« CONTRÔLE NON DESTRUCTIF (CND) PAR COURANTS DE FOUCAULT (CF) , UTILISATION DES CAPTEURS MAGNETIQUES A TRES HAUTE SENSIBILITE.pdf

L UNIVERSITE MOHAMED BOUDIAF DE M’SILA FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPT DE GENIE ELECTRIQUE

‫ﺟـــﺎﻣﻌﺔ ﻣﺤﻤﺪ ﺑﻮﺿﯿﺎف اﻟﻤﺴﯿﻠﺔ‬ ‫ﻛﻠﯿــﺔ اﻟﺘﻜﻨـــﻮﻟﻮﺟﯿـــﺎ‬ ‫ﻗﺴﻢ اﻟﮭﻨﺪﺳﺔ اﻟﻜﮭﺮﺑﺎﺋﯿﺔ‬

RAPPORT BIBLIOGRAPHIQUE DU MEMOIRE DE MASTER Filière : Génie Électrique Spécialité : Ingénierie des Systèmes Électromécaniques

Intitulé du Sujet « CONTRÔLE NON DESTRUCTIF (CND) PAR COURANTS DE FOUCAULT (CF) , UTILISATION DES CAPTEURS MAGNETIQUES A TRES HAUTE SENSIBILITE » Présenté par :

AISSANI Nacereddine

Proposé et encadré par :

Mr. A. ABDOU

Année 2014/2015

AISSANI Nacereddine

Rapport bibliographique du MDM –ISE- Université Mohamed BOUDIAF de M’sila 2014/2015

Tables de matière Tables de matière .................................................................................................................................... i Table de figure....................................................................................................................................... iii Préambule ............................................................................................................................................. iiv Introduction générale .............................................................................................................................1 I.

Concepts généraux sur les techniques de contrôle non destructif "CND" ..............................2 I.1. Le contrôle non destructif ......................................................................................................2 I.1.1. Les objectifs du CND............................................................................................................2 I.2. Principes de détection des défauts. ........................................................................................3 I.2.1. Hétérogénéités et défauts ......................................................................................................3 I.2.2. Défauts de surface.................................................................................................................3 I.2.3. Défauts internes ....................................................................................................................3 I.3.

Procédure de CND ..................................................................................................................3

I.4. Techniques de CND et concepts généraux ............................................................................4 I.4.1. Techniques du CND..............................................................................................................4 I.5. CND par courant de Foucault .............................................................................................11 I.5.1. Principe de fonctionnement du CND par courant de Foucault ...........................................12 I.5.2. Principe physique................................................................................................................12 I.5.3. Effet de peau .......................................................................................................................13 I.6. Avantages et inconvénient du contrôle par Courants de Foucault ..................................14 I.6.1. Avantages du contrôle par Courants de Foucault ...............................................................14 I.6.2. Inconvénients du contrôle par Courants de Foucault..........................................................14 I.7. Objectifs des CND-CF ..........................................................................................................14 I.7.1. Caractérisation géométrique ...............................................................................................15 I.7.2. Caractérisation électromagnétique ......................................................................................15 I.7.3. Contrôle de l’état de la santé...............................................................................................15 I.8.

Domaine d'application du CND par courants de Foucault...............................................15

Conclusion .............................................................................................................................................15 II. Capteurs pour le CND par CF.....................................................................................................15 II.1.

Les courants de Foucault......................................................................................................15

II.2.

Définition d’un capteur ........................................................................................................16

II.3.

Paramètres du capteur .........................................................................................................16

II.4.

Les capteurs à courants de Foucault ...................................................................................17

II.5. Capteurs magnétiques ..........................................................................................................17 II.5.1. Les capteurs à effet Hall.....................................................................................................17 II.5.2. Les magnétorésistances.......................................................................................................18 II.5.3. Les Magnéto-Impédances (MI)...........................................................................................20 II.6.

Classification des capteurs ...................................................................................................21

II.7. Type de capteur à (CF).........................................................................................................21 II.7.1. Capteur caractérisé par sa position .....................................................................................22 Tables des matières i

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II.7.2. Capteur caractérisé par sa fonction .....................................................................................24 II.7.3. Capteur caractérisé par le mode de contrôle .......................................................................25 II.8. Plan d'impédance normalisé ................................................................................................26 II.8.1. Définition ............................................................................................................................26 II.8.2. L'impédance ........................................................................................................................26 II.8.3. Impédance du capteur .........................................................................................................27 Conclusion .............................................................................................................................................28 III.

Introduction à l’interface utilisateur de COMSOL 4.3 .........................................................29

III.1. Création du modèle de simulation.......................................................................................29 III.1.1. Ajout des propriétés du matériel composant la plaque ...................................................31 III.1.2. Maillage ..........................................................................................................................32 III.2. Simulation et traitement des résultats.................................................................................32 Conclusion .............................................................................................................................................34 Conclusion générale ..............................................................................................................................35 Références bibliographiques ................................................................................................................36

Tables des matières

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Table de figure Figure I-1.Schéma synoptique d un système de CND (4)........................................................................4 Figure I-2.Examen visuel des traces de corrosion ...................................................................................5 Figure I-3. Examen par ressuage,..............................................................................................................6 Figure I-4.Examen par radiographie ........................................................................................................6 Figure I-5. Examen par Magnétoscopie,...................................................................................................8 Figure I-6. Examen par ultrason. ..............................................................................................................9 Figure I-7. Exemple d’examen par Thermographie...............................................................................10 Figure I. 10.Examen par courant de Foucault.........................................................................................11 Figure I. 8 Examen par courants de Foucault d’un défaut Transversal (méthode indirecte) .................11 Figure I. 9 Examen par courants de Foucault .........................................................................................11 Figure I. 11.principe du CND-CF (6) (9)...............................................................................................12 Figure I. 12. Schéma de principe de contrôle par courant de Foucault...................................................13 Figure I. 13.Répartition des courants de Foucault sous une surface plane. ............................................14 Figure II-1.Principe d’un capteur...........................................................................................................16 Figure II-2.Principe de fonctionnement des capteurs à effet Hall. .........................................................18 Figure II-3.Principe de fonctionnement des GMR.................................................................................19 Figure II-4. Évolution de l’aimantation des couches d’une GMR en fonction du champ magnétique appliqué (16) ...........................................................................................................................................19 Figure II-5.Exemple d'un fil GMI alimenté par un courant alternatif, iac, et soumis à un champ magnétique extérieur, Hexc ......................................................................................................................20 Figure II-6.Différentes configurations des capteurs GMI ......................................................................21 Figure II-7.Critères de classification des capteurs. ................................................................................21 Figure II-9. Bobine interne glissante avec noyau (10)............................................................................22 Figure II-8. Capteur encerclant. .............................................................................................................22 Figure II-10..Bobine interne glissante avec noyau (6) (9) (13) .............................................................23 Figure II-11.Bobine plate.......................................................................................................................23 Figure II-12. Capteur interne tournant ...................................................................................................23 Figure II-13. Capteur à double fonction. (6) (9) ....................................................................................24 Figure II-14. Capteur à fonction séparée (6)..........................................................................................24 Figure II-15. Mode différentiel ..............................................................................................................25 Figure II-16. variation d’impédance d’une bobine en présence de courants de Foucault. ...................26 Figure II-17. Influence de la conductivité et du lift-off sur le diagramme d’impédances normalisées. 28 Figure II-18.Effet du défaut sur la valeur de l’impédance de la bobine ................................................28 Figure III-1 Interface utilisateur de COMSOL 4.3. 29 Figure III-2 Les étapes pour dessiné un carré. .......................................................................................30 Figure III-3 Les démentions du rectangle ...............................................................................................31 Figure III-4.Affichage du demain d étude ..............................................................................................31 Figure III-5 La méthodologie du maillage..............................................................................................32 Figure III-6. Résultat de simulation pour l’induction normal .................................................................32 Figure III-7. Profil du la densité magnétique normal..............................................................................33 Figure III-8 Profil de la densité magnétique sur l’axe x .......................................................................33 Figure III-9 Profil de la partie imaginaire de la densité magnétique sur l’axe x ...............................33 Figure III-10 Profil de la partie absolu de la densité magnétique sur l’axe x .......................................34 Tables de figures

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Préambule Le contrôle non destructif (CND) est un ensemble de méthodes qui permettent de caractériser l'état d'intégrité de structures ou de matériaux, sans les dégrader, soit au cours de la production, soit en cours d'utilisation, soit dans le cadre de maintenances. On parle aussi d'essais non destructifs (END) ou d'examens non destructifs Plusieurs techniques sont utilisées , elle différent par leurs principe de fonctionnement et par les défauts qu'elles peuvent recherchés et par la natures de matériaux à inspectés. Ces méthodes sont utilisées dans l'ensemble des secteurs industriels. On peut citer notamment :  l'industrie pétrolière (pipelines, tubes, barres, soudures, réservoirs) ;  l'industrie navale (contrôle des coques) ;  l'aéronautique (poutres, ailes d'avion, nombreuses pièces moteurs, trains d'atterrissage, etc.) ;  l'aérospatiale et l'armée ;  l'industrie automobile (contrôle des blocs moteurs) ;  la sidérurgie…. La technique des courants de Foucault (CF) est utilisée pour la caractérisation de milieux électriquement conducteurs. Son principe consiste à balayer la zone à examiner avec un champ électromagnétique et à recueillir avec un capteur la réponse du milieu à cette excitation sous une forme donnée: variation de fém d'une bobine ( variation de son impédance), mesure d'une ou plusieurs composantes du champ magnétique... La caractérisation de la zone nécessite alors la résolution d'un problème inverse afin de reconstituer les paramètres recherchés à partir de la réponse CF.

