Recherche de moyens de contrôle non destructif permettant la découverte de criques dans les structures bois. Rapport final

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1 Recherche de moyens de contrôle non destructif permettant la découverte de criques dans les structures bois Rapport final Version révisée du 21 février 2008 L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 1 / 105

2 Table des matières 1 Introduction 5 2 Typologie des criques dans les longerons d'avions légers Voilure et longeron Efforts mécaniques s'exerçant sur le longeron Définition d'une crique Observations des criques sur voilures en réparation 10 3 Phénoménologie et détectabilité des criques dans les structures bois Généralités sur le matériau bois Comportement mécanique en traction compression Comportement mécanique en flexion Résultats scientifiques obtenus sur la ruine en compression 16 4 Principales techniques de contrôle non destructif Définition du contrôle non destructif Méthodes visuelles : Examen visuel, endoscopique ou télévisuel (Visual examination) Méthode du ressuage (Liquid penetrant) Méthodes d étanchéité (Permeability testing) Méthode magnétique: Magnétoscopie (Magnetic particle) Méthode électromagnétique : Courants de Foucault (Eddy current) Méthode thermique : Thermographie infrarouge (Thermal infrared testing) Méthodes par acousto ultrasons : Ultrasons et Emission acoustique (Ultrasonic and Acoustic emission) Méthodes par rayonnements ionisants : Radiographie et tomographie (Radiology) Méthodes optiques (Optical methods) Tableau des avantages et des inconvénients 34 5 Sélection des méthodes de contrôle Critères de sélection Notation des méthodes selon les critères Application des critères Tableau de synthèse 38 6 Méthodologie expérimentale Réalisation des échantillons de validation 39 L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 2 / 105

3 6.1.1 Essais d'endommagement Confection des échantillons de validation Répartition des activités de recherche 43 7 Analyse d image Protocole expérimental Résultats 45 8 Thermographie infrarouge Méthodologie expérimentale du contrôle non destructif par thermographie infrarouge Description des cameras infrarouges utilisées Résultats et analyses des essais de thermographie infrarouge 50 9 Rayons X Protocole expérimental Imagerie par transmission Mesure par diffusion Compton Résultats obtenus Imagerie par rayons X en transmission Mesure par rayons X en diffusion Compton Ultrasons Essais ultrasonores en laboratoire par couplage avec de l eau Protocole expérimental Essais en réflexion normale sur échantillons Essais en incidence variable sur un élément de longeron Résultats en réflexion normale sur échantillons Interprétation d un essai A Scan en Réflexion Normale Interprétation d un essai B Scan en Réflexion Normale Synthèse des résultats obtenus en réflexion normale Résultats en incidence variable sur un élément de longeron Essais ultrasonores par contact élastomère Protocole expérimental Description et caractéristiques de l instrumentation ultrasonore Méthode de mesure Résultats Visualisation du signal en mode A SCAN Visualisation des signaux en mode B scan Suivi par ultrasons d une aile d avion de CAP10 au cours d un essai de flexion 4 points Protocole expérimental Description et caractéristiques de l instrumentation ultrasonore Méthode de mesure Résultats Emission Acoustique Suivi par Emission Acoustique d essais de compression axiale sur des éprouvettes de bois Protocole expérimental Essai de compression axiale Instrumentation utilisée en Emission Acoustique 77 L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 3 / 105

4 Résultats Suivi de l essai de compression par Emission Acoustique Estimation de l endommagement et de la rupture par Emission Acoustique Suivi par Emission Acoustique d un longeron de CAP10 au cours d un essai de flexion 4 points Protocole expérimental Essai de flexion 4 points Instrumentation utilisée en Emission Acoustique Résultats Suivi par Emission Acoustique d une aile d avion de CAP10 au cours d un essai de flexion 4 points Protocole expérimental Essai de flexion 4 points Instrumentation utilisée en Emission Acoustique Résultats Système d acquisition SAMOS Système d acquisition Pocket EA Conclusions Typologie des criques et problématique du contrôle Méthodes de contrôle sélectionnées Analyse d image sur échantillons de validation Thermographie infrarouge sur échantillons de validation Rayons X sur échantillons de validation Imagerie en transmission (35 kv, 400 μa, 20 μm) Diffusion Compton (120 kv, 230 μa, 20 μm) Ultrasons Réflexion normale par couplage avec de l eau sur échantillons de validation Incidence variable par couplage avec de l eau sur un élément de longeron Essais ultrasonores par contact élastomère sur échantillons de validation Suivi par ultrasons d une aile d avion de CAP10 cours d un essai de flexion 4 points Emission Acoustique Emission Acoustique sur échantillons de validation Emission Acoustique sur morceau de longeron de CAP Emission Acoustique sur voilure de CAP Recommandations Coordonnées des auteurs Bibliographie 104 L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 4 / 105

