7/23/2019 Rapport CND
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Rpublique Tunisienne Cycle de Formation dIngnieursMinistre de lEnseignement Suprieur, dans la discipline nie Matriau! de la rec"erc"e scienti#ique
et tec"nologie
$ni%ersit de S#a!
Ecole &ationale dIngnieurs de S#a!'partement de nie des Matriau!
RapportPrsent
Lcole Nationale dIngnieurs de Sfax(Dpartement de Gnie des Matriaux)
Dans le cadre du
Par
BOUAZIZI Fathi
HARRABI Nasreddine
BEN ALI Yassine
EMISSION ACOUSTIQUE (EA)
M. TAKELI Farid Encadreur
7/23/2019 Rapport CND
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SommaireIntroduction gnrale((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()
Chapitre 1 : Etude Bibliographie((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*Introduction((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*
)( nralits sur lmission acoustique(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*
*( +ndes acoustiques(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((
2.1. Nature((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((
2.2. Vitesse du son(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((
2.3. Ondes sonores sinusodales((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((-
2.4. Efet Doppler(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((.
/( 0es a%antages et les incon%nients de lmission acoustique(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((.3.1. Les avantages(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((.
3.2. Les inconvnients((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((1
Conclusion(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((1
Chapitre 2 : Emiion acouti!ue : techni!ue et domaine d"application((((((((((((((((((((((((((2
Introduction((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2
)( 3rincipe(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2
*( 3roprits de lmission acoustique((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2
2.1. La doration plasti!ue du atriau(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()42.2. Les p"no#nes de rupture((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()4
2.3. Dtection des sources d$ission acousti!ue((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()*
/( Tec"niques dmission acoustiques(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()*
3.1. %ec"ni!ue d&c"ograp"ie ultrasonore(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()/
3.2. 'ara#tres des signau( d&ission acousti!ue(((((((((((((((((((((((((((((((((((()
3.3. %raiteent possi)le du signal((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()-
5( 'omaine dapplications de l6mission acoustique 7E89((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((().
4.1. *ontr+le en service des rservoirs coposites de stoc,age de ga-sous "aute pression(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((().
4.2. *ontr+le de l$ouvrage(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()1
Conclusion((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()2
Chapitre # : E$emple d%application indutrielle r&er'oir ou preion((((((((((((((((((((((((*4
Introduction((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*4
)( Mode opratoire((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*4
1.1. *ontr+le de l$ouvrage((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*4
1.2. esure d$attnuation des ondes ultrasonore(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*4
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1.3. ise en place des capteurs(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*)
1.4. ise sous contrainte de l$!uipeent suivant un c/cle prd0ni( *)
1.. Enregistreent des signau( pendant le c/cle(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((**
*( E!emple : Sp"re sous pression((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*/
2.2. ise en place des capteurs(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*/
2.3. Mise sous contrainte de lquipement sui%ant un cycle prd#ini(((((((((((((((((((((((((((*5
2.4. Enregistrement des signau! pendant le cycle((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*5
Conclusion(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*
Conclusion gnrale(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*-
Rfrences Bibliographiques((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*.
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Liste des Figures
Figure 1.1. c"a d$un s/st#e de contr+le par ission acousti!ue
E5 in situ d$un !uipeent industriel(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((5
Figure 1.2. La e)rane du "aut6parleur coprie localeent l$air((((((((
Figure 1.3. Onde sinusodale sp"ri!ue(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((-
Figure 1.4. Efet Doppler((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((.
Figure 2.1. 'rincipe de la dtection de la propagation de dauts par
ission acousti!ue((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2Figure 2.2. canise d&ission acousti!ue(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()4
Figure 2.3.%/pes d&ondes gnres par ission acousti!ue((((((((((((((((((((((())
Figure 2.4. ontage t/pi!ue d&ac!uisition d&ission acousti!ue(((((((((((((()/
Figure 2.5.78e(ion 6 transission d&une onde acousti!ue en incidence
norale 9 l&interace de deu( ilieu((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()5
Figure 2..%ec"ni!ues de esure de la vitesse ultrasonore au contact :
a5 transission; )5 r8e(ion.((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()
Figure 2.!. 7eprsentation d&une salve d&ission acousti!ue(((((((((((((((((((()-
Figure 2.". *ontr+le d$une sp"#re de stoc,age d$aoniac gauc"e5 et
localisation de dauts par un rseau de capteurs E droite5.((((((((((((((((((((((()1
Figure 2.#. *ontr+le d$un rservoir de stoc,age N2 par ission
acousti!ue
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Figure 3.". 7sultats de localisation o)tenus 9 l$aide du s/st#e
d$ission acousti!ue((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*
Liste des tableaux
%a&'eau 1.1. 'rincipau( acteurs in8uen?ant le t/pe d$ission
acousti!ue d$un atriau ((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((5
%a&'eau 1.2. Variation de vitesse dans difrents ilieu((((((((((((((((((((((((((((((((((((-
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Introduction gnrale
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7/45)
@ntroduction gnrale
Intr(du)ti(n g*n*ra'e
0e contr;le &on 'estructi# 7C(&('9 est un ensemble de mt"odes qui permettent de
caractriser l6tat d6intgrit de structures ou de matriau!, sans les dgrader, soit au cours de
la production, soit en cours d6utilisation, soit dans le cadre de maintenances( +n parle aussi d6et du second c"apitre( 0e
troisime c"apitre sera consacr ltude dun e(eple d$application industrielle
rservoirs sous pression.
