Ecole Doctorale Santé, Information, Communications, Mathématiques, Matière (ED SICMA 0373) THESE. présentée à

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1 Ecole Doctorale Santé, Information, Communications, Mathématiques, Matière (ED SICMA 0373) THESE présentée à L Université de Bretagne Occidentale (UBO) pour l obtention du DOCTORAT EN ELECTRONIQUE Par Julien KEROUEDAN Conception et réalisation de sondes hyperfréquences pour la détection de micro-fissures de fatigue à la surface des métaux Soutenue le 25 mars 2009 devant le jury composé de : Rapporteurs M. Michel CASTAGNE, Professeur, Institut d Electronique du Sud, Université de Montpellier 2 M. Robert PLANA, Professeur, LAAS-CNRS, Université Paul Sabatier Toulouse 3 Examinateurs M. M hamed DRISSI, Professeur, IETR, INSA de Rennes M. Patrick QUEFFELEC, Professeur, Lab-STICC, UBO, Directeur de thèse M. Philippe TALBOT, Maître de conférences, Lab-STICC, UBO, Encadrant de thèse M. Alain LE BRUN, Ingénieur Chercheur, EDF R&D, Tuteur industriel M. Cédric QUENDO, Ingénieur de recherche, Lab-STICC, UBO

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3 Remerciements Le travail présenté dans ce mémoire a été réalisé au Lab-STICC dans le cadre d une thèse en convention CIFRE avec EDF R&D. Je souhaite remercier, tout d abord, Monsieur M hamed Drissi, Professeur à l INSA de Rennes, d avoir accepté de présider mon jury. Je remercie également les rapporteurs de cette thèse, Messieurs Michel Castagné, Professeur à l Université de Montpellier 2, et Robert Plana, Professeur à l Université Paul Sabatier Toulouse 3, pour l intérêt qu ils ont porté à mon travail. Je tiens à exprimer ma profonde gratitude envers mon directeur de thèse, Monsieur Patrick Quéffélec, Professeur à l UBO, pour sa disponibilité, ses qualités pédagogiques et scientifiques et son engagement dans ma thèse. Je remercie chaleureusement, Monsieur Philippe Talbot, Maître de conférences à l UBO, pour le temps qu il m a consacré, les précieux conseils qu il m a donnés, et tout ce qu il m a apporté aussi bien sur le plan scientifique que sur le plan humain. Je tiens à remercier particulièrement, Monsieur Alain Le Brun, Ingénieur Chercheur Sénior au département STEP d EDF R&D et tuteur industriel de cette thèse, pour ses conseils avisés et sa disponibilité. J ai beaucoup appris lors de nos échanges et je lui adresse toute ma gratitude. Je suis très reconnaissant à Monsieur Cédric Quendo, Ingénieur de recherche à l UBO, qui a accepté de partager son savoir au cours de discussions toujours très enrichissantes. Je remercie, Madame Claire Laurent, Ingénieur Chercheur Chef du groupe P1E du département STEP d EDF R&D, pour m avoir accueilli au sein de son équipe de recherche et pour avoir mis à ma disposition les moyens nécessaires au bon déroulement de mes travaux. J aimerais aussi remercier Messieurs Bernard Della, Guy Chuiton, Raymond Jézéquel et Didier Rozuel, techniciens au Lab-STICC, pour la réalisation des capteurs ainsi que la conception et la fabrication du système de fixation des connecteurs. Enfin, je remercie Maryline, ma famille et mes amis pour leur soutien durant la thèse.

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5 Table des matières Table des matières INTRODUCTION CONTEXTE GENERAL DE L ETUDE Introduction Problématique industrielle Le matériau étudié : l acier inoxydable 304L Propriétés principales du matériau Les fissures de fatigue Etat de l art des méthodes de contrôle non destructif hors domaine micro-onde Les méthodes optiques Les méthodes visuelles : examens visuel, endoscopique et télévisuel La thermographie infrarouge L interférométrie holographique et l interférométrie de speckle Le ressuage La magnétoscopie Les méthodes utilisant des rayonnements ionisants : la radiographie et la tomographie La radiographie La tomographie Avantages et inconvénients de la radiographie et de la tomographie Les méthodes acoustiques : les ultrasons et l émission acoustique Le contrôle par ultrasons L émission acoustique L analyse vibratoire Le contrôle par courants de Foucault Le contrôle d étanchéité Conclusion Références du chapitre