5 1 Introduction Ce document constitue le rapport final de l étude n 06/084/MQ/FIN ayant pour objet la définition des moyens de contrôle non destructif permettant de découvrir des criques dans des structures en bois brut débité, à l exclusion des contreplaqués. Ces structures, en particulier les longerons, font partie de la structure d avions légers en bois, et notamment d avions de voltige tel que le CAP10. Cet avion de voltige constitue la référence de l étude en raison de la disponibilité d ailes hors service comportant des criques. Cet avion est de plus préférable à un avion de construction amateur car il a été construit en de nombreux exemplaires ; la flotte en service est donc importante. Le terme de crique de compression désigne une anomalie de structure présente sous la forme d une fracture ténue perpendiculaire aux fibres du bois. Une crique est causée par une déformation importante puis une rupture en compression des cellules du bois. La formation d une crique s accompagne de nombreuses fissures transversales dans le matériau. Tous les avions, quels qu ils soient, sont régulièrement vérifiés. Ces contrôles sont principalement visuels et externes. D autres visites telles que les "grandes visites" ou "révisions générales" sont plus poussées et nécessitent le démontage de certains éléments de l avion. L examen reste cependant visuel et subjectif. Certaines parties de l avion demeurent des plus inaccessibles et sont donc difficiles à inspecter. Les moyens de détection doivent permettre au mieux d assurer des contrôles soit lors de la construction initiale, soit lors du suivi de navigabilité pour tous les aéronefs de construction bois, aussi bien pour les appareils de série que pour les aéronefs de construction amateur. Le but de cette étude de faisabilité est de proposer un ou plusieurs moyens efficaces, non subjectifs et les moins coûteux possible. L étude s est déroulée en quatre phases : Phase 1 : Récolte des données existantes. o Définition de la problématique du contrôle non destructif et réalisation d une typologie des criques de compression observées sur CAP10. o Analyse des articles bibliographiques spécialisés relatifs aux criques de compression dans le matériau bois. o Recensement des méthodes de contrôle applicables à la problématique de détection des criques. Phase 2 : Sélection des méthodes de contrôle et fabrication des éprouvettes de test. o Elimination des méthodes de contrôle inapplicables pour la recherche de criques dans le matériau bois. Les méthodes de contrôle retenues sont étudiées dans les phases suivantes par des L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 5 / 105

6 laboratoires et des sociétés partenaires. o Fabrication des échantillons de test. Il s agit d endommager des échantillons de bois pour créer «artificiellement» des criques de compression représentatifs des criques observées réellement sur CAP10. A partir des échantillons endommagés, il s agit ensuite de réaliser des échantillons de validation. Ces échantillons de validation doivent être représentatifs d une semelle de longeron réelle. Phase 3 : Essais de validation des méthodes de contrôle retenues. o Essais des méthodes de contrôle sur les échantillons de validation. Ces essais permettent d étudier à la fois l aspect recherche fondamental et l aspect faisabilité du développement industriel. o Essais des méthodes sur un élément de longeron et une voilure de CAP10. Ces essais permettent d étudier directement l aspect faisabilité sur deux cas réels. Phase 4 : Analyse des essais de validation et recommandations. o Détermination de l efficacité de chaque méthode de contrôle par rapport à la problématique. o Recommandations concernant les méthodes les plus efficaces pour permettre la réalisation d un appareil de contrôle industriel. Des éléments à la fois financiers et de durée de développement sont pris en compte. CAP 10 (Source : L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 6 / 105

