pour caractériser une onde ultrasonore.
IL3.2.l Célériré et imp&anæ
La célérité de ronde acoustique est la vitesse de propagation de la variarion de pression dans le milieu : elle depend uniquement du milieu. Le cornportement d'un milieu matériel vis-à-vis des ultrasons est exprimépar lme constante appelée impédance acoustique.
L'impédance acoustique dépend de la masse volumiique et de la compressibilité du milieu, c,est-
àdire de son aptitude à reprendre sa forme originale après déformation.
(rr.3) Avec: z :imp&ance acoustique
r : compressibilité du milieu
p : masse volumique
Cette impedance conditionne avec la masse volumiqne la célérité de I'onde ultrasonore : v
L --
p (rr.4)
IL3.2.2 Frfuuence et longueur d'onde
Les sons sont classes en quatre catégories ælon leu fréquence (l) ou leur nombre de variations de pression {periode) par seconde (l Hz: I cycle/s) :
Sons frequenæ
Infrasons 0 à20l{z
Sons audibles 20Ylzà201<Ilz Ultrasons 20lktlzà I GIIZ hyper sons > | GlIz
Tableau IL2: Les catégories du son
l- La distance séparant à un in$ant donné deux poinæ du trqiet de lbnde où la pression est la même (tout en variant dans le même sens) correspond à Ia longueur d'onde l,.Dans un milieu donné.
elle est reliée à la fréquence par la fonnule :
' n=7 ^c GI'5)
ESE 2O1B
1B
II3.23 Præsion et intensité
En chaque point, la pression acoustiqtn P varie selon la fiequence de l,onde ultrasonore. On appelle intensité altrssonore l'énergie qui traverse perpendiculairement runité de surface pendant I'unité de temps. Elle est reliee à la pression acoustir;ue par la formule :
r- P- a
2p* c
Avec p :pressionacoustique
p : masse volumique c:c;elérite
L'intensité (/ ) s'exprime en Wcm2
(rr.6)
II.4 GEI\IERATION DES T'LTRASONS
De nombreux systèmes sont zusceptibles de produire des ultasons. Un appareil produisant des ultrasons est communément appelé transductern ou convertisseur ultrasons. Ces derniers sont des dispositifs destinés à convertir l'énergie électrique, qubn lui envoig en énergie acoustique et inversemento l'énergie mæanique qui lui parvient de la piece en énergie élecûique ; donc c'est un convertisseur d'énergie [2].
On peut citer certains types de transducteurs [1] :
{ Transducteurs électromagnétiques.
{ Transducteurs électroacoustigues.
/ Tmnsducteurs piézo-électriques.
IL4.1 Efieû piÉzoélwtrique
Un élément piézo4lætrique à la propriété de se plariser électriquement sous I'action d'une containte mécanique, c'est I'effet direct. Reciproquement, il a la possibilité de se déformer si on
lui impose un champ électrique, c'est I'effet inverse,, L'exemple le plus courant est le cristal de
quarE d'une montre dite "à quâttz" est un élémerrt piézoélectrique qui fonctionne selon le principe décrit [31.
çr[fe lnet ÇatrsÉ Effet
l:r + Ddplacercnt ' r*--l I t
+ Y
l---1
t---_J J
DephcenentJ
-:r
Fftrdtrl r Egbtimrc
Figure II.2 : Principe de larpiézoélectrique
ESE 2018 19
Chapitre II
Généralités sur les ultrasons
IL4 2 Tranducteu r piézeéloctriq ue
Dans un tel tnansducteur, l'élérnent sensible est genéralement un disque ou une pastille taillée dans un materiau piézoélectique (ceramique, piézoélectriques) circulaire ou rectangulaireo dont les faces parallèles sont métallisees de façon à éaliser deux électrodes auxquelles sont soudés les
fils de connexion' reliées au dispositif électronique d'excitation ou de détection par I'intermédiaire d'un câble coaxial.