Préambule

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Introduction générale Dans l’industrie, les exigences de fiabilité, de réduction des coûts et de sécurité deviennent de plus en plus contraignantes. Au niveau de la production, il faut dimensionner les pièces au plus juste tout en garantissant leurs disponibilités et leurs performances. Durant l’exploitation d’un produit industriel, son maintien en état de marche dans de bonnes conditions de sécurité nécessite une bonne connaissance de l’évolution des pièces qui le constitue. Cette connaissance implique en particulier de réaliser des contrôles ne portant pas atteinte à l’intégrité des pièces et en entravant le moins possible la disponibilité du produit. Ceci justifie l’importance croissante que prend le contrôle non destructif (CND). Les méthodes de CND sont utilisées soit pour évaluer des grandeurs caractéristiques du produit (épaisseur, conductivité . . .), soit pour déceler la présence de défauts et les caractériser. Parmi les méthodes les plus utilisées, on peut citer les ultrasons, les méthodes utilisant des rayonnements ionisants (radioscopie) et les méthodes électromagnétiques (magnétoscopie, courants de Foucault . . .). Le choix d’une méthode dépend d’un grand nombre de facteurs tels que la nature des matériaux constituant les pièces à contrôler, la nature de l’information recherchée (défaut débouchant ou enfoui..) ; les conditions de mise en œuvre . Les méthodes électromagnétiques sont fréquemment utilisées pour le contrôle des pièces électriquement conductrices et/ou magnétiques. Par exemple, le contrôle de pièces de fonderie (industrie automobile, industrie pétrolière) peut se faire par magnétoscopie. Les tubes (nucléaire, industrie pétrolière . . .) peuvent être testés par courants de Foucault (CF), soit en cours de fabrication, soit lors des phases de maintenance. Le CND par capteurs à courants de Foucault est bien adapté à la détection de défauts dans les pièces métalliques. Cette technique est basée sur l'analyse des changements de l'impédance globale de la bobine dans les environs du défaut. La configuration du dispositif électromagnétique est constituée par capteur (bobine) absolue ou un capteur différentiel placé à l’extérieur ou à l’intérieur d'un tube conducteur. Les objectifs visés à travers ce travail: En premier lieu , faire un état de l'art des différentes techniques de contrôle non destructif (CND) tout mettant en relief leurs principe de fonctionnement , les défauts détectés et la nature des matériaux, en second, nous exposerons avec plus de détail , le contrôle non destructif par courants de Foucault CND ainsi que les capteurs utilisés, principalement , les capteurs magnétiques à haut sensibilité. Nous terminerons, par une brèves présentation du logiciel utilisé pour modélisé le contrôle non destructif (CND par courants de Foucault, à savoir, COMSOL Multiphysics utilisé, ainsi qu'une ébauche de simulation .

Introduction générale

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I. Concepts généraux sur les techniques de contrôle non destructif "CND" I.1. Le contrôle non destructif I.1.1. Les objectifs du CND Le contrôle non destructif a pour objectif, comme son nom l’indique, de contrôler l’état des pièces industrielles sans pour autant que les examens correspondants ne puissent nuire à leur utilisation future. Ceci peut correspondre à deux types de contrôles : l’estimation d’un paramètre constitutif de la pièce comme par exemple l’épaisseur d’une paroi, la distance à un objet, les propriétés électromagnétiques constitutives du matériau ; la recherche d’une rupture de ces paramètres. Dans le deuxième cas, il s’agit en général de défauts, qui peuvent être par exemple des fissures, des inclusions, des porosités, des effets de la corrosion ou de la fatigue mécanique. Cette procédure de contrôle se produit souvent plusieurs fois au cours de la vie d’une pièce et doit satisfaire au mieux les critères suivants : – la rapidité d’exécution Il faut que le contrôle soit rapide pour qu’il ne soit pas trop pénalisant à la fois en termes d’immobilisation physique de chaque pièce, mais aussi au niveau des coûts que sont le temps de travail de la main-d’œuvre ou les frais de fonctionnement de l’usine. – le coût Le contrôle qualité représente sur les pièces complexes un coût non négligeable et qui doit être minimisé dans la mesure du possible. – la reproductibilité La mesure ne doit pas souffrir des circonstances extérieures : une même pièce contrôlée plusieurs fois doit toujours donner le même résultat. – la fiabilité Le contrôle doit remplir son cahier des charges, et par exemple détecter tous les défauts qu’il est censé être capable de détecter, indépendamment des conditions d’inspection. – la sensibilité La sensibilité est le rapport des variations de la mesure et du mesurande. Plus la sensibilité est grande, plus les petites variations du mesurande sont détectables, comme par exemple les défauts de faibles dimensions. – la résolution La résolution est la plus petite variation de signal pouvant être détecté, par exemple la dimension du plus petit défaut. Usuellement elle correspond au pouvoir de résolution, ici la dimension du plus petit défaut visible. Le pouvoir de résolution est fort si cette dimension est petite. Parmi ces six critères, il est naturel de penser que la rapidité, la reproductibilité et la sensibilité sont respectivement fortement liées au coût, à la fiabilité et à la résolution. Il est très souvent nécessaire de consentir à des compromis entre les trois groupes ainsi définis (4) Chapitre I- Concepts généraux sur les techniques de contrôle non destructif "CND"

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I.2. Principes de détection des défauts. Le défaut, se traduit soit par l’absence de matière (air), ou par une anomalie non conductrice, il peut être situé à la surface de la pièce, au milieu ou à l’intérieur de la pièce. (1)

I.2.1. Hétérogénéités et défauts Le terme défaut est ambigu, relatif et peu précis, mais sa connotation négative évoque bien le rôle que joue le contrôle non destructif dans la recherche de la qualité, En fait, détecter un défaut dans une pièce, c’est physiquement, mettre en évidence une hétérogénéité de matière, une variation locale de propriété physique ou chimique préjudiciable au bon emploi de celle ci. Brièvement les défauts peuvent être classés en deux grandes catégories liées à leur emplacement les défauts de surface, les défauts internes (1). (2)

I.2.2. Défauts de surface Se sont des défauts accessibles à l’observation directe mais pas toujours visibles à l’œil nu, peuvent se classer en deux catégories distinctes : les défauts ponctuels et les défauts d’aspect. La première catégorie « défauts ponctuels » correspond aux défauts les plus nocifs sur le plan technologique, puisqu’il s’agit des criques, piqûres, fissures, généralement aptes à provoquer à terme la rupture de la pièce, en initiant par exemple des fissures de fatigue. Dans les pièces métalliques, l’épaisseur de ces fissures est souvent infime (quelques µm) et elles peuvent être nocives dès que leur profondeur dépasse quelques dixièmes de millimètre, ce qui implique l’emploi pour leur détection de méthodes non destructives sensibles, telles que le ressuage, la magnétoscopie, les courants de Foucault, les ultrasons. La seconde catégorie correspond aux « défauts d’aspect », c’est-à-dire à des plages dans lesquelles une variation de paramètres géométriques ou physiques (rugosité, surépaisseur, taches diverses) attire le regard et rend le produit inutilisable. Ici, le contrôle visuel est possible, mais on cherche à le remplacer par des contrôles optiques automatiques (1) (2) (3).

I.2.3. Défauts internes Sont des hétérogénéités de natures, de formes, de dimensions extrêmement variées, localisées dans le volume du corps à contrôler. Dans les industries des métaux, il s’agira de criques internes, de porosités, de soufflures, d’inclusions diverses susceptibles d’affecter la santé des pièces moulées, forgées, laminées, soudées. Dans d’autres cas, il s’agira simplement de la présence d’un corps étranger dans le produit emballé. Ici le contrôle visuel est généralement exclu d’office et l’on utilisera donc l’un ou l’autre des grands procédés du CND que sont la radiographie, le sondage ultrasonore, ou encore des techniques mieux adaptées à certains cas comme l’émission acoustique, l’imagerie infrarouge, la majorité des techniques précédemment citées utilisent le capteur comme outil de détection des défauts. Les capteurs sont les premiers éléments rencontrés dans une chaîne de mesure (1) (2) (3).

I.3. Procédure de CND L’opération de contrôle non destructif d’un objet ne se borne généralement pas à la détection d’éventuels défauts. En effet, même si le choix du procédé, de la méthode et du matériel a été effectué Chapitre I- Concepts généraux sur les techniques de contrôle non destructif "CND"

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au préalable, il faut envisager toute une procédure ayant les objectifs suivants : fiabilité de l’examen, reproductibilité, localisation des défauts, identification, caractérisation de ceux-ci, en particulier par leur taille, classement, présentation visuelle, décision concernant l’affectation de l’objet, enfin archivage des résultats et des conditions d’examen. Ce sont des opérations d’étalonnage, de calibrage, de balayage de la sonde, de traitement des données qui permettent d’atteindre ces objectifs désormais dans des bonnes conditions, grâce à l’apport intensif de l’informatique en temps réel, on peut représenter la mise en œuvre d'un système CND suivant le synoptique de la figure .I-1. (4)

Figure I-1.Schéma synoptique d un système de CND (4).

La cible se caractérise par un ensemble de paramètres que l'on va chercher à estimer afin de former un diagnostic d'intégrité. La mise en œuvre d'un système CND adéquat va permettre de produire un certain nombre de signaux qui sont fonction des paramètres recherchés. Une étape « d'inversion », plus ou moins compliquée, est bien souvent nécessaire afin de retrouver les paramètres initiaux de la pièce (4)

I.4. Techniques de CND et concepts généraux I.4.1. Techniques du CND Le contrôle non destructif permet de caractériser l'état d'intégrité des structures industrielles, sans les dégrader, soit au cours de la production (les pièces qui sortent des fonderies ne sont jamais exemptes de défaut), soit en cours d'utilisation (apparition de défaut). Il faut donc déterminer, à la casse et de façon empirique, quelle taille de défaut est acceptable et ensuite pouvoir les détecter, sans casser la pièce et la remplacer si besoin, ces techniques sont très utilisée dans :  L'industrie automobile (contrôle des blocs moteurs) 

L'industrie navale (contrôle des coques des bateaux)

 L'aéronautique (poutres, ailes d'avion (5) Plusieurs méthodes sont utilisées dans l’industrie et leur champ d’utilisation s’étend à plusieurs applications. Chacune a son domaine d’action privilégié. On distingue (6) I.4.1.1.Examen visuel Chronologiquement l’examen visuel est le plus ancien. Cette procédure techniquement très simple fait toutefois appel à une véritable expertise et à un sens aigu de l'observation des agents qui l'effectuent. L’examen visuel est le premier des procédés de contrôle, le plus simple et le plus général puisque c’est aussi le point final de la majorité des autres procédés non destructifs. En examen préalable, l’inspection visuelle d’un objet, d’une structure ou d’un assemblage tel qu’une soudure permettra de guider un observateur expérimenté dans la définition d’une autre technique L’examen visuel direct des pièces peut constituer un contrôle suffisant pour la détection des défauts débouchant en surface et Chapitre I- Concepts généraux sur les techniques de contrôle non destructif "CND"

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surtout des hétérogénéités locales et superficielles (taches de différentes natures) constituant des défauts d’aspect inadmissibles pour des produits plats du types tôles, tissus, verres,…etc. Toutefois l’examen purement visuel présente des limites de différentes natures, que nous allons examiner et justifiant l’utilisation de toute une gamme de procédés de contrôle optique (éclairage, loupe, miroir, …). (5) (7) a) Avantages 

Examen simple, rapide et peu coûteux;

 Pas d’interruption des parcours optiques entre l’œil et la pièce examinée. b) Inconvénients  Détection limite aux défauts visibles; 

La surface doit être propre

Figure I-2.Examen visuel des traces de corrosion.