7 2 Typologie des criques dans les longerons d'avions légers 2.1 Voilure et longeron Figure 1 : Schéma d'une voilure monobloc (cas du CAP10). La voilure est l'un des éléments composant la cellule d'un avion (Figure 1). Elle assure la sustentation de l'appareil en générant une force appelée portance. Dans le cas d'un avion monoplan, la voilure est constituée de deux ailes. Chaque aile est constituée d'un (ou plusieurs) longeron attaché au fuselage (un longeron principal et un longeronnet dans le cas du CAP10). Les nervures supportent le revêtement supérieur, extrados, et inférieur, intrados. Les bords avant et arrière de l'aile sont le bord d'attaque et le bord de fuite. Figure 2 : Principe de construction d'un longeron reprenant uniquement les efforts de flexion (cas du CAP10). Dans le cas particulier du CAP10, le longeron est constitué par deux semelles en Epicéa de Sitka (Picea sitchensis) et par deux âmes en contreplaqué bouleau (Betula pendula) de 5 mm d'épaisseur (Figure 2 et Figure 3 - a, b). Les semelles sont obtenues par aboutage dans le sens de la longueur (aboutage par enture), dans le sens de la largeur (visible Figure 3 - b) et par collage de 5 lames (extrados) et 3 lames (intrados) de 12 mm d'épaisseur. La section transverse des semelles n'est pas constante dans la longueur (Figure 2). L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 7 / 105

8 (a) (b) Figure 3 : Schéma (a) et photographie (b) en coupe d'un longeron de CAP10 (Klinka, 1988). 2.2 Efforts mécaniques s'exerçant sur le longeron Les longerons dont le type est défini à la Figure 2 reprennent uniquement les efforts dus à la flexion (par opposition au type reprenant les efforts de flexion et de torsion dans le cas du DR400 par exemple). (source : Il est généralement considéré que, lorsque le longeron est soumis à un moment de flexion plane, les semelles travaillent en traction et en compression (Figure 4), et que l'effort tranchant est repris par les deux âmes en contreplaqué soumises à du cisaillement (Klinka, 1988; Vallat, 1945). Figure 4 : Distribution des contraintes normales dans la section d'un longeron (a) coupe transverse du longeron, (b) distribution associée (Vallat, 1945). Dans le cas du CAP10, le longeron est limité à +6g et -4,5g de facteur de charge (la masse maximale autorisée en évolution est de 760 kg). Cette L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 8 / 105

9 dissymétrie de facteur de charge admissible positif / négatif explique la différence d'épaisseur des semelles du longeron côté intrados / extrados. A charge limite, le moment de flexion est de N.m (moment admissible = N.m. Klinka, 1988). Les contraintes longitudinales, notamment fonctions du moment de flexion, sont maximales à l'endroit de l'encastrement (Figure 5). Figure 5 : Effort tranchant (T) et moment de flexion (Mf) à charge limite pour le CAP 10 (Source : DGAC). 2.3 Définition d'une crique Figure 6 : Crique de compression visible à la surface du bois (Bruce H, 2000). Le terme de crique de compression désigne une anomalie de structure présente sous la forme d une fracture ténue perpendiculaire aux fibres du bois dont l aspect à l échelle microscopique est dû à une rupture en compression avec une déformation importante des cellules accompagné de nombreuses fissures transversales dans les parois. Le résultat est l'apparition de rides irrégulières à la surface du matériau (Figure 6) dans le sens perpendiculaire à celui des fibres (effort de compression orienté dans le sens des fibres). (Bruce H, 2000). L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 9 / 105