Pour limiter les vibræions vers I'arrière du palpeur,, la pastille est posee sur
'n bloc amortisseur, réalisé en matériau dense et très absorbant, il redruit I'importance du phénomène de résonance mecanique du disque- La face antérieure du disque n'est pas dirætement en contact avec le milieu de propagation mais elle est genéralement plo6gee par un€ couche mince qui joue le rôle d'adaptateur d'imp&ance acoustique, I'ensemble est entouré d'un boîtier généralement métallique qui sert à la fois de blindage électrique et de protection mécanique.
Figure II.3 : Transducteur piézoélectrique
tr 43 Faisceau d'une onde ultrasonore plane
Les ftéquences des ulfiasons supérieures à I MlIz autorisent la créafion de faisceaux [4] ; c'est- à-dire d'une onde directionnelle.
Lorsque la source est plane le front est plan. Conrtrairement aux ondes sphériques la surface n'augmenÛe pas avec la distance (figure II.4). Ainsi I'intensité ne decroit pas avec la distance et la penétrdion des ultrasons est sensiblernent arnélionfu.
Boîtier
Connecteur
ESE 2018 20
Chapitre II Générulités sur les ultrasons
Ordcgâlr
o'dÊtræ*Ihircë., IIç (offi,ffi*,
-trA
-I
Odeumrc
Figure II.5 : Champ sur l,axe d,un émetteur plan
La puissance rayonnée sur I'axe de l'émetteur est prcrportionnelle au carré de l,amplitude de vibration des particules, elle est donnée en fonction de.r par la relation suivante :
P: ?oSin'zffi)
Avec R: D/2
cette quantité est maximale pour x = akpour p:0, on obtient lavaleur:
p2 Rzf
xo = T - ;. Cette distance roest appelee la lirnite du champ proche, ainsi, il est possible de définir deux zones diftrentes cornme le montre la figure II.6.
'ï
afti*co Figure II.4: Faisceau ultrasonore 1L4.4 Champ sur I'axe d'un émetteur plan
Soit un émetteurplan circulaire, de diamètre D (figure I.6) :
D:2R
Smrcd(ùùrc
GhedhntuÈa fuqarùtiEû
(rr.7)
ESE 201-B
Figure II.6: Géométrie d'un faisceau d'une onde plane
2L
Chapitre II Généralités sur les ultrasons 11.4.4.1Tnne de trRESITIEL (Cbamp pnoche)
Si la source est circulaire, toute I'énergie est concenfrée dans une zone cylindrique [3J. Son diamètre D est égal à celui de la source et sa langur:ur I est donnee par la formule :
L- Dzr 4c (rr.8)
Où :dest le diamètre de la zone,I est la longueur de la zone, D est le diamèfe de la source, c'est
la celéÂté (vitesse de propagation de l'onde ulfiasonore) et / e$ la fréquence ultrasonore aufement dit" la longueur de cette zone augmente quand la frequence augmente et quand son diamètre est majore [4]. C'est la partie utile de l'ultrasonore et I'idéal serait une grande longueur et un petit diamètre. D'auûe part pour un bon contrôle de la pièce à étudier il faut que la distance enffe l'émetteur et cette pièce satisfaite la grandeurl = d2 f /(4c),puisque dans ce cas I'intensité du champ est presque constante.
IL4.4.2 Tnne lle Ii'RAIINEOIIER ou champ bintaitr
Elle est plus éloignee de la sourrce et sa forme estt conique [a]- Le faisceau va en s'élargissant
selon un angle de divergence 0 qui est co,nstârt. Cette divergence est inversement proportionnelle à la ffequence et au diamèûe de la snurce :
Le front d'onde est convexe dans cette zone et il y a diminution rapide de l'intensité car la surface sur laquelle elle se réparti augmente. Deuri paramètes conditiorment donc la géométrie du faisceau ulfasonore, la fréquenc€ et le diamètre de Ia source : quand ils augmenten! la zone de FRESNEL s'allonge et la divergence de laznne de FRAUNHOFER diminue, cÆ qui améliore la geoménie du faisceau ultrasonore [4].
