Développement de transducteurs électromagnétiques acoustiques pour l’estimation d’épaisseur minimale sur des tuyaux corrodés en acier

Résumé

Le contrôle non destructif (CND) par ondes guidées regroupe diverses techniques visant à scanner des structures comme des plaques ou des tuyaux sur de moyennes à longues distances. Les résultats peuvent aller de la caractérisation d’un défaut, nature et taille, à l’estimation des propriétés du matériau inspecté. Un phénomène largement surveillé est la corrosion. Cette réaction chimique dégrade des matériaux comme de l’acier et peut engendrer une altération de propriétés mécaniques, la création de concentrateur de contrainte ou bien une perte locale d’épaisseur. Ce dernier cas est particulièrement important dans les industries pétrochimiques puisqu’une surface corrodée non surveillée peut aboutir à la rupture d’un tuyau et donc à une fuite de produit potentiellement nocif pour les humains et l’environnement. Le filtrage structurel est une méthode permettant ce suivi. Cette technique utilise les relations de dispersion des modes d’onde guidée d’ordre élevé, ou relations des vitesses de phases et de groupes avec la fréquence et l’épaisseur du guide d’onde. Les ondes guidées de cisaillement horizontal, ondes SH, sont favorisées pour les inspections par filtrage structurel par rapport aux ondes de Lamb du fait de la simplicité d’interprétation de leurs courbes de dispersion, de leur faible sensibilité aux chargements fluides non visqueux en surface et du fait qu’elles ne se convertissent pas en modes de Lamb lorsqu’elles interagissent avec un défaut parallèle à la direction de polarisation. Cependant les ondes SH sont connues pour être difficiles à exciter et à détecter à l’aide de transducteurs piézoélectriques conventionnels. Les transducteurs électromagnétiques acoustiques ou EMAT rendent la transduction de mode SH relativement simple. Les concepts existants sont majoritairement des sondes mono-éléments, comme des EMAT à aimants permanents et périodiques ou PPM EMAT, limitant les capacités d’excitation et les techniques de traitement de données utilisables par rapport à des sondes multi-éléments. Les travaux présentés dans ce document reposent sur des résultats obtenus par simulation éléments finis et par des mesures expérimentales. Ils ont permis de démontrer que : (1) une sonde PPM EMAT lorsqu’elle optimisée pour une inspection sur un tuyau en acier permet une reconstruction rapide du profil d’épaisseur d’une région corrodée; (2) un EMAT multiéléments conçu pour la transduction d’onde SH peut permettre l’utilisation de technique avancée d’excitation et d’algorithmes de traitements de données comme des transformées de Fourier à deux dimensions avec des performances similaires à celles de sondes piézoélectrique; (3) cette dernière sonde lorsqu’elle est utilisée sur un tuyau en acier a permis l’estimation de l’épaisseur minimale selon diverses positions avec une erreur maximale de 0.4 mm et un positionnement à 10 mm près pour une distance de propagation totale de 600 mm.

Date	31 juil. 2023
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pierre Bélanger (Directeur(-trice))