10 Elle engendre dans la majorité des cas une très faible résistance à la rupture en traction longitudinale. Notons que le terme anglais équivalent est «compression failure». Elle a pour origine une déformation des fibres résultant d une contrainte en compression excessive, au-delà de la résistance à la rupture, dans le sens des fibres soit en compression pure soit en flexion. Il s agit d un flambement localisé (micro-flambement) des fibres et des autres éléments du bois. Les criques de compression indiquent une rupture définitive du matériau causée par une charge ou un choc excessif dans le sens des fibres du bois. 2.4 Observations des criques sur voilures en réparation Les observations ont été réalisées sur des longerons provenant de CAP10. Ces avions se trouvaient localisés à la société «Air Menuiserie» située près de la ville de Bernay (27230 Thiberville) pour réparation. Ces observations permettent de définir la problématique du contrôle énoncée ci-dessous. Les photographies, permettant d'illustrer la problématique, sont présentées en pages suivantes pour une meilleure lisibilité. Elles constituent la typologie des défauts. Le contrôle est avant tout nécessaire pour assurer le suivi de navigabilité pour tous les aéronefs de construction bois, aussi bien pour les appareils de série que pour les aéronefs de construction amateur. Figure 7 : Exemple de liaison entre les nervures et le longeron. Figure 8 : Exemple de liaison entre les nervures et le revêtement de la voilure. L'inspection des aéronefs en service implique au mieux de promouvoir les méthodes de contrôle capable de sonder des éléments de structure sans un accès direct à ces éléments (présence d'un élément de revêtement en contreplaqué Okoumé de 5mm d'épaisseur lié aux nervures, Figure 7 et Figure 8). Il convient de prendre en considération le sondage de la structure avec un accès direct dans le cas où le sondage sans accès direct n est pas possible pour des raisons techniques ou financières. L'objectif du contrôle est d'abord de déterminer la présence de criques dans les longerons d'avions de type CAP10 : existe t il des criques? Où sont-elles localisées? L'importance de la crique est une information secondaire (étendue en surface et en profondeur). L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 10 / 105

11 Figure 9 : Zones d'apparition des criques. Les criques sont situées aussi bien au niveau de l'intrados que de l'extrados de la voilure. Il existe des zones privilégiées de formation de ces criques. Ces zones sont situées à proximité immédiate de la liaison voilure / fuselage et s'étendent jusqu'à la liaison des trains d'atterrissage : soit 0,5 m environ (Figure 9). Ces zones correspondent au moment de flexion maximum. La totalité du longeron doit cependant pouvoir être inspectée. Un autre type d'endommagement a été observé montrant des amorces de rupture en traction. Ces types d'endommagement sont situés dans les mêmes zones que les criques. En voltige, l'alternance des facteurs de charge positifs et négatifs conduit à l'observation sur la même zone de ruines en compression et en traction. Détail de la fixation voilure / fuselage. Vue arrière. CAP232 (Photo CIRAD / FCBA). Détail de la fixation voilure / fuselage. Vue avant. CAP232 (Photo CIRAD / FCBA). L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 11 / 105

12 Voilure en cours de réparation. Revêtement contreplaqué découpé. Longeron apparent, vue extrados. CAP10 (Photo CIRAD / FCBA). Détail du longeron, vue extrados. Les parties retirées correspondent aux zones d'endommagement. Une pièce est ensuite collée pour reformer une semelle sans défaut. CAP10 (Photo CIRAD / FCBA). Détail d'une crique sur un longeron. La fissuration est visible car noircie par des impuretés. Cette fissuration est provoquée par ruine en compression puis inversion de charge et ouverture au niveau de l'endommagement déjà présent. La présence de traces d'humidité a également été détectée. CAP231 (Photo Air Menuiserie). L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 12 / 105

13 Même détail après avoir retiré une partie de l'épaisseur du longeron (profondeur environ 12 mm). La largeur de la fissure est de l'ordre de 0,1 mm en début de ruine en compression (jusqu'à 1 mm après fissuration). CAP231 (Photo Air Menuiserie). Autre détail de crique avec sur le côté gauche une rupture en traction (cercle rouge). CAP231 (Photo Air Menuiserie). L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 13 / 105

14 3 Phénoménologie et détectabilité des criques dans les structures bois 3.1 Généralités sur le matériau bois Le bois est un corps solide cellulaire, organique et naturel. C'est un matériau composite constitué d'un ensemble d'éléments chimiques, principalement de la cellulose, des hémicelluloses et de la lignine. Le bois est fortement anisotrope, ceci résultant de la forme allongée de ses cellules et de la structure orientée des parois cellulaires. (Racher, 1996). Le comportement mécanique du matériau bois est très largement conditionné par son état physique ; les principaux facteurs physiques sont la masse volumique, le taux d'humidité, la température et la durée d'application des efforts (Guitard, 1997 ; Racher, 1996). 3.2 Comportement mécanique en traction - compression Figure 10 : Allure schématique du diagramme contrainte déformation (traction et compression) pour du bois massif dans le sens longitudinal (Guitard, 1997). La différence du comportement mécanique du bois sollicité dans le sens longitudinal en traction et en compression est illustrée à la Figure 10. La courbe de traction permet de distinguer une zone sensiblement linéaire, dite élastique, suivie d'une zone non linéaire, dite plastique qui conduit à la rupture en traction. La rupture en traction du matériau bois présente un caractère «fragile». La courbe de compression présente le même type d'évolution ; la zone plastique est L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 14 / 105