6 Table des matières 2. ETAT DE L ART DES METHODES DE CND MICRO-ONDES Introduction Résolution spatiale des techniques micro-ondes en champ proche et en champ lointain Les limites de la résolution Potentiel des techniques micro-ondes en champ proche et en champ lointain pour détecter des micro-fissures de surface dans les métaux Les méthodes en champ proche non résonantes Méthode de détection par guide d onde rectangulaire Utilisation du mode dominant d un guide d onde rectangulaire Utilisation des modes supérieurs d un guide d onde rectangulaire Méthode de détection par sonde coaxiale Principe de la détection par sonde coaxiale Expériences menées par R. Zoughi et al Expériences menées par M. Saka et al Les méthodes en champ proche résonantes Guide d onde terminé par une antenne fente Cavité coaxiale résonante terminée par une pointe Ligne coaxiale résonante terminée par une pointe Sondes résonantes microruban Conclusion Références du Chapitre DETECTION DES DEFAUTS DE SURFACE PAR UNE TECHNIQUE EN CHAMP PROCHE RESONANTE Introduction Moyens matériels et logiciels de simulation Les moyens matériels La maquette utilisée pour l étude de faisabilité La table de déplacement XYZ Les appareils de mesure Les moyens technologiques pour la réalisation des sondes Les logiciels de simulation électromagnétique Choix de la technique en champ proche résonante La cavité coaxiale résonante terminée par une pointe La ligne coaxiale résonante terminée par une pointe La ligne microruban résonante terminée par un élément rayonnant... 77

7 Table des matières 3.4 Description et dimensionnement du résonateur microruban Description de la sonde microruban résonante Le substrat La ligne d alimentation Le gap La ligne résonante g /4 ou g / Le taper L élément rayonnant Dimensionnement de la sonde microruban résonante Choix du substrat et contraintes technologiques Fréquences de travail possibles Etude du facteur de qualité de la sonde microruban résonante Choix et dimensions de l élément rayonnant Simulations et mesures Simulations Domaines d application des logiciels ADS TM et HFSS TM Etude du résonateur microruban isolé Simulations de la sonde résonante en interaction avec une plaque métallique Simulations de la sonde résonante en interaction avec une entaille Modélisation sous ADS TM des interactions sonde/métal sain et sonde/entaille Résultats expérimentaux Le dispositif expérimental Mesures au dessus de l entaille (w e = 0.2 mm, h e = 3 mm et l e = 10 mm) Conclusion Références du Chapitre CONCEPTION DE CAPTEURS ALLIANT HAUTE SENSIBILITE ET RESOLUTION SPATIALE ELEVEE Introduction Capteurs de mesure en réflexion Sonde résonante demi-onde terminée par un dipôle électrique imprimé Description du capteur Simulations HFSS TM des interactions sonde/métal sain et sonde/entaille Etude ADS TM de la sonde Sonde de type "balance" Description du capteur Etude ADS TM de la sonde Simulations HFSS TM des interactions sonde/métal sain et sonde/entaille Analyse critique des capteurs de mesure en réflexion Présentation et simulations ADS TM de la sonde de mesure en réflexion/transmission de type filtre DBR passe-bande d ordre Description du filtre DBR passe-bande d ordre

