Contrôle non destructif par méthodes optiques infrarouges. par Jean - Luc Bodnar

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1 Paris Mesurexpo 2011 Jeudi 6 octobre 2011 Contrôle non destructif par méthodes optiques infrarouges par Jean - Luc Bodnar Groupe de Recherche En Sciences pour l Ingénieur (GRESPI) UFR Sciences Exactes et Naturelles BP Reims cedex 02 Tèl (sec 32 47) jl.bodnar@univ-reims.fr 1

2 Sommaire Introduction Principe de la radiométrie photothermique Exemples de dispositifs de radiométrie photothermique Exemples d applications de la radiométrie photothermique dans le domaine du Contrôle Non Destructif : Des matériaux métalliques Des matériaux du bâtiment Des matériaux composites Des œuvres d art De l imagerie tomographique Conclusion 2

3 Introduction Les techniques de contrôle non destructif déjà utilisées dans le monde industriel sont nombreuses. On peut citer : Le contrôle optique (photographies UV, visibles et infrarouge, en lumière naturelle, polarisée ou rasante, interférométrie, speckle, projection de franges, spectroscopie ), la radiographie X, l analyse acoustique, Les ultrasons Le ressuage Les courants de Foucault. Ces méthodes, très diverses, sont très performantes dans leurs domaines d applications mais, ne sont bien sûr, pas universelles 3

4 Introduction De nouvelles méthodes de contrôle non destructives peuvent donc encore trouver leur place dans le domaine de l analyse industrielle. Parmi celles-ci nous pouvons citer la radiométrie photothermique Voyons ici le principe de cette méthode de contrôle non destructif et quelques exemples d application industrielle 4

5 Principe de la radiométrie photothermique 5

6 Principe de la radiométrie photothermique 6

7 Exemples de dispositifs de radiométrie photothermique 7

8 Le système SAMMTHIR 8

12 Analyse de la fresque «du Saint Christophe» à l aide du système de thermographie photothermique du LRMH (Louvre) 12

13 Le système SAMMTHIR macro 13

14 Le Système SAMMIR 14

15 Le Système SAMMIR 15

16 Exemples d applications de la radiométrie photothermique 16

17 Détection de microfissures situées dans des matériaux métalliques 17

18 Principe de la détection de microfissures par radiométrie photothermique 18

19 Les effets thermophysiques induits par une fissure débouchante 19

20 Les effets thermophysiques induits par une fissure non débouchante 20

21 Détection de microfissures débouchantes dans des matériaux métalliques présentant une surface spéculaire 21

22 Détection par radiométrie photothermique sous excitation de type «Flying spot» d une fissure débouchante de 20 µm de large et de 100 µm de profondeur dans un échantillon de laiton / nickel-chrome (codage en 22 fausses couleurs)

23 Détection par radiométrie photothermique sous excitation de type «Flying spot» d une fissure débouchante de 20 µm de large et de 100 µm 23 de profondeur dans un échantillon de laiton / nickel-chrome (vue 3D)

24 Détection de microfissures débouchantes dans des matériaux métalliques présentant une surface diffusante 24

25 Image photothermique de type «Flying spot» d une fissure débouchante de 100 µm de large et de 5 mm de profondeur dans un échantillon de duralumin recouvert de 20 µm de peinture polyuréthane (codage en 25 fausses couleurs)

26 Image photothermique de type «Flying spot» d une fissure débouchante de 100 µm de large et de 5 mm de profondeur dans un échantillon de duralumin recouvert de 20 µm de peinture polyuréthane (Vue 3D) 26

27 Détection de microfissures non débouchantes dans des matériaux métalliques 27

28 Image photothermique de type «Flying spot» d une fissure non débouchante de 100 µm de large et de 5 mm de profondeur dans un échantillon de duralumin recouvert de 20µm de peinture polyuréthane 28 (codage en fausses couleurs)

29 Image photothermique de type «Flying spot» d une fissure non débouchante de 100 µm de large et de 5 mm de profondeur dans un échantillon de duralumin recouvert de 20µm de peinture polyuréthane (vue 29 3D)

