Brevet FR2489522A1 — publié le 19820305

L'invention concerne un procédé de détection, de préférence en continu, de la présence, de la formation et du développement de fissures dans des constructions par l'enregistrement et l'analyse d'émissions acoustiques pro- venant d'une fissure de la construction. La nécessité de surveiller en continu la forma- tion et le développement de fissures est particulièrement évidente dans le cas de constructions complexes en acier dont des éléments sont difficiles à accéder pour pouvoir être contrôlés visuellement et essayés par des méthodes classiques d'essai. Un exemple d'une telle construction est constitué par les plates-formes marines qui sont ex- posées pendant de longues durées à des charges importantes et à des contraintes de fatigue tout en se trouvant dans un milieu corrosif, ce qui accroit le risque de formation de fissures. De grandes fissures peuvent conduire à une rupture et, dans le pire des cas, à un naufrage s'accompa- gnant de dommages très importants. C'est la raison pour laquelle on comprend les exigences des autorités et des législateurs en ce qui concerne la vérification et les mesures préventives visant à éviter de tels naufrages. Les vérifications annuelles des constructions sous-marines effectuées dans la mer du Nord,par exemple, consistent prin- cipalement en un nettoyage et une inspection visuelle. Des contrôles et des réparations de fissures sont effectués en cas de nécessité. Tous les cinq ans, on procède à des vérifications plus approfondies, mais, pour des raisons de coût, ces vérifications sont limitées aux parties de la plate-forme o les risques de corrosion et de formation de fissures sont considérés comme les plus grands, c'est-à- dire à environ 10 % de la construction de la plate-forme. Un contrôle continu de la formation et du développement de fissures, couvrant la totalité de la plate-forme, serait évider.ment souhaitable pour empêcher les naufrages dus à la formation de fissures et avec une fiabilité supérieure à celle atteinte jusqu'à présent. A la suite des naufrages récents de plates-formes, on peut s'attendre à un accrois- sement de la sévérité des réglementations concernant les 24895z2 contrôles préventifs. Un dispositif connu de détection de fissures, permettant une détection continue de la formation et du développement de fissures, utilise le phénomène connu selon lequel la formation et le développement de fissures donnent lieu à une émission acoustique dans le matériau de la construction. En plaçant plusieurs capteurs, sensibles à l'émission acoustique provoquée par la fissure, sur la surface de l'élément de construction et en enregistrant et analysant les signaux produits par les capteurs sous l'effet de l'émission acoustique, en tenant compte égale- ment des intervalles de temps entre les enregistrements des divers capteurs, il est possible de détecter avec pré- cision la position et le développement de fissures, même très petites, dans l'élément de construction. Un inconvénient du dispositif connu de détection de fissures est que les capteurs doivent être fixés sur la surface de l'élément de construction à contrôler, de sorte qu'il est nécessaire de déterminer à l'avance les parties de la construction qui feront l'objet d'une détec- tion de fissures. De plus, lorsqu'on applique ce procédé connu à des constructions de forme complexe, par exemple à des plates-formes marines, il est apparu nécessaire, jusqu'à présent, de sélectionner à l'avance un nombre limité de points d'observations qui sont considérés comme particulièrement exposés à la formation de fissures. Il serait en fait beaucoup. trop coûteux et beaucoup trop difficile, en pratique, d'utiliser le procédé connu pour une détection d'ensemble des fissures sur tous les élé- ments de la construction, faisant partie de la plate-forme et portant une charge. L'invention a pour objet un procédé de détection de fissures qui est basé sur l'enregistrement et l'analyse d'une émission acoustique d'une fissure, mais qui ne pré- sente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus et qui permet donc une détection continue et complète de fissures, même dans des constructions complexes, à l'aide seulement de quelques capteurs. