Les conditions parfois difficiles des contrôles sur le terrain poussent les fabricants à proposer des sondes ergonomiques et des interfaces intuitives, afin de faciliter l'acquisition des données.

L es contrôles non destructifs regroupent une large palette de techniques et d'applications. On les retrouve aussi bien en production qu'en maintenance, dans l'industrie automobile comme en pétrochimie, dans les usines ou sur les plates-formes pétrolières. Avec l'évolution des matériaux, des techniques de fabrication, ou encore des normes de sécurité, les différentes industries sont confrontées à de nouvelles problématiques. Pour y faire face, les fabricants de systèmes dédiés aux contrôles non destructifs font évoluer leurs techniques. De nouveaux types de produits voient le jour, des techniques se substituent à d'autres, ce qui oblige parfois à penser différemment les contrôles. Selon les secteurs industriels, le terme de « contrôles non destructifs » peut prendre un sens différent. « Chez EDF, nous différencions les contrôles non destructifs (CND), qui concernent la fabrication, des contrôles de défauts en exploitation, que l'on appelle essais non destructifs (END) », précise Étienne Martin, attaché au chef de département Études en charge du développement dans le domaine des END chez EDF. Il s'agit dans ce cas de surveiller la santé des matériaux sous contrainte au cours de leur vieillissement, notamment dans les centrales nucléaires.

Olympu Les courants de Foucault sont employés pour des contrôles surfaciques. Ils peuvent dans certains cas remplacer le ressuage et la magnétoscopie, mais leur utilisation nécessite une plus grande expertise de la part des opérateurs.

Mais la distinction entre ces deux types de contrôles n'est pas toujours faite, et le terme de contrôles non destructifs reste le plus usité. Les techniques qu'il désigne ne sont pas toujours les mêmes: « Ce terme recouvre toutes les technologies qui permettent de faire un contrôle sur une machine ou une pièce sans la sectionner ou la démonter, mais chez Olympus nous parlons plutôt de contrôles non destructifs pour les techniques à base d'ultrasons ou de courants de Foucault », indique Marc-Olivier Grandsir, directeur des ventes pour les produits de CND chez Olympus.

« Les phénomènes physiques utilisés pour les END évoluent très peu », explique Étienne Martin. « Ce qui change, c'est que l'on cherche à optimiser l'usage de ces phénomènes physiques selon les défauts que l'on souhaite observer, en prenant en compte ses caractéristiques et son environnement.» Les contrôles à base d'ultrasons constituent par exemple une famille de techniques très largement utilisée, et qui évolue beaucoup. Ils reposent sur différentes interactions entre les ultrasons et les défauts, comme un effet miroir, où le défaut renvoie les ultrasons, ou une diffraction du signal par la bordure du défaut. « Pour un type de défaut donné, ces différents phénomènes physiques seront plus ou moins adaptés ».

Une nouvelle approche

Pour les contrôles en fabrication, « il y avait jusqu'alors un consensus via les standards et les normes : on savait quelles caractéristiques seraient identifiables pour tel type de défaut, avec telle technique », continue Étienne Martin. Pour le contrôle de défauts en exploitation, la logique est différente: à partir du type de défaut recherché, on identifie le phénomène physique le mieux adapté, et l'on optimise ensuite les méthodes de contrôles. Cette logique est appliquée dans le nucléaire. Mais « tous les secteurs industriels y viennent », observe Étienne Martin. « Il y a encore peu, on demandait par exemple à un prestataire de services de faire un contrôle radiographique,on imposait une technique.Mais mieux vaut définir d'abord le défaut, puis réfléchir ensuite à l'optimisation du phénomène physique pour le détecter. C'est un gros changement intellectuel ».

En effet, les contrôles non destructifs sont souvent effectués par des sociétés de services. Cependant, certains industriels sont eux-mêmes équipés : « Il faut avoir les capacités financières pour cela, ainsi que du personnel ayant une vraie compétence technique pour bien utiliser les appareils et interpréter les résultats », précise Marc-Olivier Grandsir (Olympus). « Pour les mesures standards,les industriels ont en général leur propre matériel en interne » , observeAntoine Bastien, responsable de la recherche et du développement industriels pour l'Institut de Soudure. « Pour des contrôles spécifiques plus ponctuels, le coût du matériel peut dissuader d'investir.» De nombreux critères font évoluer les techniques de contrôles non destructifs. Notamment les contraintes liées à la radiographie. Cette méthode implique l'émission de rayons X ou de rayons gamma, ce qui en fait une technique potentiellement dangereuse pour les opérateurs. Son usage est donc encadré par l'Autorité de sûreté du nucléaire (ASN). « En production, les machines sont très sécurisées », estime Thierry Laffont, responsable des grands comptes aéronautiques chez GE Inspection Technologies.

