Détection de la corrosion et du frottement de fils rompus par Émission Acoustique (EA) Intervenants : C. Tessier, L. Gaillet / Division MACOA Date : 06 mai 2004
Contexte Câbles = éléments structuraux fondamentaux ouvrages de grande portée : Ponts en béton précontraint Ponts suspendus Ponts à haubans Durabilité et sécurité structurelle : Bon comportement des câbles Capacité à détecter à temps les défauts
Contexte Endommagements : Ruptures de fils Développement de la corrosion
Objectif Difficultés de détection : parties cachées Par leur propre protection (gaine, coulis, ) Par leur configuration dans la structure (câbles noyés, traversée d entretoises, parties sous collier ou dans dispositif d ancrage, ) Un système complémentaire à la surveillance acoustique des câbles CASC : repère l énergie libérée lors d une rupture de fil tendu Recherches sur l émission acoustique (EA) : En amont : détecter la corrosion avant la rupture En aval : repérer les fils qui sont déjà rompus
Objectif Qu essaie-t-on d observer? Pour repérer des fils rompus dans un toron : Mise en vibration du câble => mouvement relatif fil rompu / voisins => frottement/glissement par «à-coups» => source d émission acoustique
Objectif Qu essaie-t-on d observer? Pour détecter la corrosion avant la rupture : Fil sain tendu Piqûration => EA suffisante? Propagation de fissure => EA
Technique d Émission Acoustique Émission Acoustique (EA) : Phénomène de création d ondes élastiques transitoires dues à des micro-déplacements locaux au sein d un matériau 0,6 0,4 0,2 0 0 200 400 600 800 1000 1200-0,2-0,4 Réflexions, autre modes de propagation -0,6
Technique d Émission Acoustique Auscultation de structures par E.A. : Longue expérience pour la détection et le suivi de la dégradation des matériaux industriels avec un traitement des signaux en temps réel Autres domaines : Secteur Energie (réservoirs sous pression, contrôle des soudures) Secteur chimie (Corrosion des cuves, corrosion des tubes) Etc Adaptation aux câbles du Génie Civil Technique applicable pour le contrôle des câbles (corrosion, frottement interne)
EA et frottement de fil rompus Un montage spécifique de sollicitation des câbles. Mise en vibration par application d une force transversale, mise en tension du câble : 200 KN Ruptures artificielles (fils coupés) sur le câble avant son installation dans le culot d ancrage culot résine 3,5 cm joint d étanch éité frette et défauts 1 3 zones endom mag ées 3 2
EA et frottement de fil rompus 16000 14000 Nombre de coups 12000 10000 8000 6000 4000 2000 Câble sain Câble endommagé 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temps (mn) Évolution dans le temps de l activité EA : Deux niveaux distinct d EA, décroissance du «bruit de fond» Atténuation des ondes le long du câble
EA et frottement de fil rompus 80000 70000 60000 Salves Coups Energie 50000 Culot 40000 30000 20000 10000 0 Câble sain Câble avec défauts Comparaison câble sain / avec défauts : Distinction nette entre présence de défauts ou non Paramètres d EA globaux : salves, coups, énergie
EA et frottement de fil rompus Câble sain Câble endommagé Salves d EA Amplitude (db) Comparaison câble sain / avec défauts : Distribution en amplitude différente sur câbles sain et endommagé
EA et frottement de fil rompus 350000 300000 250000 5 fils rompus 7 fils rompus 2 fils rompus 200000 150000 100000 50000 0 Salves (x10) Coups Energie Caractérisation du frottement interfilaire : Réponse acoustique dépendante de la sévérité de l endommagement (+/- proportionnelle) Même résultats en terme de répartition énergétique de l EA
EA et corrosion sous contrainte Résumé des essais : Essais de CSC accélérés à charge constante Influence de l oxygène / gaz dissous Influence de la solution corrosive Influence d un cyclage mécanique (fatigue) Acquisition EA : Capteurs Piézo-électriques ( 2 Pico par bâtis ou 1 Micro 80 par bâti) Discrimination du bruit de fond à l aide de 2 capteurs EA ou par post-filtrage Activité acoustique localisée l intérieur d une même zone de fissuration Possibilité de détection lors de la piqûration (?) et durant la phase de propagation de la fissure jusqu à la rupture finale
EA et corrosion sous contrainte 400 Capteurs saturés lors de la rupture 350 Energie (u.a) 300 250 200 150 Capteur 1 Capteur 2 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Salves
EA et corrosion sous contrainte Exemple d un essai de CSC : Milieu corrosif : NH 4 SCN dilué Charge appliquée : 0.8 Rm Matériau : Toron acier T5.2 1860 Suivi de l essai en continu : 2 capteurs EA micro 80 Transposition dans l audible de l EA Caméscope numérique E.A. Électrochimie Transposition dans l audible
EA et corrosion sous contrainte Début de l essai : Voir la video (9 Mo, format avi) Au premier tiers de l essai : 2h1/2 avant rupture Voir la video (6 Mo, format avi) Au second tiers de l essai : 1h avant rupture Voir la video (12 Mo, format avi) Rupture : après 3h40 Voir la video (6 Mo, format avi)
EA et corrosion sous contrainte Activité acoustique durant l essai : Signaux d EA cumulés Signaux d EA Phase0 Phase1 Phase2 Phase3
Perspectives et questions à résoudre Bruit de fond sur ouvrage Optimisation des capteurs (caractérisation des signaux) Distances de détection Détection fils rompus : Quelle excitation optimale : amplitude/fréquence? (modélisation phénomène source contact interfilaire) Possibilités d excitation du câble Quantification : 2 fils cassés couche n-1 / 1 fil couche n
Perspectives et questions à résoudre Détection de la corrosion : Interfaces Phénomène lent : essai accéléré en labo Durée des phénomènes corrosifs en labo / réalité Salves d EA générées en labo / réalité : énergie et espacement