Aat"i; Nasreddine et Bassine
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Chapitre 1 :
tude Bibliographie
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*"apitre 1
Etude )i)liograp"i!ue
Introduction
0a tec"nique de Contr;le &on 'estructi# par Emission 8coustique 7E89 consiste
dtecter des ondes ultrasonores mises par le bruit gnr lors de l%olution dune
dgradation( *ette t"ode se prsente en onction de l$onde acousti!ue.
'ar ailleurs; les avantages et inconvnients.
1. (&n&ralit& ur l%&miion acouti!ue
3ar d#inition, lGmission 8coustique 7E89 est le p"nomne de libration dnergie
sous #orme dondes lastiques transitoires rsultant des micro dplacements locau! internes au
sein dun matriau soumis des sollicitations 7&orme 8F&+R &F8 42/49( 0e dgagement
irr%ersible dnergie dans le matriau reprsente une source importante dondes lastiques
transitoires( 0e domaine #rquentiel de ces ondes cou%re le domaine des ultrasons )4H)444
JBD( Ces ondes sont caractrises par des courtes dures 7quelques millisecondes9 /D(
Cette tec"nique est non directionnelle, les sources missi%es se propagent dans toutes
les directions( 0a dtection na lieu quau moment du relKc"ement des contraintes gnrant les
signau! dmission acoustique 5D(
0es premires rec"erc"es concernant lmission acoustique ont t ralises au dbut
du *4me sicle, quand les c"erc"eurs ont rapport la prsence des sons audibles qui
accompagnent la d#ormation des matriau!( En )2)-, CBoc"ralsi a mentionn la prsence
du #ameu! cri de ltain lors du maclage de celuiHci, ce p"nomne tait mentionn depuis
longtemps par eber dans son ou%rage AT"e sum o# per#ection or o# t"e per#ect magistrey(
0e premier systme dinstrumentation mis en place pour dtecter les signau!
acoustiques a t ralis par Lis"inouye en )2// lors de ses e!priences ralises sur des
c"antillons en bois( En )2/-, E"ren#est et o##e ont mis en place des systmes de dtection
de lacti%it acoustique prsente lors des trans#ormations martensitiques dans les aciers D(
En )24, Laiser -D a marqu l"istoire du contr;le par mission acoustique a%ec ses
tra%au! de t"se( 0e##et Laiser est dcrit par labsence dE8 lorsquun matriau ou une
structure porte un ni%eau de sollicitation not 3) puis dc"arge nmet pas tant que lasollicitation applique lors dune deu!ime mise en c"arge, reste in#rieure la %aleur
Aat"i; Nasreddine et Bassine
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*"apitre 1
Etude )i)liograp"i!ue
ma!imale prcdemment atteinte 3)( +n appelle 3* le ni%eau de sollicitation lapparition de
lmission acoustique lors de la deu!ime mise en c"arge( 'ans le cas oN la structure est
endommage alors 3* O 3)( +n peut ainsi d#inir le rapport de Aelicit/ CC C2C15.
En )2., Tatro .D a %oqu la ncessit dtablir lorigine p"ysique des signau!