Les ondes guidées ultrasonores permettent d'inspecter des structures telles que des pipelines, avec une grande portée. À condition que l'environnement le permette : ce système fonctionne dans un environnement libre, mais ne conviendrait pas pour un tuyau traversant un mur.

Mais en maintenance, ces contrôles ne sont pas faits dans une cabine dédiée: il se pose donc une question de sécurité, et le déploiement est plus complexe. Il est bien sûr possible d'améliorer cette technique: « Nous avons développé un système de gammagraphie avec une source gamma permettant de réduire le périmètre de sécurité à évacuer pour un contrôle », explique Antoine Bastien (Institut de Soudure). Certaines réglementations imposent le recours à des techniques en particulier, cependant la tendance générale vise à réduire les recours aux techniques dangereuses, mais également à celles qui nécessitent le recours à des produits chimiques (voir encadré ci-dessous) .

Ces évolutions dans l'approche des contrôles non destructifs ont donc une influence sur le choix et l'évolution des techniques. Et les ultrasons sont en première ligne pour le remplacement de la radiographie: « La radiographie permet de faire des contrôles volumiques, tout comme les ultrasons », précise Antoine Bastien (Institut de Soudure). Pour continuer à employer la radio, « il faudra justifier qu'on ne peut pas faire autrement » , explique Étienne Martin (EDF). « Mais le problème qui se pose est que le client ne sait pas toujours exprimer précisément ce qu'il recherche ». Les industriels de la profession doivent donc travailler à établir des équivalences entre les techniques: « Si la radio permet de voir une inclusion de telle dimension,il faut prouver qu'on la verra également avec un autre procédé. Mais est-ce suffisant ? », interroge Étienne Martin. Chaque technique apporte des informations différentes: « on ne voit pas la même chose avec des ultrasons qu'avec la radiographie.Mais on sait atteindre la même qualité de contrôle, avec le même coefficient de sécurité » , assure Sylvie Bittendiebel, experte en contrôles non destructifs à l'Institut de Soudure. « Mais un contrôle différent peut fait apparaître de nouveaux défauts.Il faut alors savoir s'ils sont nocifs ».

De nombreux axes de recherche

Les propriétaires des installations à contrôler devront se poser ces questions, et apprendre à définir ce qu'ils veulent observer. Le prestataire de services, lui, devra avoir d'autres types de procédés de contrôle à proposer, et justifier que ce qu'il mettra en œuvre sera suffisant pour les besoins indiqués. « Les relations vont évoluer, et cela risque d'être un gros problème dans les années à venir, prévoit Étienne Martin. Il manque parfois de codifications ou de pratiques dans l'évaluation des performances de procédés d'END ». Par ailleurs, d'autres critères poussent les méthodes de contrôle à s'améliorer: « En fonction des contraintes réglementaires,et du fait qu'il faut faire mieux, plus précis, plus vite » , résume Étienne Martin. Les conditions de travail difficiles pour les opérateurs sont également un argument pour proposer des techniques facilitant la tâche sur le terrain. On trouve aussi de plus en plus de matériaux composites dans l'industrie: cela pose de nouvelles problématiques, comme la recherche de défauts dans des matériaux multi-couches, auxquelles peuvent répondre les contrôles par ultrasons. Les formes des pièces à contrôler peuvent être de plus en plus complexes,ce qui implique d'adapter les sondes et de travailler sur l'interprétation des données.

Après être passé du film à usage unique au film réinscriptible, la radiographie évolue vers le numérique : de nouveaux capteurs permettent désormais de se passer des films.

Les différents acteurs de la filière se consacrent à la recherche et au dévelop-pement, et tentent de collaborer. « Un tiers de notre recherche est interne, et vise à développer des outils différenciants pour améliorer les contrôles », décritAntoine Bastien (Institut de Soudure). « Un tiers répond à des commandes de nos partenaires.Et le dernier tiers est consacré à des projets collaboratifs, financés par l'État, où chaque partenaire apporte une brique de ses compétences ».