8 Table des matières Description et principe de fonctionnement de la sonde de type filtre DBR passe-bande d ordre Dimensionnement de la sonde de type filtre DBR passe-bande d ordre Etude ADS TM de la sonde de type filtre DBR passe-bande d ordre Simulations HFSS TM de la sonde DBR d ordre Limites du modèle ADS TM utilisé pour étudier la sensibilité des sondes DBR d ordre Simulations HFSS TM des deux capteurs DBR d ordre 1 isolés Simulations HFSS TM des interactions sonde/métal sain et sonde/entaille Résultats expérimentaux obtenus avec la sonde DBR d ordre Dispositif expérimental et méthodologie suivie pour réaliser les mesures Dispositif expérimental Méthodologie suivie pour réaliser les mesures Détection de l entaille de largeur w e = 0.2 mm, de profondeur h e = 3 mm et de longueur l e = 10 mm (maquette en acier inoxydable 304L) Mesures effectuées avec une distance sonde-échantillon d = 50 m Influence de la distance sonde-échantillon d sur la réponse des capteurs Influence de l orientation de la sonde DBR Influence de la profondeur h e de l entaille sur la réponse du filtre DBR d ordre 1 (maquette en acier inoxydable 304L) Influence de la largeur w e de l entaille sur la réponse du filtre DBR d ordre 1 (maquette en acier inoxydable 304L) Etude d une entaille rectangulaire située sur une maquette en Inconel Conclusion Références du Chapitre MODELISATION DU COMPORTEMENT DE LA SONDE DBR D ORDRE Introduction Effet de la découpe du substrat au bout du stub HF Filtre DBR d ordre 1 sans découpe du substrat au bout du stub HF Filtre DBR d ordre 1 avec découpe du substrat au bout du stub HF Comportement de la sonde DBR d ordre 1 en présence d un métal sain Etude HFSS TM de l interaction sonde/métal sain pour d = 50 m Etude HFSS TM de l interaction sonde/métal sain pour d = 100 m Analyse des résultats de simulation HFSS TM Modélisation ADS TM du couplage sonde/métal dans et hors de la ZMC Modèle ADS TM avec lignes couplées du capteur DBR d ordre 1 isolé Modélisation ADS TM du couplage sonde/métal pour d = 50 m

9 Table des matières Modélisation ADS TM du couplage sonde/métal pour d = 100 m Courbe de calibration du capteur DBR d ordre 1 déduite des modèles ADS TM Influence d une entaille sur le comportement de la sonde DBR d ordre Etude HFSS TM de l interaction sonde/entaille pour d = 50 m Modélisation ADS TM de l interaction sonde/entaille pour d = 50 m Conclusion Références du Chapitre SONDE DBR D ORDRE 2 ET SONDE DBR D ORDRE 1 AVEC PLAN DE MASSE OUVERT Introduction Sonde DBR d ordre Description et principe de fonctionnement de la sonde DBR d ordre Dimensions et simulation ADS TM de la sonde DBR d ordre 2 isolée Etude HFSS TM de la sonde DBR d ordre Simulation HFSS TM du capteur isolé Simulations HFSS TM des interactions sonde/métal sain et sonde/entaille Résultats expérimentaux obtenus avec la sonde DBR d ordre Bilan des études théoriques et expérimentales de la sonde DBR d ordre Sonde DBR d ordre 1 avec plan de masse ouvert Description de la sonde DBR d ordre 1 avec plan de masse ouvert Etude HFSS TM des interaction sonde/métal sain et sonde/entaille Simulation HFSS TM de l interaction sonde/métal sain Simulation HFSS TM de l interaction sonde/entaille pour d = 300 m Résultats expérimentaux obtenus avec la sonde DBR d ordre 1 avec plan de masse ouvert Bilan des études théoriques et expérimentales de la sonde DBR d ordre 1 avec plan de masse ouvert Conclusion Références du Chapitre CONCLUSION ANNEXES LISTE DES PUBLICATIONS ET COMMUNICATIONS