acoustiques et de d%elopper des systmes de contr;le par mission acoustique pour des
applications industrielles( 0un de premiers systmes de contr;le a t appliqu par 'unegan
en )2-/ 1D dans le but de sur%eiller des quipements oprant sous pression 1D( 0%olution
de lindustrie des semiHconducteurs, a permis de conce%oir des systmes de contr;les plus
#aciles dplacer et mettre en place ce qui a cr une #orte croissance du nombre
dapplications industrielles impliquant lE8 .D(
0es tra%au! de Touya mens en )2.2 2D, ont r%l que lacti%it acoustique qui peut
?tre gnre lors de la d#ormation dun matriau est in#luence par plusieurs #acteurs, qui
sont dtaills dans le Tableau 7)()9( Selon Touya dans le cas oN le matriau tudi est
caractris par une grande paisseur ou soumis des importantes %itesses de sollicitation P les
sal%es gnres possdent des #ortes amplitudes( 3ar contre si le matriau est caractris par
une #aible limite dlasticit ou une #aible paisseur ou soumis des #aibles %itesses desollicitation les signau! gnrs sont de #aible amplitude(
Tou>ours dans ce conte!te de nombreu! p"nomnes p"ysiques lis
lendommagement des matriau!, sont lorigine dmission dondes lastiques transitoires(
+n peut citer par e!emple les d#ormations plastiques, les glissements au! >oints de grains, les
trans#ormations de p"ase, les impacts de particules, la ca%itation, les #rottements, lamorage
et la propagation de #issures 7cas de corrosion sous contrainte9, mais galement les attaques
c"imiques des sur#aces 7corrosion9( Q "aute temprature, nous pou%ons a>outer la croissancegnralise des couc"es do!ydes, la rduction c"imique do!ydes protecteurs ainsi que la
dcarburation des alliages accompagne de la #issuration de couc"es do!ydes protectrices
78l*+/, Cr*+/9 )4D(
Aat"i; Nasreddine et Bassine
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*"apitre 1
Etude )i)liograp"i!ue
%a&'eau 1.1.Principaux facteurs inuenant le type dmissionacoustique dun matriau
Tous ces p"nomnes ont en commun de mettre en >eu des dplacements de la matire
di##rentes c"elles de temps ainsi que la cration ou la modi#ication de contraintes
mcaniques locales susceptibles de produire des ondes lastiques transitoires, sources de
lmission acoustique( Ces ondes se propagent ensuite dans le matriau et sa sur#ace, oN
elles peu%ent ?tre dtectes et enregistres par des capteurs piBolectriques qui ont pour r;lede trans#ormer les ondes mcaniques en signau! lectriques dans la Figure 7)()9( 0es signau!
sont ampli#is puis traits au moyen de systme dacquisition pour crer des bases de
donnes( Correctement analyse, cette mission acoustique peut ?tre utilise la #ois pour
mieu! comprendre les dgradations des matriau! et pour e##ectuer un sui%i intelligent des
systmes soumis des tempratures le%es ))D(
Aat"i; Nasreddine et Bassine
7/23/2019 Rapport CND
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*"apitre 1
Etude )i)liograp"i!ue
Figure 1.1.Schma dun systme de contrle par missionacoustique (!" in situ dun quipement industriel
2. )nde acouti!ue
!"1" #ature
0es ondes sonores sont produites par une source %ibrante, qui transmet les %ibrations au
milieu matriel dans lequel elle se trou%e )*D( +n trou%e aussi que londe acoustique est
gale londe de compression(
Figure 1.2.#a mem$rane du haut%parleur comprime localementlair
Aat"i; Nasreddine et Bassine
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13/45-
*"apitre 1
Etude )i)liograp"i!ue
!"!" $itesse du son
Vitesse de propagation de l&nergie sonore; !uotient de la distance
parcourue par un )ranleent sonore par le teps ncessaire 9 son
arrive.
v
vec :
v : la vitesse du son en #trespar secondeen s5 F
: la pulsationde l&onde en rads5 F
: la norede son vecteur d&ondeen rad5.
On dterine la vitesse du son dans les ilieu( solides par la vitesse de
p"ase en ralisant dans les difrents ilieu(.
%a&'eau 1.2" &ariation de 'itesse dans dirents milieu
!"%" &ndes sonores sinuso'dales
0onde sinusodale est la #ois sinusodale dans lespace 7par rapport !9 et dans le
temps 7par rapport t9, ce qui a comme consquence le!istence de deu! priodes(
Aat"i; Nasreddine et Bassine
https://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A8trehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Seconde_(temps)https://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A8trehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Seconde_(temps)https://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse_angulairehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Norme_(math%C3%A9matiques)https://fr.wikipedia.org/wiki/Vecteur_d'ondehttps://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A8trehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Seconde_(temps)https://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A8trehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Seconde_(temps)https://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse_angulairehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Norme_(math%C3%A9matiques)https://fr.wikipedia.org/wiki/Vecteur_d'onde7/23/2019 Rapport CND
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*"apitre 1
Etude )i)liograp"i!ue
Gn "aut6parleur gn#re une onde acousti!ue sinusodale
longitudinale sp"ri!ue de variation de pression. Les suraces d&onde sont
des sp"#res concentri!ues; centres sur la source; les ra/ons sont des
segents de droite partant tous de la source; ort"ogonau( en tout point
au( suraces prcdeent dcrites sur la Aigure 1.25.
Figure 1.3.)nde sinuso*dale sphrique
!"(" )et *oppler
La r!uence d$un son per?u n$est gale 9 celle ise !ue si la
source de celle6ci est ne c"ange pas de position par rapport 9 nous. i
cette source se rapproc"e de nous; sa r!uence de vi)ration N reste la
He ais pendant une oscillation; elle s$est rapproc"e de la distance v
n. La longueur d$onde n$est donc plus c N; ais cN 6 VN.
Deu( cas 9 distinguer :
ource o)ile et o)servateur o)ile
ource o)ile et o)servateur 0(e
Aat"i; Nasreddine et Bassine
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15/451
*"apitre 1
Etude )i)liograp"i!ue
Figure 1.4.et +oppler
#. Le a'antage et le incon'&nient de l%&miion acouti!ue
%"1" Les a+antages
Dtectionetlocalisationdesdauts volutis.
nal/se en teps rel prvention de rupture5.
