Contrôle non destructif - Définition
Le Contrôle Non Destructif (C.N.D.) est un ensemble de méthodes qui permet de caractériser l'état d'intégrité de 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, de façon empirique) quelle taille de défaut est acceptable et ensuite pouvoir les détecter, sans casser la pièce, et la remplacer si besoin est. On parle aussi d'Essais Non Destructifs ou d'Examen Non Destructifs (E.N.D.).
Ces méthodes sont très utilisées dans :
- l'industrie automobile (contrôle des blocs moteurs) ;
- l'industrie navale (contrôle des coques) ;
- l'aéronautique (poutres, ailes d'avion, nombreuses pièces moteurs, trains d'atterrissage, etc.) ;
- l'aérospatiale et l'armée (dont la totalité des programmes sont confidentiels ou secret défense) ;
- l'industrie de l'énergie (réacteurs, chaudières, tuyauterie, turbines, etc.) ;
- le ferroviaire en fabrication et en maintenance notamment pour les organes de sécurité (essieux, roues, bogies);
- autres (fabrication de mousquetons d'escalade, ouvrages d'art, etc.) ;
Et en règle générale dans tous les secteurs produisant :
- des pièces à coût de production élévé en quantité faible (nucléaire, pétrochimique...) ;
- des pièces dont la fiabilité de fonctionnement est critique (BTP, nucléaire, canalisation de gaz...).
En France, la majorité des agents qui effectuent ces contrôles sont certifiés par la COnfédération FRançaise pour les Essais Non Destructifs (COFREND) selon un principe de tierce partie. Les modalités de certification sont régies par la norme française et européenne NF EN 473 intitulée : "Essais non destructifs, qualification et certification du personnel END. Cette norme a été écrite en avril 1993 et révisée en décembre 2000.
Pour les pièces destinées à l'industrie aérospatiale (aéronautique et espace), les C.N.D. sont considérés comme des procédés spéciaux au sens de la norme EN 4179 et doivent être qualifiés comme tels. En France ces certifications sont gérées par le Comité Sectoriel Aérospatial de Certification (COSAC)((lien)) pour le compte de la COFREND. L'EN 4179 est identique à la norme américaine NAS 410.
Pour la maintenance ferroviaire, le Comité Ferroviaire de Certification pour la Maintenance (CFCM) assure la certification COFREND des opérateurs du secteur (SNCF, RATP, wagons,...) selon l'EN 473.
Principes généraux
Quelle que soit la méthode adoptée, on peut représenter la mise en œuvre d'un système CND suivant le synoptique suivant :
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.
Différentes méthodes de contrôle
La norme EN 473 définit un certain nombre de symboles pour les méthodes usuelles (cf. tableau).
Ces symboles correspondent généralement à l'abréviation de la désignation anglaise de la méthode, par exemple, le symbole PT pour le ressuage vient de Penetrant Testing.
| Méthode END | symbole |
|---|---|
| Emission acoustique | AT |
| Courants de Foucault | ET |
| Etanchéité | LT |
| Magnétoscopie | MT |
| Ressuage | PT |
| Radiographie | RT |
| Ultrasons | UT |
| Examen visuel | VT |
| Interférométrie de Speckle | ST |
| Thermographie | IT |
Le contrôle par ressuage (PT)
C'est une méthode destinée à révéler la présence de discontinuités ouvertes en surface de pièces métalliques, essentiellement, mais aussi en céramique. Elle consiste à badigeonner (par immersion ou par pulvérisation électrostatique, parfois mais rarement, au pinceau) la cible avec un liquide fluorescent ou coloré en rouge, qui pénètre dans les discontinuités. Après nettoyage de la cible, un révélateur est appliqué et, en faisant " ressuer " le liquide resté dans les fissures, va les révéler.
Cette méthode semble très simple à mettre en œuvre et elle est sensible aux discontinuités ouvertes. On peut mettre en évidence des discontinuités de 1 µm d'ouverture, 100 fois plus fines qu'un cheveu. Par contre, elle n'est pas automatisable et les résultats restent à l'appréciation de l'opérateur. De plus, elle nécessite l'utilisation de produits non récupérables, voire contaminés après utilisation (ex. : centrale nucléaire : on essaie de réduire le volume des déchets), mais cette méthode est irremplaçable pour la mise en évidence de discontinuités débouchantes, quel que soit leur emplacement, quelle que soit leur orientation.
La radiographie (RT)
Cette méthode présente l'avantage de fournir des images directement exploitables, l'étape d'inversion peut être extrêmement réduite et la résolution spatiale excellente. Toutefois, l'interprétation des images demande un fort niveau d'expertise de la part de l'opérateur. De plus, cette méthode est extrêmement coûteuse et impose des conditions de sécurité pour l'opérateur et l'environnement, qui rendent son utilisation en industrie difficile. Le contrôle à l'aide des rayons X est particulièrement utilisé pour contrôler les soudures en micro-électronique.
Les ultrasons (UT)
Le contrôle par ultrasons est basé sur la transmission, la réflexion et l'absorption d'une onde ultrasonore se propageant 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 présente une résolution spatiale élevée et la possibilité de trouver des défauts en profondeur. L'étape d'inversion est simple, du moins pour les pièces géométriquement et matériellement simples. Par contre, c'est une méthode lente car il faut faire un balayage mécanique exhaustif de la pièce. Il est d'ailleurs souvent nécessaire de contrôler plusieurs surfaces de la pièce pour pouvoir faire une représentation tridimensionnelle des défauts.
La thermographie
Les méthodes de contrôle thermique consistent à exciter un matériau ou une structure par un apport d'énergie (mécanique, photonique, chauffage par induction, air chaud...). La diffusion de la chaleur dans le matériau et l'impact qu'elle a sur la distribution de température de surface renseignent sur les propriétés thermophysiques des matériaux et sur d'éventuels défauts. Les principaux avantages de l'ensemble de ces méthodes résident dans la possibilité d'effectuer un contrôle sans contact et automatisable. Les inconvénients sont liés à la lenteur du contrôle, au coût de l'investissement et à la difficulté de mise en œuvre des étapes d'inversion pour établir le diagnostic.
La magnétoscopie (MT)
La magnétoscopie est une technique de contrôle non destructif qui consiste à créer un flux magnétique intense à l’intérieur d’un matériau ferromagnétique.
Lors de la présence d’un défaut sur son chemin, le flux magnétique est dévié et crée une fuite qui, en attirant les particules (colorées ou fluorescentes) d’un produit révélateur, fournit une signature particulière caractéristique du défaut.
- Principe de la magnétoscopieLes différents moyens de création d'un champLes courants d'aimantations
- SREM Technologies - Magnétoscopie
Les méthodes couplées
Récemment, des méthodes couplées ont vu le jour, et pour certaines sont encore dans le domaine de la recherche : les méthodes électromagnétiques acoustiques, électromagnétiques ultrasonores ou magnéto-optiques.