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11 Introduction Introduction La fatigue mécanique et thermique des structures métalliques est l une des altérations majeures dans les centrales de production d énergie. La détection précoce des défauts de surface par Contrôle Non Destructif (CND) permet une maintenance préventive pertinente des installations en évitant autant que faire se peut d avoir à démonter, réparer ou remplacer prématurément les composants en service. Actuellement, la majorité des solutions automatisées de CND est basée sur des techniques utilisant les ultrasons ou les courants de Foucault. Cependant, malgré leurs sensibilité et résolution élevées, ces méthodes ne sont pas nécessairement adaptées à toutes les situations rencontrées en pratique. En effet, la sensibilité des courants de Foucault à différents paramètres perturbateurs (variations locales de la distance sonde-échantillon par exemple) rend parfois l analyse des signaux mesurés délicate. C est pourquoi différents travaux de recherche sont en cours pour améliorer les performances des sondes de détection par courants de Foucault, et pour dimensionner et modéliser les fissures de surface dans les matériaux conducteurs d électricité. D autre part, les procédés de contrôle ultrasonore industriels ne permettent pas toujours de détecter de façon satisfaisante les défauts débouchants de faible profondeur (inférieure à 3 mm) localisés près de la surface d inspection. Les limites des méthodes de contrôle conventionnelles par courants de Foucault et ultrasons pour détecter des micro-fissures de surface dans les métaux justifient l intérêt d évaluer le potentiel de nouvelles techniques. Notre étude s inscrit dans ce cadre et se focalise très précisément sur l apport des méthodes micro-ondes. Durant la thèse, nous nous sommes intéressés principalement à la détection d entailles rectangulaires électroérodées, de 100 à 300 m d ouverture et de profondeurs inférieures à 3 mm, situées à la surface de maquettes en acier inoxydable 304L de 20 mm d épaisseur. L objectif de nos travaux de recherche était de concevoir et de réaliser des sondes micro-ondes capables de détecter les entailles contenues dans les maquettes de test. Nous précisons que ces maquettes sont également utilisées par EDF pour évaluer les performances des sondes à courants de Foucault et des capteurs ultrasonores. Le défi que nous devions relever était donc de démontrer la faisabilité d une détection d éléments dont les dimensions caractéristiques sont de l ordre de quelques dizaines de micromètres par interaction avec un rayonnement électromagnétique dont la longueur d onde est bien plus élevée, puisque le domaine des micro-ondes correspond à des longueurs d ondes variant du mètre au millimètre. En outre, soucieux de garantir une réalisation et une manipulation aisées des capteurs, nous avons privilégié le domaine des longueurs d ondes centimétriques (fréquences entre 3 GHz et 30 GHz). Dans de telles conditions expérimentales, l utilisation des ondes évanescentes s imposait de manière évidente. Notre orientation était donc celle des mesures en champ proche. Le problème posé devenait donc la définition - 1 -

12 Introduction de capteurs à haute résolution spatiale présentant également, du fait de la faible intensité des ondes évanescentes, une sensibilité suffisante vis-à-vis de l instrumentation utilisée en pratique pour relever les grandeurs accessibles à l expérience (analyseur de réseau vectoriel). Ce mémoire comporte six chapitres. Le premier chapitre décrit le contexte général de notre étude. Tout d abord, nous donnons les raisons qui poussent EDF à développer des outils de contrôle non destructif pour détecter les microfissures de surface dans les métaux. Ensuite, nous abordons les propriétés de l acier inoxydable 304L et les types d endommagements pouvant provoquer l apparition de micro-fissures de surface dans ce matériau. Enfin, nous présentons un état de l art succinct des principales méthodes de CND hors domaine micro-onde et nous justifions l intérêt d évaluer le potentiel des méthodes micro-ondes pour détecter les micro-fissures de surface dans les métaux. Le second chapitre présente les principales techniques micro-ondes qui ont été étudiées pour détecter des défauts de surface dans les matériaux métalliques. Nous y montrons que l état de l art des méthodes micro-ondes ne relate, à notre connaissance, aucun transfert sur le plan industriel des méthodes proposées. L analyse des performances des différents dispositifs présentés dans la littérature nous permet toutefois de déterminer la technique la plus à même de satisfaire le cahier des charges de notre étude. Dans le troisième chapitre, nous étudions la faisabilité de la détection d une entaille de largeur w e = 0.2 mm, de profondeur h e = 3 mm et de longueur l e = 10 mm à l aide d une sonde résonante en champ proche. Nous présentons les résultats de simulation et de mesure obtenus avec un résonateur terminé par un dipôle électrique et nous listons les avantages et les inconvénients du capteur testé. Le quatrième chapitre expose plusieurs types de sondes permettant d obtenir une sensibilité de détection plus importante que celle du capteur résonant terminé par un dipôle électrique. En particulier, nous présentons le capteur en réflexion/transmission de type filtre Dual-Behavior Resonator (DBR) passe-bande d ordre 1. Après avoir expliqué le principe de fonctionnement de ce capteur, nous étudions, en simulation et en mesure, l influence des dimensions (largeur w e et profondeur h e ) de l entaille et de la conductivité électrique du métal sur la réponse de la sonde DBR. Le cinquième chapitre est consacré à la modélisation du comportement de la sonde DBR d ordre 1. Nous exposons des modèles ADS TM permettant de simuler l interaction sonde/métal sain et nous définissons plusieurs voies d investigation concernant la modélisation des phénomènes physiques mis en jeu lorsque la sonde est située au dessus d un défaut de surface. Le sixième et dernier chapitre présente deux sondes à base de résonateurs DBR : la sonde DBR d ordre 2 et la sonde DBR d ordre 1 avec plan de masse ouvert. Nous démontrons que, par rapport à un contrôle avec un capteur DBR d ordre 1, le capteur d ordre 2 permet d augmenter le pas d incrémentation de la sonde tandis que le capteur DBR d ordre 1 avec plan de masse ouvert permet d accroître la distance sonde-échantillon