I.4.1.2.Ressuage C'est une technique destinée à révéler la présence de fissures en surface de pièces planes ou quasiplanes. Elle consiste à badigeonner la cible avec un liquide fluorescent, qui pénètre dans les fissures. Après nettoyage de la cible, un révélateur est appliqué et en réagissant avec le liquide restant dans les fissures, va les révéler. Le ressuage présente des avantages et des inconvénients : (5) (7) (3) a) Avantages  Simple à mettre en œuvre et relativement sensible aux fissures ouvertes (et en surface).  Elle n'est pas automatisable et les résultats restent à l'appréciation de l'opérateur. De plus, elle peut être effectuée sur toutes sortes de matériaux non poreux et non rugueux de géométrie et dimensions quelconques;  Facilité de mise en œuvre (pour pénétration pré émulsionnée); (5) b) Inconvénients : Il est nécessaire de faire un décapage et un dégraissage soigné avant l’inspection;  L’interprétation des résultats est subjective: Il est impossible de déterminer les dimensions exactes des défauts.  Nécessite l'utilisation de produits non récupérables, voire contaminés après utilisation 

Danger des solvants toxiques, corrosifs, inflammable (5)

Chapitre I- Concepts généraux sur les techniques de contrôle non destructif "CND"

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Figure I-3. Examen par ressuage.

c) Domaine d’application Le domaine d'application du ressuage est très vaste, car le procédé est simple d’emploi et permet de détecter la plupart des défauts débouchant en surface sur les matériaux métalliques non poreux, ainsi que sur les autres matériaux, à condition toutefois qu’ils ne réagissent pas chimiquement ou physiquement avec le pénétrant, A titre indicatif, sa sensibilité est très bonne, puisqu’on peut estimer et obtenir une détection fiable de défauts de 80 μm de largeur pour 200 μm de profondeur pour un ressuage coloré pratiqué en atelier sur une surface usinée, alors que le ressuage fluorescent conduit dans les mêmes conditions à une limite de détection de l’ordre de 1 μm en largeur pour 20 à 30 μm en profondeur[4] (1) I.4.1.3.Radiographie La radiographie est une technique basée sur le bombardement d’un corps (un tube, une pièce…) par les rayons X ou γ .Applicable généralement dans le domaine de médecine, mais actuellement elle s’applique dans d’autres domaines (mécanique, électrotechnique, matériaux …); c’est en effet souvent la technique retenue lorsqu’il s’agit de mettre clairement en évidence et de dimensionner des hétérogénéités nocives à l’intérieur des objets de toutes natures, aussi bien au stade de la fabrication qu’à celui de contrôle de maintenance (5) (7) (3)

Figure I-4.Examen par radiographie. Chapitre I- Concepts généraux sur les techniques de contrôle non destructif "CND"

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a) Avantages Les avantages majeurs des techniques radiographiques X et γ sont :  fournir une image constituant directement un document archivable du contrôle montrant l’absence présumée ou la présence d’un défaut dont on peut éventuellement apprécier la nature et la taille.  garantir, dans une certaine mesure, la fiabilité de l’examen et le respect des procédures (5). b) Inconvénients  toutefois, l'interprétation des images demande un fort niveau d'expertise de la part de l'opérateur. De plus, cette technique est extrêmement coûteuse et impose des conditions de sécurités pour l'opérateur et l'environnement, qui rendent son utilisation en industrie complètement inadaptée;  la nécessité de mettre en œuvre des dispositifs et procédures de protection du personnel. 

le risque de ne pas détecter les fissures se présentant selon l’axe du faisceau;

 la faible productivité alliée à un coût élevé lorsqu’il s’agit de faire de multiples examens systématiques avec films; (5) c) Domaine d’application Traditionnellement, les domaines d’application du contrôle radiographique sont ceux de la fonderie et du soudage métallique avec la mise en évidence de porosités, soufflures, inclusions non métalliques, criques, manque de pénétration. Les nouvelles techniques de contrôle en temps réel sont en train d’élargir ce domaine d’application hors des industries métallurgiques (5) I.4.1.4.Magnétoscopie La magnétoscopie consiste à soumettre une zone à contrôler à l'action d'un champ magnétique continu ou alternatif. Les défauts éventuels engendrent un champ de fuite à la surface de la pièce. Ce champ de fuite est matérialisé au moyen d'une poudre ferromagnétique très fine, pulvérisée sur la surface à examiner et attirée au droit du défaut par les forces magnétiques. Il existe de nombreux moyens d'aimantation et de produits (poudre sèche ou en suspension dans un liquide),adapté à : (7)  la forme de la pièce; 

l’orientation de défaut rechercher;

 la méthode est rapide car les phénomènes d’aimantation sont immédiats (5) a) Avantages 

facilité à mettre en œuvre manuellement;



économique;



résultats quasi immédiats;

 détection des défauts débouchant et des défauts sous-jacents (5) b) Inconvénients  Cette méthode à champ magnétique continu ne s'applique qu'à des matériaux ferromagnétiques. (5)

Chapitre I- Concepts généraux sur les techniques de contrôle non destructif "CND"

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Figure I-5. Examen par Magnétoscopie.

La magnétoscopie permet de détecter des défauts de densité débouchant en surface ou proches de la surface sur des matériaux ferromagnétiques tels que aciers ordinaire au carbone, aciers ferritiques ordinaires et au chrome (13 % de chrome), fontes, nickel, cobalt. Les aciers austénitiques ne sont pas ferromagnétiques. On considère qu’un matériau est ferromagnétique lorsque soumis à un champ continu de 2400 A/m, il présente une induction d’au moins 1 tesla. La magnétoscopie est utilisée pour le contrôle:  des pièces moulées : criques situés entre les raccordement, réseaux de fissures superficielles;  des pièces forgées : criques correspondant à des déchirures superficielles, tapures ou fissures survenant au refroidissement;  les fissures de fatigue peuvent si les conditions sont favorables être détectées. Les fissures de corrosion sous tension sont généralement bien décelées ainsi que les fissures d’origine thermique des soudures. (5) I.4.1.5.Ultrasons L’ultrason est basé sur la transmission, la réflexion, et l'absorption d'une onde ultrasonore, qui se propage dans la pièce à contrôler. Le train d'onde émis se réfléchit dans le fond de la pièce et sur les défauts puis revient vers le transducteur (qui joue souvent le rôle d'émetteur et de récepteur). L'interprétation des signaux permet de positionner le défaut. Cette méthode représente des avantages, et des inconvénients : (8) (7) a) Avantages  grand pouvoir de pénétration (plusieurs mètres dans l'acier forge),  haute sensibilité de détection des défauts, notamment pour la recherche des défauts plans, 

localisation et dimensionnement des défauts,



examen à partir d'une seule face souvent suffisant,



détection instantanée, se prête bien à l'automatisation. (5)

Chapitre I- Concepts généraux sur les techniques de contrôle non destructif "CND"

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Figure I-6. Examen par ultrason.

b) Inconvénients  pour les contrôles "manuels" une grande expérience des opérateurs est nécessaire; 

méthode impliquant un très haut niveau de technicité;



sensible à la géométrie (forme, rugosité);



sensible à la nature et à l'orientation des défauts;

 technique souvent très coûteuse (investissement, temps de contrôle). (5) c) Domaine d'application L’application du contrôle ultrasonore concerne principalement, l’examen des pièces métalliques et de leurs assemblages en fabrication et en service, donc l’ensemble des industries métallurgiques, mécaniques, nucléaires et aéronautiques. Ce champ s’élargit de plus en plus au contrôle des matériaux et assemblages non métalliques, céramiques, polymères, matériaux composites, cela s’effectue lentement, eu égard aux difficultés pratiques rencontrées et dues à la nature même de ces produits à structure peu homogène et anisotrope. Les ultrasons sont très employées pour les mesures d’épaisseur et, plus récemment, dans l’évaluation de certains paramètres métallurgiques comme les grosseurs de grains, les profondeurs de traitements thermochimiques superficiels sur les aciers,…etc. (5) I.4.1.6.Thermographie Cette technologie est applicable pour le contrôle de défauts volumiques et de défauts de surface. Le contrôle par thermographie consiste à produire dans la structure à tester un échauffement local homogène et à observer l’évolution de la température après un certain temps de latence. Les défauts présents constituent des obstacles à la transmission de la chaleur dans le matériau et donnent naissance en surface à des anomalies thermiques pouvant être détectées par une caméra infrarouge. L’observation et la stimulation peuvent s’effectuer sur la même face )face avant) ou de part et d’autre de la pièce (face arrière). Cette technique est particulièrement bien adaptée à la détection de défauts dans les structures composites à matrice polymère (délaminages) et pour le contrôle de matériaux céramiques, qui sont des conducteurs de chaleur relativement médiocres, (7)

Chapitre I- Concepts généraux sur les techniques de contrôle non destructif "CND"

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Figure I-7. Exemple d’examen par Thermographie.

a)- Avantages - Méthode relativement rapide et sans contact ; - Toute l’épaisseur de la pièce est généralement contrôlée ; - Les cavités (champs de bulles d’air, fissures, délaminages, …) sont bien détectées ; - La sensibilité à la détection des défauts de faibles dimensions ; - L’archivage des résultats est garanti à l’aide de la caméra infrarouge. b)- Inconvénients - Des difficultés de mesure liées aux effets perturbateurs ; - Des difficultés de localisation de la profondeur des défauts, du fait que l’image obtenue donne une projection de ces derniers sur le plan de la pièce testée ; - L’interprétation des mesures pas toujours facile, surtout pour identifier la nature des défauts ; - La phase d’interprétation des résultats présente des restrictions pour une automatisation totale de la technique. I.4.1.7.Courants de Foucault Ce mode d’examen consiste à créer des courants induits par l’intermédiaire d’un champ magnétique alternatif (généré par un solénoïde) et variable dans le temps (basse ou haute fréquence). Ces courants induits et crées localement sont appelés courants de Foucault, leurs distributions et leurs répartitions dépendent du champ magnétique d’excitation, de la géométrie et des caractéristiques de la conductivité électrique, de la perméabilité magnétique et de structure examinée. La présence d’un défaut, perturbe la circulation des courants de Foucault, entraînant une variation de l’impédance du solénoïde. La technique est applicable à tous les matériaux (5) (7) conducteurs de l’électricité. Dans l’examen par les courants de Foucault citons deux méthodes : a) Méthode directe Cette méthode consiste à passer un courant dans un tube (Figure I-9.) où dans une plaque (Figure I-8.). Lorsque Un défaut orienté selon l’axe entre électrodes, perturbe la distribution du champ est donc détecté. Un défaut transversal par rapport à cet axe n’est pas détecté (5). b) Méthode indirecte L’examen par cette méthode basé sur la génération d’une induction par un solénoïde ou un aimant permanent, applicable pour les tubes et plaques. La présence d’un défaut transversal par rapport aux lignes du champ dévie celle-ci est détecté. Contrairement à un défaut orienté parallèlement au liges du champ.[04]

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Figure I. I9 Examen par courants de Foucault Figure I.I 8 Examen par courants de Foucault d’un défaut Transversal (méthode directe). d’un défaut Transversal (méthode indirecte).