E(aen volui!ue glo)al 1IIJ5 et rapide de la structure; !uelle !ue
soit sa taille; en un seul essai de ise sous contrainte F de plus;
la dtection des dauts est indpendante de leur position et de leur
orientation.
Diagnostic de la svrit de l&endoageent. E(aen en service vitant des arrHts coKteu(
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*"apitre 1
Etude )i)liograp"i!ue
La ise en uvre peut parois s$avrer contraignante. L$efet oire liite la possi)ilit de procder 9 des essais successis
rapproc"s.
Concluion
Cette tude bibliograp"ique con#irme lintr?t de lmission acoustique pour sui%re en
temps rel lendommagement et la d#ormation des matriau! mtalliques soumis au!
en%ironnements agressi#s( Il comporte un nombre limit dinter#aces pour %iter tous
p"nomnes de r#le!ion, r#raction et amortissement des ondes a%ec les c"angements demilieu(
Aat"i; Nasreddine et Bassine
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17/45
Chapitre ! :
E+issi(n a)(usti,ue -te)hni,ue et d(+aines
da//'i)ati(n
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18/45
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19/452
*"apitre 2 Eission acousti!ue :
tec"ni!ue et doaines d&application
Introduction
Ce c"apitre est consacr sur les tec"niques et domaines dutilisation de lmissionacoustique( 0e c"apitre dbute par les proprits et les tec"niques de lmission acoustique
qui sont prsentent( 3uis cette mt"ode de contr;le prsente un enc"ainement dtermin dans
plusieurs domaines dapplications(
1. *rincipe
Cette mt"ode passi%e est utilise pour sui%re des propagations de d#auts dans un
matriau suite une sollicitation par contrainte t"ermique, mcanique, c"imique( $n train
dondes lastiques est cr c"aque propagation du d#aut, ce train se propageant ensuite
dans tout le matriau( Ces ondes sont dtectes par un capteur piBolectrique puis ampli#ies(
Cette tec"nique permet une %aluation globale de lintgrit de la pice Figure 7*()9( Il est
aussi possible par triangulation de localiser le d#aut dans la pice )5D(
Figure 2.1. Principe de la dtection de la propa,ation de dfauts parmission acoustique
Aat"i; Nasreddine et Bassine
7/23/2019 Rapport CND
20/45)4
*"apitre 2 Eission acousti!ue :
tec"ni!ue et doaines d&application
2. *ropri&t& de l%&miion acouti!ue
0tude des caractristiques de lmission acoustique commence par ses causesprincipales qui lui donnent naissance( En #ait, deu! causes sont lorigine de ce p"nomne :
!"1" La dformation plastique du matriau
Elle est "omogne dans le cas des alliages daluminium, ou "trogne lors des
mou%ements de dislocation(
Cette d#ormation peut aussi se #aire soit par un maclage dans le cas des matriau!
cristallisant dans le systme "e!agonal compact ou cubique centr, soit par le #luage cest
dire glissements interHgranulaires( 0orsquil sagit dune d#ormation plastique, lnergie mis
est de lordre de )4H)/ )4H)4oule(
!"!" Les phnom,nes de rupture
Ils sont en lien a%ec linitiation de #issures par concentration des contraintes, ou les
di##rents types de rupture 7ductiles, #ragiles ou par #atigue9(
0es nergies libres par ces processus de rupture sont plus importantes et elles sont
de lordre )4H- )4H5oule(
Aat"i; Nasreddine et Bassine
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21/45))
*"apitre 2 Eission acousti!ue :
tec"ni!ue et doaines d&application
Figure 2.2.-canisme d.mission acoustique
3ratiquement, on trou%e dautres causes lorigine de lmission acoustique, on citeles #uites dun #luide liquide ou gaBeu!, les trans#ormations de p"ase des matriau!
mtalliques lors dune %ariation de temprature ou les p"nomnes de ca%itation lors de la
circulation dun #luide dans une canalisation(
3ar consquent, nous sa%ons maintenant que lmission acoustique prend la #orme
dAune onde sonore lastique caractre priodique( Sa #rquence peut se situer dans un trs
large spectre qui stend du domaine audible au domaine ultrasonore, soit )4 JB O # O /4
MJB(
0a reprsentation qui rend compte de #aon raliste et c"ronologique des
modi#ications de gomtrie, les tats de contrainte transitoires, est possible, en e##et,
l%olution dune onde acoustique dans un solide est comme suit #igure 7*()9(
ous l$efet d$une cause en point solide d$un solide se produit un
dplaceent d$aplitude !uelcon!ue dont l$allure est prsente dans
la 0gure 2.25.