Étienne Martin est également engagé à la Cofrend (Confédération Française pour les Essais Non Destructifs). Pour lui, « beaucoup de sociétés en sont encore à développer des techniques toutes seules, et à garder les résultats pour elles. Les autres vont

ainsi devoir redévelopper les mêmes solutions. C'est ce que l'on veut éviter à la Cofrend, par le biais des différents groupes de travail du pôle scientifique et technique.» Selon lui, les industriels gagneraient à plus collaborer: « Il faudrait travailler ensemble,se mettre d'accord sur des bases communes. Cela com-mence à se faire en France, mais les Anglo-Saxons sont meilleurs que nous pour cela ». Le monde universitaire a également un rôle à jouer. « Le CEA, notamment, est un grand fournisseur de nouvelles technologies, continue Étienne Martin. Il est important d'entretenir le lien entre l'industrie et les laboratoires, car des chercheurs peuvent travailler sur des sujets sans forcément y voir toutes les applications industrielles possibles.» Enfin, l'apport des technologies médicales joue également un rôle important. Des entreprises comme GE ou Olympus, qui travaillent sur ces sujets, ont pu transposer plus facilement à l'industrie des systèmes comme la tomographie.

Les différentes techniques de contrôles non destructifs l Ultrasons Pour contrôler l'intérieur d'un matériau, ou mesurer son épaisseur, il est possible d'y faire se propager des ultrasons. Au contact d'un défaut, ou du bord de la pièce, le signal peut être réfléchi, ou diffracté. Les échos ou transmissions ainsi reçus en retour sont analysés, et permettent de mettre en évidence des discontinuités mécaniques dans le matériau. Avec la progression du traitement du signal, cette technique permet de faire des mesures de plus en plus complexes et rapides. l Ondes guidées Cette technique est basée sur les ultrasons, mais s'emploie pour des applications plus spécifiques. Encore peu déployée en France, elle permet en particulier de contrôler l'état de tuyaux dans l'industrie pétrolière, sur plusieurs dizaines de mètres. Le ressuage permet d'observer à l'œil nu des défauts à la surface d'un matériau. Mais cette technique présente l'inconvénient de nécessiter des produits chimiques. Pour cette raison, certains industriels lui préfèrent des méthodes électromagnétiques. cDeshors AD Le l Émission acoustique Cette méthode est employée pour le contrôle de matériaux sous contrainte. La libération d'énergie dans ces matériaux fait se propager des ondes élastiques, que l'on peut détecter avec des capteurs piezoélectriques. Cela permet de mettre en évidence la propagation de fissures, la déformation ou la corrosion. l Radiographie et gammagraphie Comme en médecine, cette méthode consiste à exposer une pièce à des rayons X ou rayons gamma. Le matériau absorbe ce rayonnement, dont le résidu est capté par un détecteur. Les films traditionnellement utilisés sont peu à peu remplacés par des détecteurs numériques. En raison de l'émission d'un rayonnement ionisant, la radiographie présente un danger potentiel pour les opérateurs. Son usage est donc encadré par l'Autorité de sûreté du nucléaire. Dans certains cas, elle peut être remplacée par les ultrasons. l Tomographie Équivalente à l'IRM en médecine, la tomographie exploite également les rayons X. Plusieurs tirs sont effectués pour un contrôle, tandis que la pièce tourne, ce qui permet d'en obtenir une image en trois dimensions. La tomographie commence à s'installer dans l'industrie, notamment pour le contrôle des matériaux composites, et des pièces aux formes complexes, comme celles obtenues par impression 3D. Elle permet à la fois de vérifier l'intégrité du matériau et de mesurer les dimensions de la pièce. Elle présente également l'avantage de créer des fichiers 3D comparables au modèle numérique. l Courants de Foucault En faisant se propager dans une pièce conductrice un champ magnétique, on y induit des courants dont la distribution met en évidence des discontinuités à la surface du matériau. Ces anomalies sont détectées par comparaison avec l'analyse d'une pièce de référence. Cette méthode permet aussi de contrôler les variations de composition d'un alliage ou de mesurer des épaisseurs de revêtements. l ACFM (Alternating Current Field Measurement) Cette méthode sert à détecter et dimensionner des défauts débouchants sur une surface métallique. Avec une sonde, on induit un courant alternatif uniforme sur la zone à contrôler, afin de mesurer le champ magnétique résultant. C'est une alternative au ressuage, à la magnétoscopie ou aux courants de Foucault. l Magnétoscopie Pour les matériaux et alliages ferromagnétiques, cette méthode permet de détecter des anomalies débouchantes, ou proches de la surface. La zone à examiner est soumise à un flux magnétique, puis couverte d'une poudre qui s'agglomère en présence de défauts. Cela pose ensuite le problème du traitement des eaux usées. l Ressuage En appliquant un liquide pénétrant sur une surface, cette méthode fait apparaître des interstices très fins, ou met en évidence la porosité. Les défauts sont alors visibles à l'oeil nu, sous forme d'indications colorées. L'usage de produits chimiques implique leur retraitement. l Contrôles visuels Ce type de contrôle permet de détecter des défauts débouchants tels que les fissures, ou encore la corrosion. Ils peuvent être effectués avec divers capteurs, des caméras numériques, ou encore des endoscopes pour les endroits difficiles d'accès. Ces contrôles nécessitent de porter une attention particulière à l'éclairage, pour bien mettre en évidence les défauts recherchés. l Thermographie active Cette méthode consiste à chauffer une pièce tout en l'observant avec une caméra infrarouge. La diffusion de la chaleur permet de mettre en évidence des défauts de surface, ou sous la surface. Des discontinuités dans la propagation peuvent traduire la présence de fissures ou de corrosion. Selon le matériau et son épaisseur, l'échauffement peut être provoqué de façon optique (à partir d'un laser), acoustique, électrique ou mécanique. l Profilométrie La profilométrie consiste à mesurer la géométrie d'une pièce, pour effectuer une cartographie mettant en évidence des défauts comme la corrosion. Cela peut être obtenu avec la projection d'une nappe laser sur la pièce. Une caméra observe la déformation, et reconstitue le volume ainsi observé.