Pour la détection des défauts, on utilise deux types de courants de Foucault dans le C.N.D. :  Les courants de Foucault basse fréquence (ordre du Hz/kHz). Les courants de Foucault basse fréquence permettent de déterminer l'état global d'une pièce en la mettant au centre de la bobine. On distingue en général trois types de pièces.(4)  Les courants de Foucault haute fréquence (50 kHz à 500 kHz). Les courants de Foucault à haute fréquence permettent de localiser en surface des bulles d'air dans le métal, en déplaçant une bobine au dessus du défaut. Il faut donc pouvoir mettre la pièce en rotation. Toutefois, il reste possible de créer une sonde rotative que l'on approche de la pièce mais le contrôle est plus complexe à réaliser (à cause de la variation d'entrefer plus importante) (5)

Figure I. I10.Examen par courant de Foucault.

I.5. CND par courant de Foucault Ce type de contrôle s’effectue en excitant par un champ magnétique variable la surface d’une pièce métallique. Toute perturbation par un défaut des courants induits dans la pièce va se traduire par une modification de l’impédance vue aux bornes du capteur. En agissant sur la fréquence du courant d’excitation et la géométrie des bobines, plusieurs contrôles peuvent être réalisés.

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I.5.1. Principe de fonctionnement du CND par courant de Foucault Le contrôle par courant de Foucault est ‘une des méthodes les plus privilégiées parmi les méthodes électromagnétiques de CND. Cette méthode ne s’applique qu’aux pièces électriquement conductrices et s’adapte très bien aux pièces cylindriques (barres, tubes,…). Le principe de cette méthode consiste à soumettre une pièce à l’action d’un champ magnétique variable dans le temps à l’aide d’une bobine (excitatrice) parcourue par un courant électrique variable, ce qui va créer des courants induits dans la pièce à contrôler, la trajectoire de ces courants sera perturbé soit par la géométrie soit par les caractéristiques internes de la pièce. Ces courants vont créer à leur tour un champ magnétique qui va s’opposer au champ initial d’excitation (loi de Lenz) et le champ résultant sera fonction des paramètres physiques et géométriques de la cible. Une mesure directe de ce champ ou d’une de ces grandeurs dérivées (tension, impédance…etc.) permettra de caractériser la cible. La figure ci-dessous donne un aperçu du principe Figure I-11.

Figure I. I11.principe du CND-CF (6) (9).

Les courants de Foucault se développent principalement sur la surface de la pièce à contrôler. Leur densité décroît rapidement à l’intérieur de la cible (effet de peau) (9)

I.5.2. Principe physique L’alimentation de la bobine du capteur par courant variable crée un champ d'excitation variable sous la loi de Maxwell Ampère. Toute pièce conductrice baignant dans ce champ sera le siège des courants induits appelés courants de Foucault (loi de Maxwell faraday et loi d’ohm).en vertu de la loi de Lenz, ces courants reproduisent à leur tour un champ opposant au champ qui leur a donné naissance. Le champ résultant (excitation et réaction) modifiera alors le courant dans la source et par conséquent l’impédance du capteur. Par ailleurs, les courants de Foucault sont importants à la surface de la pièce et s’affaiblissent en allant sur la profondeur .l’utilisation des faibles fréquences peut assurer la capture des défauts profonds. La (Figure I-12).résume le principe de CND par courant de Foucault. (9) (10) (11)

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Figure I. 12. Schéma de principe de contrôle par courant de Foucault.

I.5.3. Effet de peau Ce phénomène d’origine électromagnétique apparaît dans tous matériaux conducteurs parcourus par un courant électrique alternatif ou soumis à un champ électromagnétique variable dans le temps, dans le cas du contrôle non destructif, les courants induits dans la pièce commencent à décroître d’une manière exponentielle à partir de la surface. (10) (11) La grandeur caractéristique de ce phénomène est la profondeur de pénétration donnée par : f : la fréquence d’alimentation.

=

Équation I-1

µ : La perméabilité magnétique relative du matériau. µ : La perméabilité magnétique du vide.(7)

σ : La conductivité électrique. La profondeur de pénétration est donc inversement proportionnelle à la fréquence du champ et à la nature du matériau . Si on considère une cible plane semi infinie excitée par une nappe de courants extérieurs parallèles au plan, dans ce cas le module de la densité de courant est régi par la relation suivante : ( )= . Z : la profondeur considérée à l’intérieur de la cible

Équation I-2

J (z) : Le module de la densité de courant en fonction de la profondeur δ : Profondeur de pénétration ou épaisseur de peau.

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On peut constater que la densité du courant décroît de manière exponentielle dans la profondeur (Figure I-13)

Figure I. 13.Répartition des courants de Foucault sous une surface plane.

La réponse d’une cible à une excitation est recueillie par un élément sensible à une grandeur électromagnétique. Dans la majorité des cas il s’agit de mesurer une impédance ou une différence de potentiel représentative de la variation d’un flux. Cette mesure s’effectue souvent par l’intermédiaire d’une bobine (9)

I.6. Avantages et inconvénient du contrôle par Courants de Foucault I.6.1. Avantages du contrôle par Courants de Foucault  

Rapidité de balayage et de détection (3 fois plus rapide que la magnétoscopie). Détection possible à travers un revêtement surfacique.



Aucune préparation particulière de la surface à contrôler.



Qualité de détection indépendante de la vitesse de balayage.



Pas de nécessité d'étalonnage de l'appareil, une simple calibration est suffisante.



Traitement informatique avec stockage des données de simulation.



Contrôle non polluant (9) (12)

I.6.2. Inconvénients du contrôle par Courants de Foucault 

Effet de bords des pièces produisant des signaux parasites



Le revêtement de surface doit être non magnétique et isolant électrique.



Importance du positionnement de la sonde par rapport au défaut existant.



Formation théorique et pratique des utilisateurs et intervenants. (9) (12)

I.7. Objectifs des CND-CF Un capteur à courants de Foucault peut accomplir diverses tâches. Du fait que l’impédance du système Capteur/Pièce est fonction des différentes caractéristiques électromagnétiques et géométriques. Cette technique est parfois utilisée pour la caractérisation géométrique et électromagnétique, d’autre fois pour le contrôle de l’état de santé en cherchant et caractérisant les défauts. (9).

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I.7.1. Caractérisation géométrique 

Mesure de l’entrefer.



Mesure de l’épaisseur. (9) (13)

I.7.2. Caractérisation électromagnétique 

Mesure de la conductivité.



Mesure de la perméabilité. (13) (9)

I.7.3. Contrôle de l’état de la santé 

Détection du défaut.

 

Position du défaut. Taille du défaut.



Forme du défaut.



Propriété physique. (9) (13)

I.8. Domaine d'application du CND par courants de Foucault Le CND-CF (contrôle non destructif par courant de Foucault) peut être appliqué aux :  Matériaux conducteurs magnétiques ou amagnétiques. 

Contrôles de filtrages (détection de métaux dans un environnement donné)



Contrôles des tôles minces



Contrôle d'épaisseur de revêtement.



Matériaux composites comportant des fibres conductrices (9) (5) (13)

Conclusion Les techniques de contrôle non destructif son très variées, et leurs utilisation est conditionnées par les défauts recherchés et la nature des matériaux à contrôlées. Etant donné que les matériaux électriques et magnétiques sont largement utilisé en milieu industriel, nôtre choix c’est portés vers le contrôle non destructif par courants de Foucault. Ce dernier est basé sur la variation de l’impédance du capteur inductif qui forme le pilier de ce type de contrôle , c’est pour cela qu’il fera l’objet du chapitre suivant ainsi que les capteurs à haut sensibilité qui sont en plein expansion du point de vue utilisation.

II. Capteurs pour le CND par CF II.1. Les courants de Foucault Un champ magnétique variable dans le temps et passant à travers un contour conducteur fermé donne naissance à une force électromotrice qui joue le rôle d’un générateur de tension qui engendre un courant dans ce contour. Ce courant apparaît aussi dans les corps conducteurs (acier, cuivre, aluminium, …etc.) en présence d’un champ magnétique variable. Ces courants se referment

Chapitre II- Capteurs pour le CND par CF

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dans les circuits situés dans des plans perpendiculaires au champ magnétique. De tels courants sont appelés courants de Foucault (courants induits). Ces courants créent, à leur tour, leurs propres champs magnétiques et peuvent avoir une action démagnétisant sur le champ principal (initial) d’une part ; d’autre part ces courants induits dans les corps métalliques entraînent un excès de consommation d’énergie électrique et réduisent le rendement des systèmes électromagnétiques. Ces pertes sont appelées pertes par courants de Foucault. Cependant, on peut les utiliser pour mettre en action certains mécanismes pour obtenir un régime de fonctionnement souhaité. Les courants induits sont très utilisés dans les fours à induction, les magnétomètres, les compteurs d’énergie électrique, le freinage et le diagnostique des objets métalliques (contrôle non destructif par courants de Foucault) (4) (14) (1)

II.2. Définition d’un capteur Un capteur est un organe de prélèvement d’information qui élabore à partir d’une grandeur physique (information entrante) une autre grandeur physique de nature différente (la plus part du temps, électrique). Cette grandeur, représentative de la grandeur prélevée, est utilisable à des fins de mesure ou de commande Description : La figure II-1 donne le principe d’un capteur (1) (5) (15)

Figure II-1.Principe d’un capteur.