13 Chapitre 1 - Contexte général de l étude Chapitre 1 Contexte général de l étude Sommaire 1.1 Introduction 1.2 Problématique industrielle 1.3 Le matériau étudié : l acier inoxydable 304L 1.4 Etat de l art des méthodes de contrôle non destructif hors domaine micro-onde 1.5 Conclusion Références du chapitre Introduction Ce premier chapitre décrit le contexte général de notre étude. Il vise à positionner la problématique industrielle et les objectifs de l étude. La section 1.2 explique quelles sont les motivations qui poussent EDF à développer des outils de contrôle non destructif et à s intéresser à la détection de micro-fissures de surface dans les métaux. La section 1.3 décrit le métal principalement étudié dans nos travaux : l acier inoxydable austénitique 304L. Nous énonçons les raisons motivant l étude de l acier inoxydable 304L et nous abordons les propriétés du matériau et les types d endommagements pouvant entraîner l apparition de microfissures de surface. La section 1.4 présente un état de l art succinct des principales méthodes de contrôle non destructif hors domaine micro-onde. Dans cette partie, l exposé du principe et du domaine d application (matériaux contrôlables et type de défauts détectables) des différentes techniques permet notamment d évaluer la pertinence de ces méthodes pour répondre à la problématique de notre étude. Enfin, dans la section 1.5, nous justifions l intérêt d évaluer le potentiel de techniques micro-ondes pour détecter les micro-fissures de surface dans les métaux

14 Chapitre 1 - Contexte général de l étude 1.2 Problématique industrielle "Les centrales nucléaires, comme toutes les installations industrielles, sont sujettes au vieillissement qui peut affecter la sûreté de l'installation : vieillissement des structures (bâtiments, circuits, composants métalliques) et des éléments de contrôle des procédés (contrôle-commande, actionneurs...). Compte tenu du retour d'expérience, cette notion de vieillissement, liée par nature à l'âge des installations, est étendue aux dégradations inattendues, quel que soit leur moment d'apparition. Un élément de maîtrise du vieillissement est constitué par les possibilités de réparation, de remplacement ou de modification des éléments affectés". "Certains composants peuvent s'avérer non remplaçables, ou difficilement réparables. Dans ce cas, le vieillissement de ces composants conditionne la durée de vie technique de l'installation. Pour ces matériels, les dispositions prises à la conception et les dispositions de surveillance sont essentielles". "Le même phénomène de vieillissement est mis en cause : il s'agit d'un phénomène de fatigue thermique". "Les investigations menées pour la compréhension des phénomènes de fissuration ont montré la nécessité de réexaminer la limite d'endurance utilisée pour les aciers austénitiques". "A partir de 2008, les centrales nucléaires françaises auront dépassé le seuil des 30 ans, la maintenance des gros composants doit donc être anticipée dès aujourd hui, notamment de façon à développer des outils de contrôle et d intervention robotisés". Le texte ci-dessus regroupe des extraits de notes d information de l Autorité de Sûreté Nucléaire pour la période allant de 2001 à 2003 [1.1]. Il met en avant le vieillissement des centrales nucléaires françaises et montre que l anticipation des actions de maintenance du parc nucléaire est un point crucial pour EDF, et que le développement d outils de contrôle non destructif (CND) est une nécessité pour mener à bien cette mission. L accent est mis en particulier sur la nécessité de surveiller, grâce à des méthodes adaptées de contrôle non destructif, le vieillissement de certains composants en acier. En effet, force est d admettre que l acier, massivement utilisé dans la fabrication d une centrale, est soumis à des contraintes thermiques et mécaniques importantes pouvant entraîner l apparition de fissures de fatigue [1.2], [1.3], [1.4]. Ces fissures débouchent à la surface du matériau affecté, mais peuvent se refermer dès que le composant est à l arrêt et qu il n est plus soumis aux contraintes de fonctionnement (pression, vibrations, rotation). Leur ouverture est alors de quelques microns seulement et les procédés de détection classiques (ultrasons et courants de Foucault notamment) peuvent parfois se révéler inefficaces. Or, un diagnostic précoce de ces micro-fissures est nécessaire afin de réparer les pièces à bon escient, en évitant notamment de démonter et de changer inutilement des composants sains. En pratique, pour juger de la nocivité d une micro-fissure pour l intégrité du matériau, on cherche à évaluer son extension en profondeur. L information sur la profondeur de la - 4 -