15 cependant plus marquée qu'en traction. La rupture en compression du matériau présente un caractère «ductile». (Guitard, 1997). La contrainte de rupture en traction est supérieure à la contrainte de rupture en compression; l'ordre de grandeur du ratio contrainte en traction sur contrainte en compression est de 2 environ (Pluvinage, 1992). Figure 11 : Profils de rupture en traction (Kollmann, 1967). Figure 12 : Profil de rupture en compression (Kollmann, 1967). Figure 13 : Schéma des profils de rupture en compression (Kollmann, 1967). L'étude des faciès de rupture montre une différence nette entre les modes de ruine en traction et en compression (Guitard, 1997; Pluvinage, 1992). En traction, il y a rupture des fibres (Figure 11); en compression, il se produit un phénomène de flambement des fibres (Figure 12 et Figure 13). (Guitard, 1997; Kollmann 1967). 3.3 Comportement mécanique en flexion Figure 14 : Distribution des contraintes normales pour un moment de flexion négatif (Kerguignas, 1977). En flexion pure plane, les contraintes normales colinéaires au sens longitudinal du bois sont réparties linéairement dans la section droite, et sont maximales pour les points les plus éloignés de l'axe de flexion, axe neutre des contraintes (Figure 14). (Kerguignas, 1977). La distribution des contraintes de la Figure 14 est valable dans le domaine élastique du matériau. Cette répartition montre un gradient de contraintes de compression sur la face supérieure et un gradient de contraintes de traction sur la face inférieure de la poutre fléchie. Les différences comportementales observées en traction et en compression L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 15 / 105

16 déterminent alors le comportement du matériau en flexion (Kollmann, 1967). Figure 15 : Evolution des contraintes normales en flexion (Kollmann, 1968). Figure 16 : Morphologie des faciès de rupture en flexion. Rupture fragile en traction : cas d 3, rupture en compression : cas e 3, rupture par cisaillement des plans axiaux : cas f 3, ruptures mixtes : cas a 3, b 3 et c 3 (Pluvinage, 1992). La Figure 15 montre l'évolution des contraintes normales lorsque celles-ci augmentent (au cours d'un essai de flexion). La zone plastique est atteinte d'abord dans la zone comprimée ; ce qui conduit à un endommagement du matériau dans cette zone. La fin de l'essai de flexion se traduit par un endommagement du matériau en traction. (Kollmann, 1968; Pluvinage, 1992). Il est important de mentionner que l'analyse morphologique des ruptures du bois révèle de nombreux modes de ruine aussi bien en compression, en traction, qu'en flexion, qui sont fonctions du type de sollicitation, de la présence de défauts ou de plans de faiblesse du matériau (Pluvinage, 1992). Dans le cas de la flexion, les différents faciès sont présentés à la Figure 16 (rupture fragile en traction : cas d 3, rupture en compression : cas e 3, rupture par cisaillement des plans axiaux : cas f 3, ruptures mixtes : cas a 3, b 3 et c 3 ). Ces différents faciès obtenus montrent qu'il est très difficile de créer artificiellement une crique par flexion d'une éprouvette (le cas e 3 est alors le seul cas souhaité parmi les 6 cas possibles). 3.4 Résultats scientifiques obtenus sur la ruine en compression Caractérisation au niveau macrostructural Une étude des profils de rupture obtenus par essais de compression dans le sens longitudinal de résineux, de feuillus et d échantillons modèles fabriqués à partir de bois a été réalisée par Bariska (1985). Il est notamment mentionné que le développement de la ruine ne dépend pas seulement de la zone de faiblesse principale mais également de l historique des charges appliquées sur l échantillon. La manière dont ces charges ont été appliquées est également un facteur prépondérant. L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 16 / 105