II.3. Paramètres du capteur Comme beaucoup de composants ou ensembles électroniques, il existe un certain nombre de paramètres électriques communs à tous les capteurs. Ils caractérisent les performances et donc leurs utilisations dans un environnement donné. (1)  Précision : La précision d’un capteur est caractérisée par l’incertitude absolue obtenue sur la grandeur électrique obtenue à la sortie du capteur. Elle s’exprime en fonction de la grandeur physique mesurée.  Sensibilité : Ce paramètre caractérise l’aptitude du capteur à détecter la plus petite variation de la grandeur à mesurer.  Étendue de mesure : Cette caractéristique donne la plage de fonctionnement du capteur pour la grandeur à mesurer. Elle est souvent notée E.M.  Linéarité : Un capteur est dit linéaire s’il présente la même sensibilité sur toute l’étendue de sa plage d’emploi.  Fidélité : Un capteur est dit fidèle si le signal qu’il délivre ne varie pas pour une série de mesures concernant la même valeur de la grandeur d’entrée. (1) Chapitre II- Capteurs pour le CND par CF

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II.4. Les capteurs à courants de Foucault La technique du contrôle non destructif par courants de Foucault nécessite la mise en place d’un système permettant l’émission et la réception d’un champ magnétique alternatif. Ces deux fonctions peuvent être réalisées par un seul élément ou par deux éléments distincts. Les capteurs magnétiques transforment les variations du champ magnétique en une variation de tension mesurable. Nous pouvons classer les capteurs permettant de mesurer un champ magnétique variable en deux grandes familles :  les capteurs inductifs. Historiquement les premiers éléments sensibles au champ connus, ils sont des bobines qui transforment le champ magnétique qui les traverse en tension. Elles peuvent être utilisées en émission et en réception.  les capteurs magnétiques. La variation de l’impédance ou de la résistance de ces capteurs est proportionnelle au champ magnétique dans lequel ils sont plongés. L’émission du champ magnétique alternatif doit être réalisée par un autre élément. Dans ce chapitre nous allons d’abord présenter un panorama, qui ne prétend pas être exhaustif, des capteurs plus utilisés dans des applications de CND. Ensuite, l’application d’un capteur magnétique de type magnétorésistance géante (GMR) au contrôle de pièces planes amagnétiques, légèrement magnétiques et ferromagnétiques sera illustrée. Les phénomènes de bruit spécifiques engendrés par les matériaux magnétiques, tels que le bruit de structure et le champ magnétique rémanent, et leur influence sur les mesures réalisées avec un capteur GMR seront étudiés. Dans la dernière partie du chapitre, des solutions basées sur une technique multifréquences appliquée en post-traitement et l’asservissement du point de polarisation du capteur GMR sont mises en œuvre et les résultats obtenus seront présentés. (14)

II.5. Capteurs magnétiques Pour mesurer des champs magnétiques nécessitant une sensibilité intrinsèque compatible avec les applications de CND par CF, cinq technologies sont actuellement envisageables : les SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), les sondes de Hall, les Fluxgates, Les magnétorésistances géantes (GMR), Les magnéto impédances géantes (GMI). Ces technologies sont basées sur des principes physiques différents et parfois complexes. Cette section n’a pas pour but de détailler le fonctionnement de chacune de ces technologies , mais de réaliser une première approche comparative de leurs performances en vue de leur utilisation en CND par CF et de faire un état de l’art sur les systèmes de CND mettant œuvre ces capteurs. (16) (15)

II.5.1.Les capteurs à effet Hall Le principe de fonctionnement de ces capteurs magnétiques est basé sur l’effet Hall. Il est plus important dans des matériaux semi-conducteurs mais afin d’illustrer le principe, on considère des matériaux conducteurs par simplicité. Quand une piste conductrice (l’épaisseur est généralement comprise entre 0.4 et 100&m) est parcourue par un courant continu I , appliqué selon l’axe y, voir La Figure II-2., et soumise à une induction magnétique B, appliqué dans cet exemple selon l’axe z, il apparait une différence de potentiel VH dans la direction perpendiculaire à celle de l’induction Chapitre II- Capteurs pour le CND par CF

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et à celle du courant, c’est à dire l’axe y. Cette tension, dite de Hall, est due à la force de Lorentz et est donnée par : (15) (14) = ⋀ où q est la charge des électrons et v leur vitesse.

Équation II-1

Figure II-2.Principe de fonctionnement des capteurs à effet Hall.

II.5.2.Les magnétorésistances La magnétorésistance (MR) est la propriété lié à certains matériaux de voir leur résistance variée en présence d’un champ magnétique. Tous les conducteurs présentent un effet magnétorésistif qui est typiquement trop faible pour pouvoir les employer comme capteur de champ. Toutefois, on peut trouver des matériaux magnétiques qui présentent un effet magnétorésistif suffisant, appelés magnétorésistances anisotropes (AMR), et qui sont utilisés pour réaliser des capteurs. Ainsi,le s avancées récentes des technologies et matériaux permettent de réaliser des dispositifs composés de couches minces dotées d’un fort effet magnétorésistif, telles que les magnétorésistances géantes (GMR) et tunnel (TMR). Le taux de MR est donné par : (%) =

Équation II-2

où Rmax et Rmin est respectivement la résistance maximale et minimale atteinte lorsque le champ magnétique varie. Dans le cas des AMR ce facteur est typiquement 1%،2% pour les GMR 20%،60% et les TMR 60%،100% (16) II.5.2.1.

Les Magnéto-Résistances géantes

Les magnétorésistances géantes (giant magneto-resistances, GMR) ont été découvertes à la fin des années 1980, simultanément par les deux récents prix Nobel Fert à l’Université Paris-Sud et Grünberg. Le domaine physique utilisé est l’électronique de spin, et plus particulièrement le fait que les électrons d’un spin donné, qui peut être up ou down, ne se déplacent pas à la même vitesse selon l’orientation de l’aimantation du matériau traversé. La conductivité mesurée d’un matériau est directement reliée à la vitesse des électrons le traversant par la relation : (15) (14) (17) σ = n q µn Équation II-3 où n est la densité des électrons, q la charge élémentaire et µ n la mobilité, égale au rapport de la vitesse des électrons par le champ électrique qui crée leur mouvement. Typiquement, une GMR est composée Chapitre II- Capteurs pour le CND par CF

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de plusieurs couches, deux couches ferromagnétiques séparées par une couche de matériau conducteur. L’orientation de l’une des deux couches ferromagnétiques, la « couche dure », est forcée. L’autre couche, la « couche douce », a son aimantation variable : lorsqu’un champ magnétique externe est présent, elle s’aligne à ce champ ; sinon, elle s’aligne parallèlement à l’aimantation de la couche dure, par couplage ferromagnétique indirect, à travers la couche conductrice. La mesure de résistance est effectuée par passage d’un courant à travers l’ensemble des couches. Le courant peut alors être décomposé en deux courants élémentaires, celui des électrons de spin up et celui des électrons de spin down. Comme indiqué sur la Figure II-3, lorsque les deux aimantations sont parallèles, le courant up voit deux résistances r faibles et le courant down deux résistances R fortes. La résistance totale est, si r ≪ R, (16) (10) (15) =

≈

Équation II-4

=

≈

Équation II-5

Au contraire, si les deux aimantations sont opposées ou antiparallèles, chaque courant traverse successivement une résistance r et une résistance R. Il vient alors

La résistance de la GMR varie ainsi entre ces deux valeurs extrêmes, en fonction du champ magnétique externe au capteur. (15) (14)

Figure II-3.Principe de fonctionnement des GMR.

Figure II-4. Évolution de l’aimantation des couches d’une GMR en fonction du champ magnétique appliqué (16).

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Même si les GMR sont avant tout connues en tant que tête de lecture dans tous les disques durs actuels elle sont aussi utilisées dans le domaine du CND. Les premières GMR offraient des résultats inférieurs à ceux des GMI, mais la recherche sur ce type de capteur est très active depuis vingt ans. Pour une dimension active de quelques dizaines de micromètres, un champ magnétique faible peut être mesuré Son amplitude doit être inférieure à une valeur maximale pour laquelle les aimantations des deux couches ferromagnétiques seront opposées

II.5.3.Les Magnéto-Impédances (MI) Une magnéto-impédance est un capteur de champ magnétique dont l’impédance varie en fonction du champ magnétique qui lui est appliqué. Le phénomène mis en jeu est lié à l’effet de peau variable en fonction des propriétés magnétiques d’un matériau ferromagnétique. Le principe général de la mise en œuvre d’un capteur MI filaire est donné en Figure II-5.

Figure II-5.Exemple d'un fil GMI alimenté par un courant alternatif, iac, et soumis à un champ magnétique extérieur, Hexc.

L’élément MI est parcouru par un courant d’excitation longitudinal alternatif d’amplitude et de fréquence suffisamment élevées pour que l’épaisseur de peau soit plus faible que le rayon du fil. Dans ce cas, la valeur de l’impédance peut être donnée par l’équation suivante = ( + ).

= ( + ). . √ .

. .

Équation II-6

Dans le cas des matériaux ferromagnétiques, où la perméabilité magnétique dépend de l’intensité du champ magnétique, l’impédance de l’élément sensible dépendra directement du champ magnétique à mesurer. Les capteurs basés sur l’effet GMI peuvent se présenter sous différentes formes : les micro-fils, les rubans et les films minces. Les structures de type micro-fils peuvent être placées au milieu d’une bobine. La figure II-6 présente des schémas de différentes configurations des capteurs GMI. (16)

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Figure II-6.Différentes configurations des capteurs GMI .

II.6. Classification des capteurs Plusieurs critères sont pris en compte durant la classification des capteurs. La configuration des capteurs diffère selon leurs géométries, leurs fonctions et leurs modes de contrôle. La Figure II-7 résume les trois critères déjà cités, (13) (6)

Figure II-7.Critères de classification des capteurs.