30 Détection d'un manque de polystyrène dans le complexe isolant d un mur d habitation 30

31 Principe de la détection d'un manque de polystyrène dans le complexe isolant d un mur d habitation 31

32 Les effets thermophysiques induits un défaut d'isolation 32

33 Détection d'un manque de polystyrène dans le complexe isolant d un mur d habitation 33

34 Complexe isolant d un mur d habitation comprenant un manque de polystyrène en partie courante d un mur 34

35 Complexe isolant d un mur d habitation comprenant un manque de polystyrène à proximité d un mur de refend 35

36 Structure interne de la maquette étudiée (schéma) 36

37 Structure interne de la maquette étudiée (photographie) 37

38 La maquette d étude (vue de face) 38

39 Détection par radiométrie photothermique d un manque de polystyrène de 5cm de largeur, vide ou rempli de plâtre, en partie courante d un complexe isolant d un mur de maison d habitation 39

40 Détection par radiométrie photothermique d un manque de polystyrène de 5 cm de largeur, vide ou rempli de plâtre, situé à proximité d un mur de refend d un complexe isolant d un mur de maison d habitation 40

41 Analyse d un complexe d isolation placoplâtre / polystyrène présentant un manque total d isolant et l inclusion d un tube Isolant Rigide Ordinaire électrique (tube IRO) 41

42 42 Complexe isolant comprenant un manque total de polystyrène et l inclusion d un tube IRO électrique (vue de face)

43 43 Complexe isolant comprenant un manque total de polystyrène et l inclusion d un tube IRO électrique (vue de face)

44 Image photothermique obtenue après un traitement du type «intégrale sous la réponse impulsionnelle» 44

45 Image photothermique obtenue après un traitement du type «intégrale sous la réponse impulsionnelle» (vue 3D) 45

46 Analyse d un complexe d isolation placoplâtre / polystyrène présentant un manque partiel d isolant 46

47 L échantillon étudié (vue de dessus) 47

48 L échantillon étudié (vue de dessous) 48

49 49 Image photothermique obtenue après un traitement du type «intégrale sous la réponse impulsionnelle»

50 50 Image photothermique obtenue après un traitement du type «intégrale sous la réponse impulsionnelle» (vue 3D)

51 Analyse d un complexe d isolation placoplâtre / polystyrène présentant une épaisseur variable d isolant 51

54 Image photothermique obtenue après un traitement du type «intégrale sous la réponse impulsionnelle» 54

56 Analyse d une structure d isolation de type «placostyle» 56

62 Analyse d une structure d isolation de type «placostyle à ossature bois» 62

65 Détection de défauts situés dans des échantillons en béton 65

66 Détection d une variation d épaisseur de béton 66

69 69 Image photothermique brute obtenue (codage en fausses couleurs)

70 Image photothermique brute obtenue (vue 3D) 70

71 Détection de cavités situées dans des blocs de béton 71

72 L échantillon étudié (vue de face) 72

73 L échantillon étudié (vue de derrière) 73

75 Image photothermique brute obtenue (vue 3D) 75

76 Détection d un trou dans l âme métallique d un tuyau BONNA (EDF) 76

77 Le tuyau BONNA étudié 77

78 78 Image photothermique brute obtenue (codage en fausses couleurs) obtenue lors de l étude du tuyau BONNA

79 Détection de fissures situées dans des blocs de béton 79

80 L échantillon étudié (vue de coté) 80

81 Fissure 81 Image photothermique brute obtenue (codage en fausses couleurs)

82 Détection d une fissure dans le système Bulmur d EDF 82

83 Le système Bulmur étudié (vue de face) 83

84 Le système Bulmur étudié (vue de la face arrière) 84

86 Détection d un délaminage situé dans un matériau composite par radiométrie photothermique 86

87 Principe de la détection de délaminage par thermographie photothermique 87

88 Principe de la détection de délaminage 88

89 Echantillon de carbone époxy présentant un insert de téflon simulant la présence d un délaminage 89

90 : Détection d un insert de téflon simulant la présence d un délaminage, dans un échantillon de carbone époxy 90

91 Détection de déplacage dans des peintures murales 91

92 Principe du sondage acoustique, la méthode de détection des déplacages actuellement utilisée par les restaurateurs du patrimoine 92

93 Principe du sondage acoustique 93

94 Analyse d une mini fresque académique (réplique partielle du Saint Christophe de la collection Campana du Louvre) 94

95 Le Saint Christophe de la Collection Campana du Louvre 95

96 La fresque académique étudiée (réplique partielle du Saint Christophe de la collection Campana du Louvre réalisée selon la technique des «primitifs 96» Italiens»