17 Figure 17 : Profil de ruine en compression axiale d'un échantillon modèle (Bariska et al., 1985). Il est observé que sous compression axiale et dans le cas des échantillons modèles (Figure 17), il se produit des fissures en cisaillement le long des éléments de structure axiaux, et par analogie, entre les cernes d accroissement pour du bois massif. De cette manière, des lamelles instables mécaniquement sont formées et ont tendance au flambement. Ce mécanisme de déformation est comparable entre échantillons modèles et échantillons de bois massif. Ellis (2002) a caractérisé le comportement en compression dans le sens longitudinal de cinq essences de bois (Fraxinus latifolia ; Shorea spp. ; Pseudotsuga menziesii ; Thuja plicata ; Populus tremuloides). Cette étude a montré qu'en compression longitudinale, la ruine s'est produite par rupture des plans du matériau aux interfaces entre les différentes couches successives de cellules (cernes d'accroissement). Cette observation est en accord avec les résultats de Bariska (1985). Caractérisation au niveau anatomique L initiation et la propagation des ruptures de compression dans du bois de pin ont été étudiées au niveau microscopique par Choi (1996). Les profils de déformation du bois apparaissent comme non uniformes mais étroitement liés à sa morphologie. Les zones de concentration de contraintes sont la plupart du temps situées autour des rayons. L'expansion de ces zones semble être déterminée par la taille et l'arrangement des rayons. Caractérisation au niveau microstructural L'étude de la rupture en compression au niveau microstructural a notamment été réalisée par Gong (2004). Cette étude montre que les dommages en compression du bois se manifestent d abord sous la forme de replis ou flambement des cellules. Un repli correspond à un changement microstructural permanent de la paroi des cellules et a pour effet la réorientation des microfibrilles dans la lamelle moyenne de la paroi S2. Il est important de mentionner les travaux de Bodner (1997) sur les phénomènes d initiation et de propagation de la rupture en tension dans le sens longitudinal du bois de réaction (compression) pour de l épicéa. Figure 18 : Trachéides de bois de compression après essai en tension longitudinale. Les flèches indiquent les dislocations latérales entre microfibrilles. (Bodner et al., 1997). L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 17 / 105

18 (1) (2) Figure 19 : Profils de rupture obtenus par essais cycliques en compression, ruine en compression diffuse (1), ruine en compression localisée (2). (Clorius et al., 2000). Bodner (1997) mentionne notamment que les microfibrilles ont tendance à se dissocier latéralement avant de se rompre (Figure 18), et également que l étendue de la dislocation latérale due à la dégradation de la matrice avant la rupture des microfibrilles augmente avec l angle des microfibrilles. (Bodner et al., 1997). Endommagement par essais cycliques Clorius (2000) a réalisé des essais de fatigue sur des échantillons de bois soumis à des cycles de charge et de décharge en compression longitudinale. De petits échantillons d épicéa sans défaut sont soumis à des essais cycliques de forme carrée à un niveau de charge correspondant à 80% de la force à rupture estimée par essai statique. Quatre fréquences allant de 0,01 hertz à 10 hertz sont utilisées. L observation des profils de rupture conduit à (1) une ruine en compression diffuse ou (2) une ruine en compression localisée et matérialisée en une forme de ride traversante (Figure 19). Les profils observables se développent dans les tous derniers cycles de charge et de décharge. La proportion de ruine diffuse augmente lorsque la fréquence décroît et lorsque la teneur en humidité augmente. Les résultats montrent également que le temps à rupture décroît lorsque la fréquence augmente. (Clorius et al., 2000). Effet de l'endommagement en compression sur la résistance mécanique L'endommagement en compression n'affecte pas considérablement la résistance à la compression. Le flambement des fibres, qui caractérise des ruines de compression, peut cependant sérieusement affecter la résistance à la traction, et par conséquent la résistance de la flexion du bois. (USDA, 1961). La résistance à la flexion statique est en effet fortement affectée par les ruptures en compression, avec une réduction moyenne de force de l ordre de 20% (pour du bois d épicéa). Le module d élasticité n est cependant que très peu affecté par la présence de ce type d endommagement (à l état sec). (Sonderegger et al., 2004). Détectabilité des criques de compression Le fait que le module d élasticité soit très peu affecté par la présence d'endommagement en compression, explique que ce type de défaut n'ait pas pu être détecté en utilisant l analyse des vibrations acoustiques (vitesse de propagation ou fréquences propres de vibration). (Sonderegger et al., 2004). Les méthodes d analyse des vibrations acoustiques ne seront donc pas retenues dans la suite de l étude. La détection de ce type de défaut est cependant possible par examen visuel puis au microscope. (USDA, 1961). La détection de rupture en compression par tomographie utilisant les rayons X est également possible (Sonderegger et al., 2004). Ce dernier résultat souligne l intérêt des rayons X pour la détection des criques. Par la suite, les rayons X seront utilisés en transmission et en diffusion Compton. L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 18 / 105