II.7. Type de capteur à (CF) Le capteur est une bobine ou un ensemble de bobines, il sert à générer les courants de Foucault ainsi qu’à capter leurs effets. La grandeur mesurée est l’impédance ou un différence de potentiel représentant l’image des courants de Foucault. La forme du capteur, sa position relative au matériau, sa fonction et sa conception varient en fonction de son utilisation. Il peut être classé en fonction de trois caractéristique : sa position, sa fonction et sa mode de contrôle. (18)

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II.7.1.Capteur caractérisé par sa position II.7.1.1.

capteurs encerclant

Cette disposition est destinée au contrôle au défilé des produits longs de forme simple et de diamètre modeste tels que les fils, barres et tubes (Figure III-8). Les bobines sont immobilisées et protégées dans une pièce moulée dont l’alésage doit être de diamètre très peu supérieur à celui du produit, afin d’obtenir un coefficient de remplissage le plus voisin possible de l’unité. Cette condition est nécessaire pour avoir une bonne sensibilité de détection sans avoir à utiliser un taux d’amplification trop fort apportant une dégradation du rapport signal/bruit. (4) (5)

Figure II-8. Capteur encerclant.

II.7.1.2. Sonde interne C’est un capteur qui est destiné à l’examen d’un produit creux par l’intérieur, dont les enroulements de mesure entourent l’axe de translation. Ils opèrent soit avec ou sans noyau (Figure III-9),. (13) (6) (9)

Figure II-9. Bobine interne glissante avec noyau (10).

II.7.1.3.

Le palpeur ou la bobine ponctuelle:

C’est un capteur destiné à l'examen local de la pièce à partir de Sa surface sur laquelle il peut se déplacer avec deux degrés de liberté. Il s'agit d'une petite bobine qui peut être placée sur, ou à proximité de la surface de la pièce. Elle analyse une zone quasiment égale à l'aire de Sa section transversale. Elle permet donc une inspection locale de la pièce et elle peut atteindre des régions d'accès réputées difficiles. Dans le cas d'examen d'une surface importante, elle nécessite un balayage méthodique de la surface de la pièce. (1) (18) (10)

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Figure II-10..Bobine interne glissante avec noyau (6) (9) (13).

II.7.1.4.

Sonde plate

De la même manière que la bobine ponctuelle, ce capteur opère sur les Vue sa géométrie, sa zone d’action est plus large figure II-11. (13) (6) (9) (10)

Figure II-11.Bobine plate.

II.7.1.5.

Sonde interne tournante

Dans ce cas, le capteur tourne autour de l’axe de translation. Il en résulte alors un champ magnétique perpendiculaire à l’axe du tube. Ce capteur permet de localiser le défaut avec précision sur la surface interne du tube Figure II-12. (9) (10)

Figure II-12. Capteur interne tournant. Chapitre II- Capteurs pour le CND par CF

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II.7.2.Capteur caractérisé par sa fonction Le capteur peut être caractérisé par sa fonction. On distingue deux types de capteurs : capteur à double fonction et capteur à fonction séparées. II.7.2.1.

Capteurs à double fonctions

il est constitué d’une seule bobine émettrice-réceptrice qui crée le flux alternatif grâce au courant qui la parcourt et subit des variations d’impédance que l’on peut détecter en mesurant très finement sa signal de sortie Figure II-13. (4) (1) (10) (11)

Figure II-13. Capteur à double fonction. (6) (9).

II.7.2.2.

Capteurs à fonctions séparées

Dans ce cas, le capteur contient au moins deux éléments, une bobine pour l’émission d’un champ alternatif et une autre bobine ou un capteur de champ magnétique pour la réception de la réponse de la pièce examinée. Dans le cas où le récepteur est une bobine la grandeur mesurée est la force électromotrice (f.e.m) induite aux bornes de celle-ci. (13) (11)

Figure II-14. Capteur à fonction séparée (6). Chapitre II- Capteurs pour le CND par CF

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II.7.3. Capteur caractérisé par le mode de contrôle En fonction de l’intensité du champ , qui dépend de caractéristique électromagnétique de la pièce à identifier ou à contrôle et des perturbations éventuelles , on compte deux modes de mesure : (18) II.7.3.1.

Capteur à mode absolu

Un capteur absolu est destiné à mesurer la valeur effective des caractéristique du produit à examiner par rapport à une référence fixe. Le signal récupéré par la bobine est très faible en comparaison au signal émis. C’est pourquoi on utilise, en contrôle par courants de Foucault, une mesure comparative. La méthode absolue utilise un capteur à double fonction et la mesure se fait par comparaison du signal reçu à une référence artificielle électronique. Ce mode de mesure permet d’accéder simultanément aux grandeurs utiles et perturbatrices (par exemple la température qui fait varier la perméabilité magnétique et la conductivité électrique du matériau à tester) (10) (13) (1) II.7.3.2.

Capteur à mesure différentielle

Ce mode de mesure est, par opposition à un capteur à mesure absolue, sensible uniquement à des variations locales de l’objet à inspecter. Il permet de détecter les changements dus aux discontinuités lors du déplacement du capteur le long du produit examiné en se débarrassant des perturbations lentes telles que la variation du lift-off, conductivité... Typiquement, le récepteur est constitué d’au moins deux éléments voisins. Cette approche revient à effectuer la différence de mesures réalisées conjointement sur les deux éléments. Le signal fourni par un capteur différentiel est idéalement nul lorsque la pièce est saine, . (13) (1) (10) (11)

Figure II-15. Mode différentiel.

Cette méthode est essentiellement utilisée en contrôle de santé. Elle permet de mettre en évidence des défauts métallurgiques et les variations dimensionnelles brutales telles que des fissures. L’avantage de ce mode de mesure réside dans la suppression de tout signal dû a des variations lentes telles que les variations dimensionnelles ou les fluctuations de température ou de conductivité (18)

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II.8. Plan d'impédance normalisé II.8.1.Définition Le diagramme d'impédance est une représentation dans un plan complexe de l'impédance d'enroulement. Les parties réelles et imaginaires de cette impédance sont fonction de différentes variations des paramètres régissant la construction d'une sonde. Les courbes représentant les paramètres influents dans le plan de l'impédance peuvent être normalisées dans une courbe standard appelée le diagramme normalisé d'impédance. Les différents paramètres influençant l'impédance d'enroulement sont la conductivité électrique, la fréquence, la perméabilité, l'épaisseur et la présence d'imperfections, (5)

II.8.2.L'impédance L’impédance électrique mesure l’opposition d’un circuit électrique au passage d’un courant alternatif sinusoïdale. Elle peut être représentée comme la somme d’une partie réelle (partie résistive, la résistance) plus une partie imaginaire (partie réactive, la réactance). Dans notre dispositif, l'impédance de la source qui est une bobine, est modifiée par la variation du champ magnétique traversant ses spires. C'est la création des courants de Foucault au sein de l'objet métallique qui induit cette variation. L'organigramme de la Figure II.16. schématise la variation d'impédance à partir de ces phénomènes. (10)

Figure II-16. Variation d’impédance d’une bobine en présence de courants de Foucault.

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II.8.3.Impédance du capteur Plusieurs formules existaient pour le calcul de l’impédance d’un capteur (4) II.8.3.1. Impédance normalisée Le capteur inductif est toujours de bobinage de N spires, de formes variées. Il est caractérisé par deux grandeurs : la composante résistive (R) qui englobe les pertes par courants de Foucault dues à la pénétration du champ dans la cible et les pertes internes du bobinage d’excitation, et le terme inductif (X) qui représente la réactance du bobinage d’excitation, liée à la topologie des lignes du champ magnétique émises par le capteur. (4) – la résistance normalisée (13) (10) =

la réactance normalisée, (13) (10) Alors l’impédance normalisée est,

=

=

Équation II-7

=

Équation II-8

+

Équation II-9 Équation II-10

̅

Où Vet sont les grandeurs complexes associées à la tension et au courant d’excitation. Sachant que la tension V et le courant s’expriment en fonction de la réluctance complexe du circuit magnétique à l’aide des relations : L’impédance s’écrit donc :

. ̅

= .

et

=

Équation II-11

= = + Équation II-12 Pour ne conserver dans l’expression de l’impédance que les variations dues à la présence de la cible, on introduit traditionnellement la notion d’impédance normalisée. Cette impédance normalisée Zn se déduit de Z à l’aide de l’expression : =

=

+

et

=

=

−

Équation II-13 Équation II-14 (6)

Avec Z0 = R0 + jX0 est l’impédance du capteur à vide (sans cible). Et Z = R + jX est l’impédance du capteur en charge (impédance avec cible). En procédant à cette normalisation, la mesure devient indépendante de certaines caractéristiques propres de la bobine excitatrice (nombre de spires, pertes à vide) et de la croissance de la réactance en fonction de la fréquence. Elle dépend uniquement des paramètres de structure que sont la fréquence d’excitation et la géométrie de la sonde, et des paramètres de la cible à savoir sa géométrie, sa conductivité électrique , sa perméabilité magnétique μ et la distance capteurcible (lift-off). L’étude des variations de Zn s’effectue dans le plan d’impédances normalisées en traçant Xn en fonction de Rn. Pour un capteur donné, toute variation de l’un des paramètres de la pièce induit un déplacement du point représentatif de Zn dans le plan d’impédances normalisées.

Chapitre II- Capteurs pour le CND par CF

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La Figure II.17, illustre l’allure des trajectoires que décrit le point de l’impédance de la sonde pour des variations de la conductivité électrique et de la distance capteur-cible

Figure II-17. Influence de la conductivité et du lift-off sur le diagramme d’impédances normalisées.

En présence d’un défaut dans la pièce, une variation supplémentaire due à la modification du champ causée par la déviation des courants de Foucault affecte l’impédance de la bobine qui devient, (13)

∆

:L’impédance qui crée par défaut

=

=∆

Équation II-15

Un changement de caractéristique physique de la pièce contrôlée fait varier le point de fonctionnement suivant une trajectoire que l’on appelle signature,

Figure II-18.Effet du défaut sur la valeur de l’impédance de la bobine.