À partir des ultrasons, différents types de contrôles non destructifs sont possibles, en utilisant la réflexion, la diffraction ou la réfraction des ondes, ou encore la propagation d'ondes de surface.

Des calculs plus intensifs

Au fil des années, les systèmes de contrôle non destructif progressent vers plus de sensibilité, une électronique plus performante, ou encore de meilleurs algorithmes de traitement des données. « Pendant longtemps, l'évolution portait purement sur les techniques, aujourd'hui elles concernent beaucoup plus le traitement, ou la modélisation des signaux » , observe Étienne Martin. Mais du laboratoire au terrain, la route est longue. Selon lui, une quinzaine d'années, parfois plus.Ainsi, la techniqueTOFD, qui s'appuie sur la diffraction des ultrasons, s'implante de plus en plus dans l'industrie. « Les premiers essais remontent à une trentaine d'années, mais le déploiement à grande échelle a vraiment commencé depuis à peine 5 ans ».

Dans le domaine des ultrasons, « la grande évolution de ces 15 dernières années concerne les sondes multi-éléments, ou phased array», analyse Thierry Laffont (GE). « C'est une grosse tendance, qui rentre dans les mœurs, notamment chez les sociétés d'inspection, confirme Marc-Olivier Grandsir. Cette technologie est de moins en moins coûteuse, et peut dans certains cas se substituer à la radiographie. Avec jusqu'à 128 capteurs sur une sonde, le faisceau d'ultrasons est plus large.» Les contrôles sont ainsi plus rapides.

Cela a été rendu possible par les progrès en électronique: « Les systèmes pour gérer des éléments nombreux avaient auparavant la taille de grosses valises, se souvientThierry Laffont (GE). Maintenant,c'est possible dans une taille équivalente à une boîte à chaussures. Les appareils pour la maintenance sont totalement portables désormais.» La partie algorithmique a également dû suivre la tendance. C'est le métier de l'entreprise M2M, qui fournit la partie électronique de la chaîne de mesure: « Nous travaillons à la fois sur les systèmes portables, et en ligne de production, détaille Philippe Benoist, président de M2M. L'objectif est d'optimiser la puissance de calcul limitée pour obtenir une meilleure résolution,donc une information de meilleure qualité, plus pertinente. Mais il s'agit aussi d'analyser en temps réel de grandes quantités de données ».

Que faire ensuite de toutes ces données? Elles pourraient alimenter le «big data » dans le cadre de ce que l'on appelle l'industrie 4.0. C'est en tout cas ce qu'imagine Thierry Laffont (GE) pour l'avenir: « Nous n'en sommes qu'au début, mais nous travaillons à augmenter la connectivité entre nos produits via notre plate-forme Predix.Elle permet de partager instantanément des données, un expert peut accéder à distance au travail d'un opérateur,envoyer des réglages.» À terme, les différents systèmes de contrôle non destructif pourraient associer leurs mesures à divers paramètres, comme par exemple les conditions de production d'une pièce. Les applications pour tirer profit de ces possibilités restent à imaginer.