Aat"i; Nasreddine et Bassine
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22/45)*
*"apitre 2 Eission acousti!ue :
tec"ni!ue et doaines d&application
*e dplaceent engendre 9 son tour un crneau de contrainte M
d$allure gaussienne
la surace du atriau; une partie de cette nergie de transorationse transet par une onde vi)ratoire lasti!ue dont le spectre est celui
d$un )ruit ou d$un son 9 large )ande.
Figure 2.3. /ypes d.ondes ,nres par mission acoustique
Il est remarquable que la propagation donde se #ait sous di##rentes #ormes selon le
caractristiques dimensionnelles du matriau(
Cest ainsi quune dco"sion interne peut donner naissance successi%ement des
ondes de %olume 7longitudinal ou trans%ersal9 ou de sur#ace 7de Rayleig"9 ou de plaque 7de
0amb9 Figure 7*(/9(
Si on se place dans la condition ou les structures sur lesquelles on c"erc"e les sources
dmission acoustique, sont minces, on constate que :
Les ondes de volue ises par la source se transorent au(
contacts des suraces en ondes de surace de La)5. Les ondes de surace de 7a/leig"5 se trouvent 9 une ince couc"e du
atriau dont l$paisseur et de l$ordre de la longueur d$onde. Elles se
propagent 9 une vitesse Vinrieure 9 celle des ondes transversales
telle !ue V I. V%
Aat"i; Nasreddine et Bassine
7/23/2019 Rapport CND
23/45)/
*"apitre 2 Eission acousti!ue :
tec"ni!ue et doaines d&application
Les ondes de La) peuvent se propager en un grand no)re de odes
s/tri!ues et as/tri!ues dont c"acun d$eu( dpend du produit
r!uence ois l$paisseur de la paroi. La Aigure 2.35 illustre les
difrentes ondes dcrites prcdeent.
!"%" *tection des sources d-mission acoustique
3our a%oir une bonne dtection des signau! dmission acoustique, une c"ane de
dtection, dacquisition et de traitements adquats sa%rent ncessaire( Gn capteur les
plus r!ueent utiliss est de t/pe pi-o6lectri!ue et plus prcisent
des crai!ues errolectri!ues coe le titanate de )ar/u et le
titanate -irconate de plo); puis!u$il est caractris par une grande
sensi)ilit; la possi)ilit d$Htre tailles suivant des gotries cople(es
et leur ai)le coKt.
#. Techni!ue d%&miion acouti!ue
0a tec"nique d6mission acoustique est une mt"ode acoustique passi%e( Ces derniresannes, un certain nombre d6tudes se sont concentres sur le d%eloppement de cette
tec"nique dans le but de pou%oir sui%re en temps rel les processus impliqus dans l6%olution
d6un systme(
06mission acoustique est un p"nomne d6mission spontane d6ondes ultrasonores
par un matriau ou un systme sous l6e##et d6une sollicitation ou d6une trans#ormation interne(
Il e!iste deu! types d6mission acoustique :
L&ission pseudo6continue !ui est constitue d&un grand no)re de
signau( alatoires de tr#s petite aplitude !ui se superposent les uns
les autres et !ui s&aoutent au )ruit de ond. L&ission discr#te !ui est constitue de signau( transitoires;
alatoires; )ien spars les uns des autres.
'ari les sources d&ission acousti!ue; il aut entionner des
canises associs 9 la doration plasti!ue; 9 la 0ssuration et 9 la
rupture; au( transorations de p"ase; au( ouveents des 8uides; 9 la
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*"apitre 2 Eission acousti!ue :
tec"ni!ue et doaines d&application
rupture de 0)res et 9 la 0ssuration de la atrice dans le cas de
coposites5 ou encore 9 des p"no#nes p"/sico6c"ii!ues. L&issivit
de ces sources dpend gnraleent des proprits du atriau et des
conditions de sollicitation. La 0gure 1.4 ontre un ontage t/pi!ue
d&ac!uisition d&ission acousti!ue.
Figure 2.4.-onta,e typique d.acquisition d.mission acoustique
0es tec"niques acoustiques sont des mt"odes pou%ant se dcliner en tec"niques
acti%es et tec"niques passi%es( 0e principe des mt"odes acti%es est bas sur l6tude de la
rponse du milieu une e!citation gnre par le systme de mesure( 'ans ce cas, les
paramtres d6e!citation sont matriss( 0es tec"niques passi%es enregistrent le rsultat d6une
e!citation issue directement du systme tudi et les paramtres d6e!citation sont totalement
dpendants des mcanismes source( 0es paragrap"es sui%ants %ont permettre de dtailler les
di##rences entre ces deu! tec"niques(
%"1" .echnique d/chographie ultrasonore
Cette mt"ode, base sur l6analyse du signal acoustique aprs propagation dans un
milieu, permet dobtenir, partir de la mesure des paramtres de propagation 7%itesse,
attnuation9, soit la cartograp"ie de pices %ierges ou endommages a#in de dtecter et
localiser d6%entuels d#auts internes, soit des renseignements concernant une %olution du
milieu de propagation 7r"ologie, structure9( 06endommagement modi#ie les proprits
lastiques moyennes du matriau a##ectant ainsi la propagation des ondes ultrasonores( En
milieu in#ini, pour une onde longitudinale se propageant la %itesse U et communiquant au!