Conclusion Les capteurs magnétiques à haute sensibilité sont nombreux, et leurs performances sont très varies et demande un choix judicieux pour l’adapté au contrôle par CF. la modélisation de ce contrôle demande une connaissance préalable du logiciel de simulation, nôtre choix c’est porté sur COMSOL multiphysic pour ces nombreux avantages(multi-domaines), ce qui fera l’objet du chapitre suivant. Chapitre II- Capteurs pour le CND par CF

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III. Introduction à l’interface utilisateur de COMSOL 4.3 L’interface de COMSOL peut être séparée en quatre parties. A gauche, on retrouve le Model Builder où il est possible de définir des variables et autres paramètres du problème (Parameters), le modèle (Model) où se retrouvent la géométrie (Geometry), les propriétés des matériaux formant la géométrie, le ou les modèles de physique s’appliquant au problème étudié et les paramètres de maillage (Mesh). Le Model Builder comporte aussi le type de problèmes et les paramètres de solveur (Study) et les options d’affichage et de post traitement des données (Results). La colonne directement à droite comporte les options relatives à ce qui est sélectionné dans le Model Builder, par exemple, les dimensions d’un objet qui vient d’être créé dans Geometry. C’est aussi à cet endroit que les paramètres initiaux de la simulation et les modèles physiques nécessaires sont choisis. En haut à droite, la fenêtre d’affichage graphique (Graphics) permet de visualiser la géométrie, le maillage ou les résultats. Au haut de cette fenêtre se retrouvent diverses options permettant de changer le grossissement de l’affichage, l’orientation d’un objet tridimensionnel, etc. Les options permettant de sélectionner des objets, des domaines, des frontières ou des points se retrouvent aussi au haut de cette fenêtre. Finalement, au-dessous de la fenêtre d’affichage graphique, il y a une fenêtre permettant de visualiser les messages d’erreurs, le progrès des simulations, la liste des opérations effectuées lors du calcul de la solution ainsi que des résultats numériques calculés une fois la simulation terminée. Les différents éléments de l’interface utilisateur de COMSOL 4.3 sont présentés à la figure III-1

Figure III-1 Interface utilisateur de COMSOL 4.3.

III.1.Création du modèle de simulation Ouvrez une nouvelle simulation COMSOL, choisissez le modèle spatial en 2D, cliquez sur Next ( ).Vous devez par la suite choisir le modèle physique approprié. Sélectionnez le modèle magnetic fields (mf) dans la catégorie AC/DC. Une fois la sélection du modèle effectué, vous devez sélectionner le type d’étude désiré. Sous Preset Studies, choisissez le cas d’étude en régime permanent (frequency domain), puis cliquez sur Finish (

). Sauvegardez la simulation dans votre répertoire personnel.

Chapitre III. Introduction à l’interface utilisateur de COMSOL 4.3

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Dans le Model Builder, faites apparaître le menu contextuel (clic droit de la souris) de Geometry et cliquez sur rectangle (voir Figure III-2).Vous pouvez maintenant entrer les différentes démentions relatives au problème :

Figure III-2 Les étapes pour dessiné un carré.

Dans nôtre exemple on a besoins 5 rectangle (le domaine d’étude et les 1 rectangle pour la bobine différentielle) avec le démentions suivantes : Hauteur de pièce : 50 mm Largeur de pièce : 30 mm La position du pièce x, y :(0,0) Hauteur de défaut1 : 2 mm Largeur de défaut1 : 5 mm La position du défaut1 x, y :(15,25) Hauteur de défaut2 : 2 mm Largeur de défaut2 : 2 mm La position du défaut2 x, y :(30,28) Hauteur de domaine : 50 mm Largeur de domaine : 80 mm La position du domaine d’étude x, y :(0,0) Hauteur de bobine : 50 mm Largeur de bobine : 2 mm La position du bobine d’étude x, y :(0,30.5) Pour entrer ces démentions cliqué sur rectangulaire (voir la figure III.3).

Chapitre III. Introduction à l’interface utilisateur de COMSOL 4.3

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Figure III-3 Les démentions du rectangle.

Dans le Model Builder, faites apparaître le menu contextuel (clic droit de la souris) de Geometry et cliquez sur booleane opérations et choisir différent pour faire le défaut dan cette Domain Après cette opération cliquez sur Build All ( trouvez (voir la figure III-4)

) dans la fenêtre d’affichage graphique vous

Figure III-4.Affichage du demain d étude.

III.1.1.

Ajout des propriétés du matériel composant la plaque

Faites apparaître le menu contextuel de Materials dans le Model Builder puis sélectionnez Open Material Browser. Choisissez Air aluminioum et Capper sous l’onglet Built-In puis ajoutez-le au modèle. Pour les nombres des spires et la valeur du courant d’alimentation dans le Model Builder (clic droit de la souris) de Magnetic Field (mf) et cliquez sur Mult-Turn Coil Domain pour les deux bobines Après cette opération dans la partie Multi-Turn Coil Domain sélectionnez sur les deux petits carrés et vous trouverez les cases pour remplir le nombre de spires (10 spire par défaut) et la valeur du courant d’alimentation (1 [A] par défaut). Chapitre III. Introduction à l’interface utilisateur de COMSOL 4.3

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III.1.2.

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Maillage

Cliquez sur Mesh et choisissez comme taille de maillage fine, laissez le maillage défini en tant que Physics-controlled mesh. Cliquez sur Build All, il est maintenant possible de voir le maillage triangulaire (option par défaut). Il est possible de définir manuellement les paramètres de maillage (clic droit de la souris) sur Mesh. A ce stade, nôtre modèle devrait ressembler à celui présenté à la figure III-5

Figure III-5 La méthodologie du maillage.

III.2.Simulation et traitement des résultats Pour effectuer la simulation, cliquez sur Study dans le Model Builder puis sur Frequency Domain on pose un fréquence 100 Hz puis cic sur Campute. COMSOL se chargera de choisir les paramètres du solveur en fonction des modèles physiques choisis. Si vous désirez changer les paramètres du solveur, ces derniers sont accessibles à partir de l’onglet Study, mais cela n’est pas nécessaire dans le cadre de ce tutoriel.Le résultat que vous devriez obtenir est présenté à la figure III-6.

Figure III-6. Résultat de simulation pour l’induction normal. Chapitre III. Introduction à l’interface utilisateur de COMSOL 4.3

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Figure III-7. Profil du la densité magnétique normal.

Figure III-8 Profil de la densité magnétique sur l’axe x.

Figure III-9 Profil de la partie imaginaire de la densité magnétique sur l’axe x.

Chapitre III. Introduction à l’interface utilisateur de COMSOL 4.3

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Figure III-10 Profil de la partie absolu de la densité magnétique sur l’axe x.

Conclusion Pour une premier essai de simulation, les résultats obtenus dans le cas d’une pièce en aluminium contenant deux défauts sont représenté par un l’ensemble des figures ci-dessus. La figure (III-6) montre la variation de la densité magnétique de flux en fonction de la longueur de la pièce La figure (III-7) montre la variation de la densité magnétique de flux le long de la pièce, Les figures (III-8 à III-10) représentes la variation du flux magnétique selon l’axe x, la partie réelle puis la partie imaginaire et enfin la partie absolu de la densité magnétique de flux en fonction de longueur de la pièce au niveau des défauts on constat, pour les différentes courbes, une variation soit du champs ou densité du flux magnétique au voisinage des défauts, d’où détection de défauts. Une étude et des simulations plus poussées ferons l’objectif de nôtre travail..

Chapitre III. Introduction à l’interface utilisateur de COMSOL 4.3

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Conclusion générale Le travail présenté dans ce rapport avait pour objectif l’étude et l’analyse des performances des systèmes de CND par CF mettant en œuvre des capteurs magnétiques à haute sensibilité. Nous avons rappelé brièvement la définition et le but du contrôle non destructif (CND), les différents types de défauts détectés en CND, le principe de détection d’un éventuel défaut et les bases physiques qui régissent les procédés de contrôle. Nous avons ensuite décrit les principes des principales techniques de contrôle non destructif les plus utilisées dans le secteur industriel à savoir : l’examen visuel, le ressuage, les ultrasonores, la radiographie, le contrôle par magnétoscopie, la thermographie, et enfin le procédé la technique des courants de Foucault. Pour chaque technique d’inspection nous avons évoqué les avantages et les inconvénients. C’est l’examen par les courants de Foucault qui constitue le sujet de ce travail. Le choix d’un tel contrôle est justifié par sa simplicité, réalisation pratique non coûteuse. Dans le deuxième partie, nous rappelons les notions de base sur les capteurs magnétique utilisés dans le contrôle non destructif par courants de Foucault et les différente types des capteurs : Capteur caractérisé par sa position , Capteur caractérisé par sa fonction et Capteur caractérisé par le mode de contrôle. et différents mode de fonctionnements . Dans ce travaille, nous traité des problèmes de CND_CF présentant des défauts de faible ouverture (fissures). La détection des fissures permet de prévenir la destruction des pièces en fonctionnement et d’augmenter la fiabilité des produits industriels. C’est dans ce contexte qu’un modèle sera par la suite, développé pour faciliter la modélisation de ce type de défauts.