97 97 Positions des défauts introduits dans la fresque académique étudiée

98 98 La fresque académique étudiée et la position des défauts artificiels internes

99 Image infrarouge synthétique obtenue lors de l analyse photothermique aléatoire de la fresque académique (codage en fausses couleurs) 99

100 Image infrarouge synthétique obtenue lors de l analyse photothermique aléatoire de la fresque académique (vue 3D) 100

101 Analyse du Saint-Christophe de la collection Campana du Musée du Louvre 101

102 Le Saint Christophe de la Collection Campana du Louvre 102

103 Le Saint Christophe en cours d analyse photothermique 103

104 104 Analyse de la zone située autour de la main droite du Saint Christophe

105 105 Image infrarouge obtenue lors de l analyse de la zone située autour de la main droite du Saint Christophe (codage en fausses couleurs)

106 106 Image infrarouge obtenue lors de l analyse de la zone située autour de la main droite du Saint Christophe (codage en fausses couleurs et vue 3D)

107 Analyse de la zone située autour du bâton du Saint Christophe 107

108 Image infrarouge obtenue lors de l analyse de la zone située autour du bâton du Saint Christophe (codage en fausses couleurs) 108

109 Image infrarouge obtenue lors de l analyse de la zone située autour du bâton du Saint Christophe (vue 3D) 109

110 RADIOMETRIE PHOTOTHERMIQUE SONDAGE ACOUSTIQUE 110

111 Analyse de peintures murales de L église de Bonnet 111

112 Analyse de la peinture murale représentant Saint Florentin alité de l église de Bonnet 112

113 L église de Bonnet 113

114 La fresque du «Saint Florentin alité» analysée 114

115 Analyse de la fresque «du Saint Florentin alité», à l aide du système SAMMTHIR (Bonnet) 115

116 Relevé de l état de conservation de la fresque réalisé par Mme Taillefer, restauratrice du patrimoine 116

117 117 Image infrarouge obtenue lors de l analyse de la «fresque du saint Florentin alité» (codage en fausses couleurs)

118 Analyse de la peinture sur toile marouflée représentant Saint Martin de l église de Bonnet 118

119 Analyse de la peinture sur toile marouflée «Saint Martin» à l aide du système SAMMTHIR (Bonnet) 119

120 La peinture sur toile marouflée du «Saint Martin» analysée 120

121 Relevé acoustique 121

122 122 Les défauts présents dans la peinture sur toile marouflée du Saint Martin (relevé acoustique)

123 123 Image infrarouge obtenue lors de l analyse de la peinture sur toile marouflée du «Saint Martin»(codage en fausses couleurs)

124 124 Image infrarouge obtenue lors de l analyse de la peinture sur toile marouflée du «Saint Martin»(vue 3D)

125 Analyse de fresques de la voute de Eglise abbatiale de Saint-Savin sur Gartempe 125

126 L église abbatiale de Saint-Savin sur Gartempe 126

127 127 La Nef et les fresques de l église abbatiale de Saint-Savin sur Gartempe

128 Analyse de la fresque «Traversée de la mer rouge» 128

129 Relevé des décollements réalisé par les restaurateurs B. Moulinier et C. Dendrelle 129

130 Superposition des images infrarouges obtenues et des relevés des restaurateurs 130

131 Relevé des décollements réalisé par les restaurateurs B. Moulinier et C. Dendrelle sur la roue arrière du char 131

132 Image infrarouge obtenue lors de l analyse de la roue arrière du char 132

133 Analyse de fresques de la Chapelle Saint Pierre de Villefranche sur Mer 133

134 La chapelle Saint Pierre de Villefranche sur Mer 134

135 135 Hommage à Jean Cocteau, auteur des peintures murales de la Chapelle Saint Pierre de Villefranche sur Mer

136 Vue générale des peintures murales de la chapelle Saint Pierre de Villefranche sur Mer 136

137 137 Analyse de la fresque «Hommage aux pécheurs de Sainte Marie» à l aide du système SAMMTHIR (Villefranche sur Mer)

138 138 La peinture murale «Hommage aux pécheurs de sainte Marie» analysée

139 139 Relevé acoustique des décollements effectués par les restaurateurs

140 Image infrarouge obtenue 140

141 La peinture murale «Saint Pierre livré aux pilâtes» analysée 141

142 Légende : Efflorescences de sels Boursouflures Lacunes Zones affectées par des desquamations (écaillages) Relevé des défauts effectué par Vincent Detalle et Jean Marc Vallet 142