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 montre l'application du procédé de l'invention à une plate-forme marine représentée schémati- quement et. dont une jambe présente une fissure, comme indi- qué; et la figure 2 est un schéma simplifié d'un disposi- tif de traitement des signaux provenant de capteurs. L'invention est basée sur le fait que l'on sait que la formation et le développement de fissures donnent lieu à une émission acoustique, non seulement dans l'élé- ment de construction dans lequel la fissure apparaît, mais également dans le milieu adjacent. Si l'élément de construc- tion se trouve dans un milieu gazeux, par exemple l'air, des vibrations acoustiques-sont émises dans l'air entourant cet élément de construction et, dans le cas o ce dernier est entouré de fluide, par exemple d'eau, comme c'est le cas des plates-formes marines, des vibrations acoustiques sont émises dans l'eau entourant l'élément de construction. Selon l'invention, plusieurs capteurs destinés à mesurer une émission acoustique provenant d'une fissure et dirigée vers le milieu environnant sont placés dans ce milieu, à proximité ou autour de la construction. L'enregistrement et l'analyse des signaux provenant des capteurs permettent donc de déterminer la position de la source d'émission par rapport aux capteurs. Si l'élément de construction est en- touré d'un milieu gazeux, par exemple d'air, des microphones sontutilisés comme capteurs. Si le milieu dans lequel l'élément de construction se trouve est un liquide, par exemple de l'eau, on utilise des hydrophones comme capteurs. Les capteurs sont espacés les uns des autres et placés dans des positions définies avec précision par rap- port à la construction à contrôler. Les signaux provenant des capteurs sont transmis à un dispositif d'analyse qui comporte un calculateur dans lequel la position des capteurs par rapport à la construction est programmée. La géométrie de la construction est également, de préférence, programmée dans le calculateur afin que la position de la fissure détectée puisse être indiquée directement sous la forme d'une distance mesurée à partir de points fixes choisis dans la construction. Le procédé selon l'invention suppose, comme con- dition préalable, l'utilisation d'au moins deux capteurs. Une mesure de l'intervalle de temps entre les enregistre- ments des deux capteurs des vibrations acoustiques émises par une fissure rend possible une détermination mathémati- que d'une hyperboloide de nature telle qu'une source d'émission, située en un point quelconque sur cette hyper- boloide, fasse apparaître l'intervalle de temps mesuré entre les enregistrements des capteurs. La section o cette hyperboloide coupe un élément de construction représente donc une section dans laquelle la fissure peut être pré- sente. Si l'hyperboloide ne coupe qu'un élément de cons- truction, la fissure à l'origine de l'émission acoustique est obligatoirement située dans cette section. Une détermination plus précise de la position de la fissure est obtenue par un enregistrement de l'émission acoustique de trois capteurs. Les intervalles de temps séparant les enregistrements des capteurs rendent alors possible de déterminer une ligne qui constitue l'intersec- tion de deux hyperboloides et qui est d'une nature telle qu'une source d'émission située en tout point de cette ligne fait apparaître les intervalles de temps mesurés entre les enregistrements des capteurs. Ainsi, la source d'émission, c'est-à-dire la fissure, peut être située à l'emplacement o cette ligne coupe la construction. Si la ligne coupe la construction en un seul point, la fissure est obligatoirement située sur cette ligne d'intersection avec la construction. Dans la forme préférée de réalisation selon l'invention, on utilise cependant quatre capteurs. Les intervalles de temps séparant les enregistrements des capteurs de vibrations acoustiques émises par une fissure rendent alors possible de déterminer la position de la source d'émission en un point qui correspond au point 248952e d'intersection de deux lignes correspondant elles-mêmes, chacune, à l'intersection de deux hyperboloides. L'utili- sation de quatre capteurs permet donc une détermination précise de la distance et de la direction de la source d'émission, c'est-à-dire la fissure, par rapport aux capteurs. La figure 1 représente une application du procédé de l'invention à une construction immergée 1 de plate-forme, représentée très schématiquement. La construction de la plate-forme comprend. d'une part, une assise 2 destinée à porter des équipements (non représentés) et, d'autre part, trois jambes 3, 4 et 5 qui supportent l'assise de laquelle elles partent vers le bas et qui sont entourées d'eau. Un ensemble 6 à capteurs est placé dans une position détermi- née avec précision par rapport à la plate-forme, cet ensemble étant immergé dans l'eau et comprenant quatre hydrophones 7, 8, 9 et 10 placés à des distances bien définies les uns des autres. Les caractéristiques acoustiques des hydrophones doivent être