15 Chapitre 1 - Contexte général de l étude fissure, combinée à la connaissance du comportement des composants fragilisés permet ainsi de déterminer l opération de maintenance adéquate. Suivant que le défaut ait atteint ou non une dimension critique, on opte pour une réparation voire un remplacement de la pièce défectueuse ou pour une surveillance régulière de l extension de la fissure dans le matériau. Les activités de recherche d EDF sur les méthodes de CND visent donc à répondre à deux préoccupations majeures : assurer la sécurité des installations de production d énergie (sûreté) et permettre une maintenance préventive pertinente des installations (enjeu économique). 1.3 Le matériau étudié : l acier inoxydable 304L Nos travaux se sont portés principalement sur la détection de défauts de surface dans des maquettes en acier inoxydable 304L (référence dans la norme américaine AISI 1 ). La référence équivalente de l acier inoxydable 304L dans la nomenclature européenne est EN Ce matériau est très utilisé dans l industrie, et en particulier dans le nucléaire. Il est présent notamment dans les tuyauteries des circuits primaires et secondaires des centrales nucléaires. Les principaux avantages de l acier inoxydable 304L sont une excellente résistance à la corrosion et une grande ductilité 2 [ ]. Dans cette section, nous présentons les propriétés principales de l acier inoxydable 304L et les facteurs qui sont à l origine de l apparition des micro-fissures de surface Propriétés principales du matériau La composition chimique et les propriétés mécaniques de l acier inoxydable austénitique 304L sont régies par des normes (normes EN, ASTM, ASME, AISI). Le tableau 1-1 présente les spécifications de la norme ASTM A240 [1.11] concernant la composition chimique de l acier inoxydable 304L. Il donne les pourcentages massiques des différents éléments de l alliage. Il est important de signaler la faible teneur en carbone (inférieure à 0.03 %) de l acier inoxydable 304L (L pour low-carbon) qui permet notamment d éviter l apparition de corrosion intergranulaire [1.6] lors des opérations de soudure. D autre part, l acier inoxydable 304L est protégé de la corrosion par une couche de passivation formée d oxyde de chrome (Cr ) et d oxyde de nickel (Ni0) dont l épaisseur ne dépasse guère les 5 nm. Cette passivation empêche l oxydation du fer. 1 AISI : American Iron and Steel Institute. 2 ductilité : propriété d un corps qui peut être étiré sans se rompre