144 Analyse de marqueteries 144

145 Analyse d un échiquier académique 145

146 L échiquier académique étudié 146

147 Structure interne de l échiquier académique étudié 147

148 Image infrarouge obtenue (codage en fausses couleurs) 148

149 Image infrarouge obtenue (Vue 3D) 149

150 Analyse d une boîte malgache 150

151 La boite malgache analysée (vue du dessus) 151

152 La boite malgache analysée (vue de coté) 152

154 Image infrarouge obtenue (Vue 3D) 154

155 Analyse des échantillons de marqueterie du programme Européen Laseract 155

156 Première marqueterie analysée 156

158 Seconde marqueterie analysée 158

160 Troisième marqueterie analysée 160

162 Quatrième marqueterie analysée 162

164 Analyse de vitraux 164

165 Analyse d un morceau de vitrail de la cathédrale Saint Pierre de Chartres 165

166 Le morceau de vitrail analysé 166

167 Emplacement d un décollement de grisaille détecté par contrôle visuel 167

168 Excitation avec des lampes halogènes Excitation avec un flux d air chaud 168

169 Analyse du plafond du fumoir du château de Champs sur Marne 169

170 Le plafond analysé 170

173 Analyse de céramiques. 173

174 Analyse d une amphore panathénaïque (MNC 7230, 332 avant Jésus Christ) du Musée National de la Céramique de Sèvres. 174

175 L amphore panathénaïque analysée 175

176 Structure interne de l amphore panathénaïque analysée (RX) 176

177 La zone analysée 177

181 181

182 Zone analysée 182

184 Zone analysée 184

186 Analyse d une potiche ovoïde (MNC 7235, 1883) du Musée National de la Céramique de Sèvres. 186

187 La potiche ovoïde analysée 187

193 Analyse tomographique d un défaut par radiométrie photothermique 193

194 Principe de l analyse tomographique d un défaut par radiométrie photothermique pulsée 194

195 Principe de l analyse tomographique d un défaut par radiométrie photothermique pulsée 195

196 L échantillon étudié (photographie) 196

197 L échantillon étudié (représentation schématique) 197

198 Réponse photothermique obtenue 198

199 Analyse tomographique d un revêtement à épaisseur variable par radiométrie photothermique 199

200 L échantillon analysé 200

201 Réponse photothermique obtenue 201

202 Analyse tomographique de la structure interne d une carte à puce par radiométrie photothermique 202

203 Principe d une analyse tomographique par radiométrie photothermique multi fréquentielle 203

204 Excitation à haute fréquence (faible profondeur de pénétration analyse superficielle de l'échantillon) Télécarte Principe d une analyse tomographique par radiométrie photothermique multi fréquentielle 204

205 Excitation à moyenne fréquence (moyenne profondeur de pénétration analyse intermédiaire de l'échantillon) Télécarte Principe d une analyse tomographique par radiométrie photothermique multi fréquentielle 205

206 Excitation à basse fréquence (forte profondeur de pénétration analyse profonde de l'échantillon) Télécarte Principe d une analyse tomographique par radiométrie photothermique multi fréquentielle 206

207 Structure interne de la télécarte analysée 207

208 Image equi fréquentielle de phase obtenue 208

228 Conclusion 228

229 Conclusion Cet exposé visait à présenter une méthode de contrôle non destructif particulière : la radiométrie photothermique et quelques exemples d applications industrielles. Nous avons ainsi montré que cette méthode permettait le contrôle non destructif de : De matériaux métalliques De matériaux du bâtiment De matériaux composites D œuvres d art L imagerie tomographique 229

230 La méthode peut aussi permettre des analyses quantitatives : - La mesure de diffusivité thermique (transversale ou longitudinale) - La mesure d une épaisseur de revêtement - La mesure de la profondeur à laquelle se trouve un défaut - La mesure de température - 230

231 La présentation des potentialités quantitatives de la radiométrie photothermique n était pas le sujet de la conférence d aujourd'hui. Cela pourra, peut être, faire l objet d une autre rencontre.. 231

232 Pour en savoir plus -> THERMOGRAM et 9 décembre 2011 IUT Leonard de Vinci Chalons en Champagne 232

233 Merci de votre attention 233