particules une %itesse instantane %i dans un milieu de masse %olumique V, la pression
acoustique 3 s6e!prime par :
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*"apitre 2 Eission acousti!ue :
tec"ni!ue et doaines d&application
3 W VXUX%i
Cette grandeur reprsente la pression e!ercer en un point du milieu de propagation
pour quilibrer les contraintes appliques ce milieu( 0a quantit Y W VU d#init l6impdance
acoustique spci#ique du milieu et s6e!prime en gPmH*PsH)( 'ans le cas particulier d6une
incidence normale sur linter#ace entre deu! milieu! di##rents, une partie de l6onde est
r#lc"ie et une autre est transmise sur la Figure 7*(9(
Figure 2.5.0exion 1 transmission d.une onde acoustique enincidence normale 2 l.interface de deux milieux
En utilisant la notion de pression acoustique, on d#init les coe##icients de r#le!ion et
de transmission de l6onde :
R)*WP r
PiW
Z2Z1
Z2+Z1 et T)* W
P t
PiW
2Z2
Z2+Z1 W ) Z R)*
3our mesurer la %itesse de propagation de londe dans un milieu, deu! con#igurations
sont en%isageables : la transmission et la r#le!ion(
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7/23/2019 Rapport CND
26/45)-
*"apitre 2 Eission acousti!ue :
tec"ni!ue et doaines d&application
Figure 2../echniques de mesure de la 'itesse ultrasonore aucontact 3 a" transmission4 $" rexion5
3our la transmission sur la Figure 7*(-a9, l6onde lastique mise par un transducteur
tra%erse lc"antillon, pour ?tre ensuite capte par un autre transducteur( 0a %itesse de
propagation U est calcule partir de l6paisseur de l6c"antillon e4 et du temps de propagation
[ de l6onde :
Vtransision e0
3our la r#le!ion 7Figure )(/b9, le transducteur met une onde lastique dans
l6c"antillon caractriser( 06onde propage par lmetteur est r#lc"ie et les signau! issus de
la r#le!ion sont enregistrs par le m?me transducteur( En utilisant cette con#iguration, il est
possible galement d6%aluer le coe##icient de r#le!ion de l6onde sur linter#ace et la %itesse
de propagation est alors gale :
V r8e(ion 2e 0
%"!" 0aram,tres des signaux d/mission acoustique
Les signau( successis enregistrs lors des difrentes e(priences
sont appels salves dcrit sur la Aigure 2.Q5. 'our Htre enregistre; une
salve doit dpasser un seuil de dclenc"eent d0ni par l&oprateur
perettant de s&afranc"ir le plus possi)le du )ruit du ond tout en
conservant le a(iu d&inoration provenant du s/st#e tudi.
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*"apitre 2 Eission acousti!ue :
tec"ni!ue et doaines d&application
Gne salve est constitue d&un ou plusieurs coups !ui sont appels
aussi RalternancesR. Le no)re de coups correspond au no)re de ois oS
l&aplitude a dpass le seuil c"oisi par l$oprateur. Le coup de plus orte
aplitude d&une salve d0nit l&aplitude de celle6ci. La dure d&une salve
correspond au teps coul entre le preier et le dernier coup. Le teps
de onte; ou le 7ise %ie; est associ au teps copris entre le
dclenc"eent de la salve et le coup de plus orte aplitude. 'ari les
autres caractristi!ues enregistres il aut signaler la r!uence et
l&nergie du signal !ui sont relies 9 la onction de transert du s/st#e et
9 l&nergie des p"no#nes actis. Le Rcount to pea,R est en ait le
no)re de coups copris entre le dclenc"eent et le coup de plus orte
aplitude.