19 4 Principales techniques de contrôle non destructif 4.1 Définition du contrôle non destructif Le contrôle non destructif permet de garantir la qualité et la sécurité des biens et donc des personnes. Une grande variété de méthodes existe et permet de détecter des anomalies internes ou de surface, de déterminer la composition ou la structure des matériaux, ou bien encore de mesurer certaines propriétés physiques. Les anomalies susceptibles d être repérées peuvent être : 1) Les anomalies introduites pendant l élaboration de la matière première. 2) Les anomalies introduites lors du processus de fabrication. 3) Les anomalies des installations en service (fatigue, corrosion, fissures). Ces méthodes sont utilisées lors de la mise en service sur chantier, en production ou bien en maintenance, que ce soit sur les matériaux, les assemblages, les équipements ou les installations. (Kouzoubachian, 2006). 4.2 Méthodes visuelles : Examen visuel, endoscopique ou télévisuel (Visual examination) Le contrôle visuel est le plus ancien des contrôles non destructifs. C est la méthode la plus utilisée de par le monde, car la moins chère à mettre en oeuvre. Le contrôle visuel nécessite néanmoins une compétence certaine pour reconnaître la nature des défauts observés. (Hellier, 2001). Il est généralement toujours réalisé en premier et peut servir d indicateur pour les autres méthodes de contrôle prévues. Il permet en effet de déceler les défauts débouchant (fissure, tapure, crique, arrachement...) ainsi que les désordres et dégradations causés par les conditions de service ou d environnement (corrosion, bleuissement, fissure de fatigue...). (Kouzoubachian, 2006). Figure 20 : Orientation de l'angle de vue pour un contôle visuel classique (Hellier, 2001). L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 19 / 105

20 Lors d un contrôle visuel, une attention particulière devra être apportée à l intensité de l éclairage, ainsi qu à son orientation (Figure 20). Distinction est faite entre le contrôle visuel direct (éventuellement aidé d un miroir ou d une lentille) et le contrôle visuel indirect (avec dispositifs d aide du type endoscope, fibres optiques couplés à des caméras ou tout autre instrument approprié, Figure 21 et Figure 22). (Hellier, 2001; Kouzoubachian, 2006). Figure 21 : Endoscope à fibre optique (Hellier, 2001). Figure 22 : Endoscope vidéo (Hellier, 2001). Un des dispositifs les plus utilisés est l endoscope pour les zones inaccessibles : comme en médecine humaine, c est un système rigide ou souple qui permet d inspecter des cavités internes (Figure 21). Il comporte des dispositifs d éclairage de la cavité, de génération de l image, de transport de cette image (électronique, lentilles ou fibres optiques) et enfin de restitution de l image afin de la rendre observable. (Hellier, 2001). 4.3 Méthode du ressuage (Liquid penetrant) Cette méthode complète l examen visuel en faisant apparaître des défauts de surface très fins dans un contraste coloré ou fluorescent. Elle est communément utilisée sur des matériaux non poreux comme les aciers ou l aluminium. Son principe est relativement simple et se déroule en plusieurs étapes. (Kouzoubachian, 2006). Figure 23 : Principe schématique du ressuage, (a) application du liquide sur une surface nettoyée, (b) infiltration du liquide dans l'anomalie, (c) élimination de l'excès de liquide, (d) application du révélateur, (e) interprétation (Shull, 2002). L. Brancheriau (CIRAD), J-D. Lanvin (FCBA) 20 / 105