It4.4.3 Champ en dehors de I'axe d'un émetteur plan
Soit un émetæur plan circulaire (disque piston), de diamètre a, le principe de calcule de digramme de raonnement (à I'infini) est le rnême que pour le champ $r I'axe, mais la solution est plus complexe et fait intervenir la fonction de Brassel d'ordre un [3]. La puissance en un point de coordonnées polaires r et0 e*donnee par la relation suivante :
sin(g) = L.22 *
D(g): (1* cos e>P
.lL-zr*.sin9
(rr.e)
(r.10)
Avec gest I'angle du rayon d'un point situé dans kr champs lointain, Jest la fonction de Bessel d'ordre un, Kest le vecteur d'ordre K = Zttfi et c rest le rayon de disque.
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Chapitre II Généralités sur les ultrasons
La figure II.7, représente le diagramme de rayonneinent d'un disque de rayon a, ellemontre que la majeure P*tte de I'intensite acoustique ess conte;nue dans le lobe principal.
erynurdodel'odopha--
émkc dmr ladrËoûiær d
Figure II.7 : Diagramme de rayonnernent @iagramme de directivité)
II.5 ATTEIYUATION DES ONDES T]LTRASONORES
Lors de la propagation d'une onde ultrasonore dan un milieu, I'ampliûrde de celle-ci diminue en s'éloignant de la source de I'onde. Cette dténuatiorr obéit à une loi exponentielle decroissante.
A = 4"?o")
Avec:
I ; Ampliade à la distancex,' Ao: Anplibûe nitiale;
a: Coefficient d'atténuation ; .r : Distance traversée par I'onde.
(r.l l)
arnplilude tra*-u{acteur
impulsion envoy&
t
éc'lwntillat,
V
distance
Figure rr.8: Décroissance exponentielle des échos en négligeant la diffiaction Cependant, les matériaux naturels produisent un erffet, plus au moins accenfuer, qui affaiblit d'avantage les ondes ultrasonoræ. Ceci est le ésulftrt de deux phenomènes, qui sont la diffusion et l'absorption, qui se regroupent dans le concept de I'atténuæion. D'une façon générale, le coeffrcient d'atténuation c est un paramèfie relatif composé du coefficient d'absorption et du coefficient de diffirsion [5].
. -/ en!'eloP:Pe * e.rl- rr -r )
ESE 2018 23
Chapitre II Géneralités sur les ultrasons II.6 REPARTTTION I}E L'ENERGIE A T'N T}IOPTRE
Suivant I'angle d'incidence de lbnde se propageant dans derur milieux separes par un dioptre, on peut distinguer deux cas, à savoir I'incidence normiale et lincidence oblique.
II.6.1 Incidence nomale
Les diftrents coefficients des énergies transmise et réfléchie sont données par les expressions suivantes :
Figure II.9: Transmission et reflrexion sous incidence nomrale Impédance acoustique :
Z: pY (p:densité)
Énereie réfléchie (%):
(zr-2?)2
(22+ Zl)2
Énergie réfractée (%):
4ZIZ2
(rI.l2)
(rr.r3)
(rI.r4) (22+ Zl)2
Z1: I'impédance acoustique de premier milieu 22:l'imfiÂance acoustique de deuxième milieu
r Remarques
' S|IZZ - Zll>> : réflexion dominarrte
(* Déæction de défauts de matière)
' Sil72 - Zll <<: réfraction dominan-te
(-'pas de détection de défauts en compression)
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chqtitre II , , Généralités sur les ultrasons
n62lncidcnce oblique
Une onde plane longitudinale incidcnæ f{t * angle ai avæ la normal à I'iûtÊrfaoç separent lcs deux miliçu:( dans le liquide il y'a un sepl mode de propagæion (l'onde incidente haversant [e liquide est longitudinale), par contue dans s1 solide, il y'a derx mode de propgations possible, une onde longitudinale de viæsseZ' et une onde tansversale de viæsseZr, d'après la loi de Snell-Descartes, leur direction est définieflar :
sinai Vi
sinau
-=
Vu
sina1l _ sinazL _ sina-zÎ
vu, vzr (rr.15)
incidence non nulle
par ultrasons focalises ; est I'utilisation d'ultrasons pour
dumaieriel;
destructifs de maferiaux, pour la
des brouillds d'eau ; pour chass€r
I
I