Figure 2.!.0eprsentation d.une sal'e d.mission acoustique
Certains de ces paramtres mesurs partir dun signal acoustique peu%ent ?tre lis de
#aon qualitati%e des paramtres relati#s au! p"nomnes sources( 3ar e!emple, un
p"nomne de c"oc entre deu! particules peut ?tre caractris par lnergie du signal, alors
que les signau! dus au #rottement des cristau! peu%ent ?tre tudis surtout en #onction de la
dure des sal%es( Il est trs important de prciser le r;le des di##rentes #onctions de trans#ert
7la propagation dans un milieu plus ou moins amortissant, la position de la source par rapport
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*"apitre 2 Eission acousti!ue :
tec"ni!ue et doaines d&application
au capteur ainsi que les #onctions de trans#ert du capteur et du systme de trans#ert
lectronique9 qui in#luent #ortement les %aleurs des di##rents paramtres enregistrs(
%"%" .raitement possible du signal
0es limitations de la tec"nique d6mission acoustique sont essentiellement lies
l6analyse des donnes( 0es di##icults sont dues le!ploitation de la grande quantit de
donnes recueillies et le!traction di##icile des
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*"apitre 2 Eission acousti!ue :
tec"ni!ue et doaines d&application
le contr;le en ser%ice des rser%oirs < petit %rac = enterrs 7rser%oirs 30, Figure 7*(199( Ces
structures tant inaccessibles, lE8 garantie leur `abilit et leur #onctionnalit en temps rel
sans ncessit de les dterrer(
Figure 2.". Contrle dune sphre de stoc6a,e dammoniac(,auche" et localisation de dfauts par un rseau de capteurs ! (droite"5
Figure 2.#. Contrle dun rser'oir de stoc6a,e 78par missionacoustique 9:;
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*"apitre 2 Eission acousti!ue :
tec"ni!ue et doaines d&application
au( aTtres d$uvre et aTtres d$ouvrage d$avoir un tat des lieu( des
structures et des pat"ologies.
Les anal/ses c"ii!ues; p"/si!ues ou cani!ues sur c"antillons
ournissent des donnes directeent e(ploita)les pour l$valuation du
atriau de l$ouvrage. ais les liites tec"ni!ues et conoi!ues
usti0ent souvent le recours au( tec"ni!ues non destructives de contr+le.
*elles6ci; en efet; )ases sur des principes gop"/si!ues; sont; pour
certaines; d$une ise en uvre lg#re et rapide. Elles sont souvent
conoi!ueent avantageuses et sont donc adaptes 9 la prise de
esures sur site et; !ui plus est; pour !uel!ues unes d$entre elles; 9 la
prise de esures en continu sur l$ense)le de l$ouvrage; He de
grandes diensions. *ette caractristi!ue de glo)alit des esures les
rend particuli#reent intressantes; au regard des essais en la)oratoire;
ponctuels par d0nition. Les rsultats de ces investigations sont le plus
souvent prsents sous la ore de planc"es grap"i!ues : coupes; cartes
d$anoalies et pro0ls de esures interprts sur la 0gure 2.1I5.
Figure 2.1$. Contrle de lou'ra,e
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7/23/2019 Rapport CND
31/45*)
*"apitre 2 Eission acousti!ue :
tec"ni!ue et doaines d&application
Concluion
0a mt"ode de lmission acoustique permet des mesures rapides en raison de lasimplicit du principe( Selon le type du matriau, les domaines dapplication et les conditions
de tra%ail, on #ait gnralement le c"oi! de la mt"ode de contr;le non destructi#, cest pour
cela que les rec"erc"es sont de plus en plus appro#ondies sur les tec"niques et les domaines
dapplication(
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32/45
Chapitre % :
xemple d-application
industrielle rser+oirs sous
pression
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33/45
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*"apitre 3 E(eple d$application
industrielle rservoirs sous pression
Introduction
Ce c"apitre traite le!emple de contr;le des rser%oirs sous pression par mission
acoustique est de sui%re le comportement mcanique de lES3 au cours du cycle de
sollicitation %ri#ier et %aluer lintgrit de lES3 >usquau! conditions ma!imales de
sollicitation atteintes au cours de lessai( Il permet de raliser un diagnostic de la s%rit des
sources dmission acoustique en r#rence au! critres applicables lquipement(
1. Mode op&ratoire
1"1" Contrle de l-ou+rage
Le contr+le est gnraleent efectu suivant la c"ronologie
suivante :
esure d$attnuation des ondes ultrasonore.
ise en place des capteurs.
ise sous contrainte de l$!uipeent suivant un c/cle prd0ni.
Enregistreent des signau( pendant le c/cle.
