Mesure de l’épaisseur à haute température avec des Transducteurs ÉlectroMagnétiques Acoustiques (EMATs)

Résumé

La mesure d’épaisseur constitue une opération essentielle du contrôle non destructif (CND) pour le suivi de l’intégrité des structures soumises à des conditions sévères, telles que les conduites industrielles ou les composants exposés à de fortes températures. Parmi les différentes techniques disponibles, les ultrasons représentent une solution privilégiée pour leur précision, leur rapidité d’exécution et leur capacité à évaluer les discontinuités internes des matériaux. Le transducteur électromagnétique acoustique (EMAT) se distingue des capteurs piézoélectriques traditionnels par son fonctionnement sans couplant et sa capacité à générer des ondes de cisaille ment. Ce type d’onde, dont la longueur d’onde est plus courte que celle des ondes longitudinales à fréquence donnée offre une meilleure résolution spatiale pour la mesure d’épaisseur. L’EMAT exploite principalement la force de Lorentz issue de l’interaction entre la densité de courant induite dans la pièce et un champ magnétique, permettant la génération et la détection d’ondes de cisaillement selon une configuration pulse-echo. Dans les matériaux ferromagnétiques, des phénomènes de magnétisation et de magnétostriction contribuent également à la transduction d’ondes. Des simulations par éléments finis ont permis d’optimiser la conception du dispositif, en étudiant la distribution du champ magnétique statique et la densité des forces de Lorentz. Plusieurs configurations d’aimants et de bobines ont été évaluées, et l’agencement combinant un noyau ferromagnétique central, des aimants latéraux et une bobine papillon s’est révélé le plus performant, améliorant significativement le rapport signal sur bruit (Signal to Noise Ratio - SNR) et la directivité acoustique. Les prototypes ont été réalisés à l’aide d’aimants permanents en Samarium-Cobalt (SmCo) et d’un circuit imprimé (Printed Circuit Board - PCB) en céramique d’alumine (Al2O3), assurant une stabilité mécanique et thermique jusqu’à 400 °C. Les essais sur des échantillons d’acier 1018 et 1045 ont révélé un SNR supérieur à 17 dB sur l’ensemble de la plage de température, et une excellente stabilité après plusieurs cycles thermiques ainsi qu’une semaine d’essai continu à 300 °C. Enfin, la détection de défauts internes de type trou à fond plat (Flat Bottom Hole - FBH) a été réalisée avec succès, y compris à haute température, au moyen d’un EMAT compact.

Date	11 déc. 2025
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pierre Bélanger (Directeur(-trice))