16 Chapitre 1 - Contexte général de l étude Elément0 Carbone (C) Manganèse (Mn) Phosphore (P) Soufre (S) Silicium (Si) Chrome (Cr) Nickel (Ni) Azote Fer % en masse max max max max max max. Pourcentage massique restant Tableau 1-1 : Spécifications de la norme ASTM A240 concernant la composition de l acier inoxydable 304L. Le tableau 1-2 présente les caractéristiques électriques, mécaniques, physiques et thermiques de l acier inoxydable 304L (d après des données techniques de la société Goodfellow [1.12]). Caractéristiques électriques Conductivité électrique (MS/m) 1.4 Caractéristiques mécaniques Dureté - Brinell 160 à 190 Elongation à la rupture (%) < 60 Module d élasticité (GPa) 190 à 210 Résistance à la traction (MPa) 460 à 1100 Caractéristiques physiques Densité (g.cm -3 ) 7.93 Point de fusion ( C) 1400 à 1455 Coefficient d expansion thermique (x 10-5 K -1 ) 18 entre 20 et 100 C Conductivité thermique (W.m -1.K -1 ) 16.3 à 23 C Tableau 1-2 : Caractéristiques électriques, mécaniques, physiques et thermiques de l acier inoxydable 304L. En complément des informations contenues dans le tableau 1-2, il faut préciser que l acier inoxydable 304L est amagnétique. Il en résulte que le seul paramètre permettant de prédire la réponse d une pièce en acier inoxydable 304L à une excitation électromagnétique est la conductivité électrique. Il est intéressant de comparer la valeur de conductivité électrique de l acier inoxydable 304L ( = 1, S/m) à celles d autres matériaux conducteurs d électricité. Le tableau 1-3 présente les valeurs de conductivité électrique de deux métaux couramment employés en électronique (le cuivre et l or) et de deux matériaux très utilisés dans les centrales de production d énergie (l acier inoxydable 304L et l Inconel 600). Ce tableau montre que les valeurs de conductivité électrique de l acier inoxydable 304L et de l Inconel 600 sont bien inférieures à celles de l or et du cuivre. Matériau Conductivité électrique (S/m) Cuivre 5, Or 4, Acier inoxydable 304L 1, Inconel 600 9, Tableau 1-3 : Valeurs de conductivité électrique de différents matériaux conducteurs d électricité

17 Chapitre 1 - Contexte général de l étude Les fissures de fatigue Malgré leur limite d élasticité élevée (cf. tableau 1-2) et leur traitement contre l oxydation, certains éléments en acier inoxydable 304L exposés à des contraintes mécaniques et thermiques importantes sont dégradés dans le temps. Ils sont susceptibles de s oxyder ou de se fissurer. C est le cas notamment de certains composants situés dans les circuits de refroidissement des centrales nucléaires qui sont soumis localement à des contraintes mécaniques et à des variations cycliques de température. Ces fluctuations peuvent engendrer par fatigue thermique [1.2], [1.3], [ ] l apparition de fissures inter ou trans-granulaires dans les composants. Les fissures engendrées par fatigue thermique sont appelées fissures de fatigue. Comme signalé précédemment, ces fissures généralement courtes (quelques mm) débouchent à la surface du matériau affecté, mais ont la fâcheuse tendance à se refermer dès que le matériau n est plus contraint (figure 1-1). Elles sont dites refermées et leur ouverture n excède alors pas quelques microns. La détection de ces micro-fissures lors des opérations de contrôle en service des installations est vitale à plusieurs points de vue : Plus elles sont détectées tôt (détection de l amorçage de l endommagement), plus vite le remplacement de la pièce peut être envisagé. La maintenance préventive, qui consiste à changer la pièce "au cas où", même si elle est en bon état, peut évoluer vers une maintenance curative optimisée. Figure 1-1 : Vue agrandie d une fissure de fatigue dans une plaque en acier inoxydable 304L [1.3]. D autre part, il convient de pouvoir estimer les dimensions de ces fissures de fatigue pour pouvoir en apprécier la nocivité. En effet, à partir de relevés réguliers des dimensions des défauts et de modèles de fissuration et de comportement en fatigue mécano-thermique des aciers inoxydables [1.3], [1.16], il est possible d estimer la durée de vie des composants en service. Ce suivi de l évolution du dommage au cours du temps nécessite l utilisation de techniques fiables garantissant une grande reproductibilité de l examen non destructif. Un état de l art des principales techniques de CND utilisées actuellement permettra certainement d encore mieux appréhender la problématique de la détection de fissures à la surface des métaux

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