nal/se des rsultats et classi0cation de l$activit dtecte
7/23/2019 Rapport CND
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*"apitre 3 E(eple d$application
industrielle rservoirs sous pression
Figure #.1.Profil exprimental dattnuation
1"%" 4ise en place des capteurs
nralement on utilise des capteurs rsonants au! )4 JB mais ce type de capteurs
limit par une temprature de contact de ).4C (Cest sont les capteurs classiques mais oN cas
il y a une temprature de contact dpasse on utilise dautres types de capteurs(
Figure 2.2.-ise en place des capteurs
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36/45**
*"apitre 3 E(eple d$application
industrielle rservoirs sous pression
1"(" 4ise sous contrainte de l-quipement sui+ant un c5cle
prd6ni
0orsque la contrainte principale est gnre par la pression interne de lquipement, le
diagnostic acoustique est ralis en sui%i dun cycle de %ariation de pression bien d#ini( Ce
cycle comporte des p"ases de montes, des paliers et des descentes( 0e cycle de %ariation de
pression dans la Figure 7/(/9 en gnralement dune dure de 5 - "eures( $ne attention
particulire est apporte la dtection dacti%it en palier de contrainte, car une apparition
dondes ultrasonores ce moment du cycle traduit gnralement une %olution dindications
dans le matriau(
Figure 3.3.Pro=l du cycle de pressurisation
1"7" nregistrement des signaux pendant le c5cle
0enregistrement des signau! est ralis par un ordinateur en utilisant un logiciel(
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37/45*/
*"apitre 3 E(eple d$application
industrielle rservoirs sous pression
Figure 3.4" Carto,raphie de la position des soudures
2. E$emple : /ph0re ou preion
!"1" 4esure d-attnuation des ondes sonores
0es mesures dattnuation des ondes sonores sont ralises sur une t;le au! m?mes
caractristiques celle de sp"re 7m?me nuance, m?me paisseur m?me re%?tement anti
corrosion etc9( Ces essais ont ncessit la ralisation dun sarcop"age, permettant de
soumettre la t;le au contact du Atalus, constitu de sable(
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38/45*5
*"apitre 3 E(eple d$application
industrielle rservoirs sous pression
Figure 3.5.ssais sur tle tmoin dans son sarcopha,e rempli desa$le 1 0sultat de mesures dattnuation
!"!" 4ise en place des capteurs
0a mise en place des capteurs, la %ri#ication de la sensibilit de ses capteurs et le
cKblage raliss par un oprateur quali#i(
Figure 3..-ise en place des capteurs
!"%" Mise sous contrainte de lquipement suivant un cycle prdfini
0a Figure 7/(.9 dcrit le pro#il du cycle de pressurisation on remarque que la dure de
test en%iron - "eures 7**444 s9(
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39/45*
*"apitre 3 E(eple d$application
industrielle rservoirs sous pression
Figure 3.!.Pro=l de pressurisation dune sphre sous pression
!"(" Enregistrement des signaux pendant le cycle
0es rsultats de localisation obtenus laide du systme dmission acoustique dans sa
con#iguration #inale 7capteurs placs en bout de guides dondes9 se reprsentent dans la Figure
7/(19 qui donnent en "aut gauc"e une calotte in#rieure et au bas droite une soudure situe
auHdessus de la >upe puis en "aut gauc"e une calotte suprieure ).D(
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40/45*-
*"apitre 3 E(eple d$application
industrielle rservoirs sous pression
Figure 3.".0sultats de localisation o$tenus 2 laide du systmedmission acoustique
Concluion
3our lquipement sous pression on peut conclure que lmission acoustique est la
meilleure mt"ode de contr;le non destructi#( Cette mt"ode possd des a%antages on peut
citer quelques e!emples : scurit des installations et les personnels, %aluation de lintgrit
globale dune structure et la plus importante cest la possibilit de sur%eillance sans arr?t le
processus m?me pour les appareils #onctionnant "aute temprature mais cette mt"ode de
contr;le possde certains incon%nients par e!emple il y a une sensibilit au! bruits de
processus et les indications qui n%oluant pas au cours de sollicitation appliqu ne sont pasdtectes(
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41/45
Conclusion gnrale
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42/45*-
*onclusion gnrale
0(n)'usi(n g*n*ra'e'ans le domaine de contr;le non destructi# 7C&'9 lmission acoustique 7E89 sa%re
une mt"ode qui permet de perce%oir en temps rel lapparition dun signal rsultant dune
dco"sion dans un matriau( Cest galement une mt"ode de contr;le caractre %olumique
en raison de lmission et de la propagation des ondes lastiques( 0a principale limitation du
contr;le non destructi# par mission acoustique dcoule du #ait quil sagit dune tec"nique
passi%e qui nest sensible quau! processus qui sont acti#s lors du contr;le(
Cependant cette tec"nique est utilise dans di##rents domaines industriels( 8uHdel
des quipements sous pression, l6mission acoustique a au>ourd6"ui le %ent en poupe( 0es
ptroliers sont en passe de l6accepter comme un standard pour la dtection des #uites et de la
corrosion sur le #ond des bacs de stocage de produits ptroliers(
En#in 0ors d6un essai, rien ne lui c"appe pour peu qu6elle soit bien applique : un
#iltrage du bruit de #ond au >uste ni%eau, de bons critres 7les paramtres tirs des #ormes
d6onde qui %ont dterminer la gra%it des d#auts9 et de bons seuils de dtection , souligne
eanH&ol Simier, responsable de la maintenance 7secteur quipements9 la direction
tec"nique d68to#ina et prsident du groupe d6mission acoustique(
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Rfrences
Bibliographiques
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7rences i)liograp"i!ues
R**ren)esBi&'i(gra/hi,ues
)D M( Riet"muller Institut de Soudure Industrie
*D M(Riet"muller, 06mission acoustiqueP applications au! quipements industriels,
Toulouse, C+FRE&' *441(
/D '( 0ocner,
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7rences i)liograp"i!ues
))D F( ros>ean, ( Littel, F( Ropital, E( Serris et U( 3eres,
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