Conclusion

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Références bibliographiques [1]. Oussama, BENSALAH. « Contrôle non destructif par courants de Foucault par capteur différentiel». UNIVERSITE DE M’SILA : s.n., 2012. [2]. TECHNIQUES DE L’INGÉNIEUR. « Contrôle non destructif (CND) ». 1996. [3]. SLIMANE, Wissem. « Conception d'un Système Multi-capteurs à Courants de Foucault pour le Controle Non Destructif (CND) ». UNIVERSITE EL HADJ LAKHDAR BATNA : s.n., 2008. [4]. LAKHDARI, Ala-Eddine. « ETUDE ET MODELISATION DE CAPTEURS EN CND PAR COURANTS DE FOUCAULT :APPLICATION A LA DETECTION DES FISSURES». Université Mohamed Khider – Biskra : s.n., 2011. [5]. BENHADDA, NABIL. « Modélisation des Capteurs Inductifs à Courants de Foucault». Université El Hadj Lakhdar Batna : s.n., 2006. [6]. BOUCHALA, TAREK. « Modélisation Semi-Analitique des Courants de Foucault.-Application au Controle Non Destructif par des Capteurs à Noyau de Ferritr»-. Université El Hadj Lakhdar Batna : s.n., 2008. [7]. LELEUX, Alban. « Controle Non Destructif de Composites par Ondes Ultrasonores Guidées,Générées et Détectées par Multiélément». L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1 : s.n., 2012. [8]. Thierry, KOUADIO. « Thermographie infrarouge de champs ultrasonores en vue de l’évaluation et du contrôle non destructifs de matériaux composites». L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1 : s.n., 2013. [9]. Elhachmi, TALEB M'HAMMED Mustapha - GHEDAMSI. « Modélisation semi-analytique d'un système de CND-CF pour la caractérisation d'un défaut dans la structure d'un matériau conducteur». UNIVERSITÉ KASDI MERBAH – OUARGLA : s.n., 2013. [10]. SAKINA, ZERGUINI. « Elaboration de modèles électromagnétiques caractérisant le contrôle non destructif par courants de Foucault». UNIVERSITE DE CONSTANTINE : s.n., 2010. [11]. MOHAMED, KHEBBAB. « Etude et Modélisation de Capteur a Courant de Foucault pour le contrôle non destructif (CND»). Université MENTOURI de CONSTANTINE : s.n., 2007. [12]. Yahya, CHOUA. « Application de la méthode des éléments finis pour la modélisation de configurations de contrôle non destructif par courants de Foucaul»t. université paris sud 11 : s.n., 2009. [13]. Adib, SAFER Omar. « Etude et Modélisation de Capteur à courants de Foucault pour le Controle Non Destructif (CND»). UNIVERSITE DE M’SILA : s.n., 2014. [14]. ZORNI, Chiara. « Contrôle non destructif par courants de Foucault de milieux ferromagnétiques : de l’expérience au modèle d’interaction». DE L’UNIVERSITÉ PARIS-SUD 11 : s.n., 2012. [15]. MILOUD, BENGUESMI. « Contribution à L'étude théorique de l'effet de la magnétoimpédance géante (GMI»). UNIVERSITE EL HADJ LAKHDAR BATNA : s.n., 2010. [16]. HAMIA, Rimond. « Performances et apports des capteurs magnétiques à très haute sensibilité aux systèmes de Contrôle Non Destructif par Courant de Foucault». UNIVERSI TÉ DE CAEN/ BASSE NORMANDI E : s.n., 2011. [17]. RAVAT, Cyril. « Conception de multicapteurs à courants de Foucault et inversion des signaux associés pour le contrôle non destructif». L’UNIVERSITÉ PARIS-SUD 11 : s.n., 2008. [18]. Salma, CHARIF. « Modélisation électromagnétique de systèmes multicapteurs-pièces à défauts complexes pour le Controle Non Destructif par Courants de Foucault». univesite mouloud mammeri de tizi-ouzou : s.n., 2011. [19]. HELIFA, Bachir. « CONTRIBUTION A LA SIMULATION DU CND PAR COURANTS DE FOUCAULTS EN VUE DE LA CARACTERISATION DES FISSUES DEBOUCHANTES. » UNIVERSITE DE NANTES : s.n., 2012. [20].TRILLON, Adrien. « Reconstruction de défauts à partir de données issues de capteurs à courants de Foucault avec modèle direct différentiel». ÉCOLE CENTRALE DE NANTES : s.n., 2010. [21]. FNAIECH, Emna Amira. « Développement d’un outil de simulation du procédé de contrôle non destructif des tubes ferromagnétiques par un capteur à flux de fuite». UNIVERSITE PARIS-SUD : s.n., 2012. Bibliographie

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Résumé du rapport bibliographique du projet de MDM Le contrôle non destructif (CND) a pour but d’évaluer l’intégrité d’une pièce sans la détériorer. Cette étape du processus industriel est destinée à garantir la sécurité d’utilisation des pièces contrôlées. Elle joue aussi un rôle économique non négligeable, dans le sens où elle permet une gestion optimisée de la maintenance. A ces deux titres, le contrôle non destructif est très important pour l’industrie et particulièrement utilisé, par exemple dans l’industrie automobile, pétrolière, navale, aéronautique et nucléaire. L’objectif visé par ce travail, en premier lieu, est de présenté les principales méthodes de CND et en particulier celle des courants de Foucault, ensuite faire une description rapide des capteurs à courants de Foucault, principalement les capteurs magnétiques à haut sensibilités, les plus utilisés,. et en fin , on donné un bref aperçu du logiciel utilisé , le COMSOL multiphysisc ainsi qu'un premier pas de simulation de ce contrôle. Mots clés :Le control non destructif (CND), courant de Foucault, capteur,

Abstract of bibliographic report of the MM project This work relates to the study of the Non Destructive Testing (NDT) and her Mechanisms; its prominent role in the detection of surface errors. For the realization of this study we, initially, presented this technology, the various topologies of used ,the pros and cons of each of them separately. and the equipments necessary to the installation, Areas and methods of use. In a second place, a theoretical part of the non destructive testing (NDT) by eddy current (based on variation in impedance sensor part) as a fundamental principle in this study. Also did not fail to mention the pros and cons this method, and defining the sensors and include different types of this technology (sensors) in NDT by eddy current, and in the end, we gave a brief overviewof the

software used, the COMSOL multiphysisc , and a first simulation step of this control. Index Terms: Non-destructive testing (NDT), eddy currents, sensors ‫ﻣﻠﺨﺺ ﺗﻘﺮﯾﺮ اﻟﻤﺮاﺟﻊ ﻟﻤﺸﺮوع ﻣﺬﻛﺮة اﻟﻤﺎﺳﺘﺮ‬ ‫ ﺗﻢ ﺗﺼﻤﯿﻢ ھﺬه اﻟﻤﺮﺣﻠﺔ ﻣﻦ اﻟﻌﻤﻠﯿﺔ اﻟﺼﻨﺎﻋﯿﺔ ﻟﻀﻤﺎن‬.‫اﻟﻤﺮاﻗﺒﺔ ﻏﯿﺮ اﻟﻤﮭﺪﻣﺔ اﺧﺘﺒﺎر ﯾﮭﺪف ﻟﺘﻘﯿﯿﻢ ﺳﻼﻣﺔ ﻗﻄﻌﺔ دون اﻹﺿﺮار ﺑﮭﺎ‬ . ‫اﻻﺳﺘﺨﺪام اﻵﻣﻦ ﻟﻠﺴﻠﻊ اﻟﺨﺎﺿﻌﺔ ﻟﻠﺮﻗﺎﺑﺔ ﺑﺤﯿﺚ ﺗﺴﻤﺢ ﺑﺎﻟﺘﺴﯿﯿﺮ اﻟﺠﯿﺪ ﻟﻠﺼﯿﺎﻧﺔ‬ ‫ ﺑﻨﺎء‬,‫ أﻧﺎﺑﯿﺐ اﻟﺒﺘﺮول‬,‫ اﻟﻤﻜﻮك اﻟﻔﻀﺎﺋﻲ‬: ‫ﺗﻌﺘﺒﺮ اﻟﻤﺮاﻗﺒﺔ اﻟﻐﯿﺮ ﻣﮭﺪﻣﺔ ﻣﮭﻤﺔ ﺟﺪا ﻟﻠﺼﻨﺎﻋﺎت وﺗﺴﺘﺨﺪم ﻓﻲ ﻋﺪة ﻣﺠﺎﻻت ﻧﺬﻛﺮ ﻣﻨﮭﺎ‬ ‫اﻟﺴﻔﻦ واﻟﻤﺤﻄﺎت اﻟﻨﻮوﯾﺔ‬ ‫اﻟﮭﺪف ﻣﻦ ھﺬا اﻟﻌﻤﻞ أوﻻ ﯾﺘﻢ ﺗﻘﺪﯾﻢ ﻣﺨﺘﻠﻒ اﻟﺘﻘﻨﯿﺎت اﻟﻤﺴﺘﻌﻤﻠﺔ ﻓﻲ اﻟﻤﺮاﻗﺒﺔ ﻏﯿﺮ اﻟﻤﮭﺪﻣﺔ ﻣﻊ ﺳﺮد ﻣﺒﺪأ ﻣﺠﺎﻻت اﻻﺳﺘﻌﻤﺎل اﻟﺘﻲ‬ ‫ﺗﻌﺘﻤﺪ ﻋﻠﻰ ﺗﻐﯿﺮ اﻟﻤﻤﺎﻧﻌﺔ ﻟﻜﻞ ﻣﻦ اﻟﻤﻠﺘﻘﻂ واﻟﻘﻄﻌﺔ ) اﻟﻤﺰاﯾﺎ واﻟﻨﻘﺎﺋﺾ ﻟﻜﻞ ﺗﻘﻨﯿﺔ وﺧﺎﺻﺔ ﺑﺎﻟﻨﺴﺒﺔ ﻟﻠﻤﺮاﻗﺒﺔ ﺑﺘﯿﺎرات ﻓﻮﻛﻮ اﻟﻤﺮاد‬ .‫اﻟﻌﻤﻞ ﺑﮭﺎ ﻓﻲ ھﺬا اﻟﺘﻘﺮﯾﺮ ( ﺛﺎﻧﯿﺎ وﺻﻒ وﺷﺮح ﻷﻛﺜﺮ اﻟﻠﻮاط اﻟﻤﺴﺘﻌﻤﻠﺔ ﻓﻲ ھﺬا اﻟﻨﻮع ﻣﻦ اﻟﻤﺮاﻗﺒﺔ ﻣﺜﻞ اﻟﻠﻮاط اﻟﻤﻐﻨﺎطﯿﺴﯿﺔ‬ ‫ وﺧﻄﻮة اﻷوﻟﻰ ﻟﻠﻤﺤﺎﻛﺎة ﻣﻦ ھﺬه‬COMSOL multiphysisc ،‫ أﻋﻄﯿﻨﺎ ﻟﻤﺤﺔ ﻣﻮﺟﺰة ﻋﻦ اﻟﺒﺮﻧﺎﻣﺞ اﻟﻤﺴﺘﺨﺪم‬،‫وﻓﻲ اﻟﻨﮭﺎﯾﺔ‬ .‫اﻟﻤﺮاﻗﺒﺔ‬ .‫ ﻣﻠﺘﻘﻄﺎت‬,‫ ﺗﯿﺎرات ﻓﻮﻛﻮ‬,‫ اﻟﻤﺮاﻗﺒﺔ اﻟﻐﯿﺮ ﻣﺪﻣﺮة‬:‫ﻓﮭﺮس اﻟﻤﺼﻄﻠﺤﺎت‬