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Thème Contrôle Non Destructif

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Les participants

Membres permanents :
Francisco Alves
Guillaume Krebs
Yann Le Bihan (Responsable du thème)
Claude Marchand
Laurent Santandréa

Doctorants :
Alexandra Christophe
Abla Dahia
Tao Peng

Anciens Membres :
Houda Zaidi (2009-2012)
Emna Amira Fnaiech (2008-2012)
Tarik Hacib (2008-2009)
Alejandro Ospina Vargas (2006-2010), pdf
Yahya Choua (2004-2009), pdf
Hulusi Acikgoz (2005-2008), pdf
Cyril Ravat (2005-2008), pdf


Problématique

Le contrôle non destructif (CND) vise à caractériser l'état d'une pièce ou d'un matériau (mesure de paramètres physiques, détection et dimensionnement de défauts, etc.) sans porter atteinte à son intégrité. L'équipe COCODI travaille sur le CND par méthodes électromagnétiques, principalement par courants de Foucault (CF) pour la caractérisation de milieux électriquement conducteurs. Son principe consiste à illuminer la zone à examiner avec un champ électromagnétique basse fréquence et à recueillir avec un capteur la réponse du milieu à cette excitationsous une forme donnée: variation de fém d'une bobine, 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.


Cette activité est menée suivant trois axes :

  • Modélisation et conception

La modélisation permet de caractériser et d'améliorer les performances des sondes (sensibilité au paramètre recherché, effet des grandeurs d'influence, etc.). Les travaux de l'équipe portent principalement sur la méthode des éléments finis (MEF) qui permet d'étudier une large variété de structures de sondes et de pièces. Des travaux sont menés pour faciliter la modélisation d'un problème de CND. Par exemple, une prise en compte simplifiée des défauts de faible épaisseur (ex: fissures) peut être obtenue par association avec une méthode intégrale de frontière ou par imposition de conditions appropriées sur celle-ci. Des modèles analytiques simplifiés de sondes comprenant simultanément un circuit magnétique (géométries étudiées: circuit magnétique en «pot» et en «U») sont également développés. Dans le cadre du PPF «Microbobines», une approche originale basée sur la MEF permettant de déterminer séquentiellement les éléments résistif, inductif et capacitif du schéma équivalent d'une micro-bobine a été développée.

Mots-clés: conception de capteurs, méthode des éléments finis, modélisation analytique.

Exemple: Cartographie d'impédance obtenue avec une sonde CF pour une petite fissure de 400 µm (longueur) sur 200 µm (profondeur)

courbe matlab
Calcul éléments finis + intégrales de frontière

courbe matlab
Expérimentation


  • Capteurs magnétiques

Au cœur du capteur CF, la détection du champ magnétique par des éléments très sensibles est déterminante. Nous travaillons, en collaboration avec l'IEF, sur l'élaboration de capteurs basés sur le phénomène de magnéto-impédance géante (GMI: variation importante de l'impédance d'un conducteur magnétique sous l'effet d'un champ magnétique extérieur). Ces derniers utilisent des propriétés spécifiques de matériaux nanocristallins.

Le premier objectif est à court terme de passer d'une technologie d'assemblage macroscopique à une réalisation en technologie collective permettant d'obtenir une structure multi-éléments. Pour cela, nous mettons en œuvre un procédé d'élaboration de matériaux magnétiques nanocristallins FeSiBCuNb en couches minces. Ces matériaux ont des propriétés magnétiques très douces, ce qui permet d'obtenir des capteurs GMI de très grande sensibilité, à faible niveau de bruit. Ce sont également des capteurs continus permettant la détection de défauts enterrés (contrairement aux microbobines qui requièrent des inducteurs de fréquence de l'ordre du MHz).

Le second objectif est de développer un conditionnement spécifique des signaux issus de ces capteurs avec pour finalité d'intégrer l'électronique au plus près du capteur.

D'autre part, la maîtrise d'une technologie de fabrication collective ouvrira à moyen terme des perspectives d'applications pour le biomédical (magnéto-encéphalographie animale et humaine, détection/comptage de molécules marquées magnétiquement, etc.) et pour l'étude de l'environnement des planètes (activités avec le CETP).

Mots-clés: magnéto-impédance, électronique, matériaux nanocristallins.

  • Traitement des données

L'objectif final d'un CND est de caractériser la pièce contrôlée par un traitement des résultats d'acquisitionCF. Cela conduit à la résolution d'un problème inverse. L'inversion peut être effectuée en insérant un modèle issu de la physique au sein d'un système itératif ou bien en utilisant un modèle comportemental. Ce dernier est construit au moyen d'une base de données obtenue par calcul numérique ou par expérimentation.

Des travaux sont menés sur les réseaux de neurones qui constituent par leurs propriétés d'approximateurs parcimonieux et universels un type intéressant de modèle comportemental. Différents aspects de la détection et de la reconstruction de défauts dans les matériaux conducteurs par CND électromagnétique par mise en œuvre de modèles physiques sont également abordés.

Mots-clés: analyse factorielle, estimation bayesienne, inversion itérative et directe, prétraitements, réseaux de neurones.

Exemple: Détection et reconstruction de fissures dans un tube de générateur de vapeur de centrale nucléaire avec une bobine axiale différentielle

schéma
Nappes de courants induits dans le tube à proximité du défaut

image de défaults
Défauts réels sur l'épaisseur du tube / Défauts reconstruits

Dans le cadre d'un projet en commun avec les équipes ICHAMS et MMDI le thème étend ses travaux au CND de matériaux diélectriques par micro-ondes.

Dispositif d'expérimentation

Banc automatisé avec robot 3 axes et analyseur basse fréquence à détection synchrone, l'ensemble étant piloté par un PC. Ce dispositif peut être utilisé pour la validation de modélisations ou la constitution de bases de données pour le test de procédures d'inversion. Il permet également de répondre à des demandes industrielles.

photographie

Partenariats industriels

  • AER
  • Dassault
  • Saint-Gobain
  • Snecma
  • ...

Partenariats universitaires et institutionnels

  • Laboratoire des Signaux et Systèmes - LSS
  • Institut d'Électronique Fondamentale - IEF
  • Laboratoire des Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Énergie - SATIE
  • Laboratoire d'Intégrations des Systèmes et des Technologies - LIST (CEA)
  • Centre d'étude des Environnements Terrestres et Planétaires - CETP
  • Laboratoire de Magnétisme de Bretagne - LMB
  • Budapest University of Technology and Economics, Department of Electromagnetic Theory - BUTE (Hongrie)
  • Laboratoire d'Etudes et de Modélisation en Electrotechnique - LAMEL (Algérie)

Participations à des projets

  • Contrat européen VERDICT (Virtual Evaluation and Robust Detection for engIne Component non destructive Testing), 2003-2006
  • Pôle de compétitivité SYSTEM@TIC Paris-Région: développement d'outils et de méthodes de modélisation et d'inversion pour le CND dans les chaînes de fabrication, 2005-2009.
  • IMAGINE (Projet ANR) : réalisation et mise en œuvre de capteurs magnétiques à magnéto-impédance géante pour le CND.
  • PHC France-Hongrie Balaton : Application of optimized database of experiments and statistical data fitting methods for electromagnetic non-destructive testing, 2009-2010.
  • Projet SIMCO du RTRA DIGITEO : Modélisation de capteurs souples pour le contrôle non destructif par méthodes électromagnétiques, 2009 – 2012.
  • CANOE (Projet ANR) : conception et réalisation de matrices de micro-capteurs GMI pour le CND, 2010-2014.