choisies afin qu'il soit possible de mesurer des fréquences sur une partie importante de la bande de fréquence de l'émission acoustique d'une fissure. L'ensemble 6 de capteurs et, par conséquent, chacun des hydrophones 7-10, est connecté par des câbles de transmission de signaux à un calculateur 11 placé sur l'assise de la plate-forme afin que des signaux provenant des hydrophones 7-10 soient trans- mis au calculateur 11 pour être traités et analysés. Si une fissure 12 apparaît dans la jambe 3, elle donne lieu à l'émission de vibrations acoustiques, d'une part dans la jambe 3, mais également, d'autre part, dans l'eau entourant cette jambe. Les vibrations acoustiques sont enregistrées par les hydrophones 7, 8, 9 et 10 à des intervalles de temps t1-to, t2-t0 et t3-t0. Les signaux des hydrophones 7- 10 sont transmis au calculateur 11 qui les analyse afin de déterminer la source d'émission, c'est-à- dire la position de la fissure 12 par rapport à l'ensemble 6 des capteurs. Si la géométrie de la plate-forme 1 est égale- ment mémorisée dans le calculateur 11, on obtient, par l'analyse des signaux, une indication directe de la position de la fissure 12 par rapport à un point fixe choisi, par 248952f exemple un angle 13 de la plate-forme. Le traitement des signaux s'effectue au moyen du dispositif représenté schématiquement sur la figure 2. Les signaux provenant des capteurs C, qui peuvent comprendre des microphones ou des hydrophones, sont amplifiés dans un amplificateur A, puis transmis à travers un filtre F qui élimine les bruits de fond et les signaux parasites exté- rieurs. Les signaux analogiques sortant du filtre sont mis sous forme numérique par un convertisseur analogique/numéri- que C A/N, puis ils sont appliqués au calculateur CAS pour être analysés au moyen d'un programme d'analyse. Des pro- grammes permettant une telle analyse de signaux sont en principe connus et utilisés dans des systèmes de détection de fissures, connus précédemment et basés sur l'analyse d'une émission acoustique. Le résultat apparaît sur un enregistreur E au moyen duquel il est possible de savoir de façon continue et à tout instant l'état de la fissure. Il va de soi que de nombreuses modifications- peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 248952f REVENDICATIONS 1. Procédé de détection, de préférence en continu, de la présence, de la formation et du développement de fis- sures dans des constructions par l'enregistrement et l'ana- lyse d'émissions acoustiques d'une fissure de la construc- tion, caractérisé en ce qu'au moins deux capteurs (7, 8, 9 ou 10), sensibles aux vibrations acoustiques émises par la fissure (12) dans le milieu adjacent à la construction (3), sont placés dans ledit milieu, de manière à être écartés les uns des autres et à occuper des positions définies avec précision par rapport à la construction, en ce que les in- tervalles de temps entre les enregistrements des divers capteurs de vibrations acoustiques, émises dans le milieu par une fissure de la construction, sont mesurés, et en ce que lesdits intervalles de temps sont utilisés pour déter- miner la position de la fissure. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les intervalles de temps entre les enregistrements d'au moins quatre capteurs (7, 8, 9, 10) des vibrations acoustiques émises vers le milieu par la fissure (12) sont mesurés, et en ce que les intervalles mesurés sont utilisés pour déterminer à la fois la distance et la direction de la fissure. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les signaux des capteurs sont appli- qués à un dispositif d'analyse de signaux faisant partie d'un calculateur (CAS) dans lequel la position des capteurs par rapport à la construction est programmée. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la géométrie de la construction à contrôler est également programmée dans le calculateur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, pour la détection de fissures dans une construction en contact avec un liquide, caractérisé en ce que plusieurs hydrophones, de préférence quatre hydrophones (7, 8, 9, 10), plongés dans le liquide, sont utilisés pour l'enregistrement de vibrations acoustiques émises dans le liquide par une fissure (12). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, pour la détection de fissures dans une cons- truction en contact avec un milieu gazeux, par exemple de l'air, caractérisé en ce que plusieurs microphones, de préférence quatre microphones (7, 8, 9, 10), placés dans le milieu gazeux, sont utilisés pour l'enregistrement de vibrations acoustiques émises dans le milieu gazeux par une fissure (12).