Brevet FR2874430A1 — publié le 20060224

ASSEMBLAGE A FILM PIEZOELECTRIQUE INTEGRE, POUR LE CONTROLE NON DESTRUCTIF DE CET ASSEMBLAGE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un assemblage d'éléments, cet assemblage étant pourvu de moyens de contrôle non destructif de l'assemblage. L'invention s'applique notamment à la détection de défauts d'un assemblage d'éléments et/ou à la mesure de paramètres relatifs à l'état du ou des matériaux constitutifs de l'assemblage. Les éléments de ce dernier peuvent être de même nature, par exemple tous électriquement conducteurs, en particulier métalliques, ou tous électriquement isolants. L'assemblage peut également être composé d'éléments de natures différentes, auquel cas l'assemblage est composite. Indiquons dès maintenant que, dans l'invention, on utilise les ultrasons pour le contrôle non destructif de l'assemblage et que l'on utilise un ou plusieurs films piézoélectriques, de préférence de type PVDF ou de type copolymère, pour émettre et/ou détecter les ultrasons. On rappelle que le sigle PVDF signifie polyfluorure de vinylidène (en anglais "polyvinylidene fluoride"). 2 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE L'émission d'ondes acoustiques et l'utilisation des ultrasons dans le domaine du contrôle non destructif sont des techniques bien connues. Ces techniques mettent en oeuvre des capteurs céramiques ou composites dont la taille est importante. L'encombrement de ces capteurs ne permet pas de les intégrer à des structures que l'on veut contrôler. On connaît également des capteurs qui utilisent des matériaux de type PVDF ou de type copolymère. Mais ces capteurs sont volumineux. L'utilisation de films de PVDF est également connue dans le domaine des systèmes d'alarme anti-intrusion, domaine qui est très éloigné du contrôle non destructif. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour objet un assemblage d'éléments, cet assemblage étant pourvu de moyens de contrôle non destructif de l'assemblage, ces moyens occupant un très faible volume et pouvant donc être intégrés à l'assemblage. Ces moyens comprennent au moins un film piézoélectrique qui est en contact direct avec l'un au moins des éléments de l'assemblage. Une couche de colle entre le film et l'élément peut être ajoutée pour fixer ce film à cet élément et assurer la transmission des ultrasons de l'un à l'autre. Il convient de noter qu'une telle couche de colle a une épaisseur infime. Les moyens de contrôle non destructif utilisés dans l'invention ont donc une très faible épaisseur (épaisseur du film piézoélectrique plus éventuelle épaisseur de colle) et sont donc facilement intégrables à l'assemblage à contrôler. De façon précise, la présente invention a pour objet un assemblage d'éléments, cet assemblage étant pourvu de moyens de contrôle non destructif de l'assemblage, caractérisé en ce que ces moyens de contrôle non destructif comprennent un ou une pluralité de films piézoélectriques qui sont intégrés à cet assemblage, chaque film piézoélectrique étant en contact direct avec l'un au moins des éléments, sans aucune couche, à l'exception d'une éventuelle couche de colle, entre ce film et cet élément, chaque film piézoélectrique constituant un émetteur d'ultrasons ou un récepteur d'ultrasons ou les deux. De préférence, chaque film piézoélectrique est de type PVDF ou de type copolymère. Selon un premier mode de réalisation particulier de l'assemblage objet de l'invention, cet assemblage comprend au moins deux films piézoélectriques, à savoir des premier et deuxième films piézoélectriques constituant respectivement un émetteur d'ultrasons et un récepteur d'ultrasons. Ces premier et deuxième films piézoélectriques peuvent être séparés par l'épaisseur d'au moins l'un des éléments de l'assemblage. En variante, les premier et deuxième films 30 piézoélectriques peuvent être placés sur une même face de l'assemblage, en vue de l'émission et de la réception d'ondes ultrasonores de surface. Selon un deuxième mode de réalisation particulier de l'assemblage objet de l'invention, cet assemblage comprend au moins un film piézoélectrique constituant un récepteur d'ultrasons, l'assemblage étant pourvu d'un émetteur d'ultrasons qui est extérieur à cet assemblage, lorsque l'on veut contrôler celui-ci. Ce film piézoélectrique peut être disposé dans l'assemblage. En variante, ce film piézoélectrique et l'émetteur d'ultrasons peuvent être placés sur une même face de l'assemblage, en vue de l'émission et de la réception d'ondes ultrasonores de surface. Selon un troisième mode de réalisation particulier de l'assemblage objet de l'invention, cet assemblage comprend au moins un film piézoélectrique, ce film piézoélectrique constituant à la fois un émetteur d'ultrasons et un récepteur d'ultrasons. Selon un quatrième mode de réalisation particulier de l'assemblage objet de l'invention, cet assemblage comprend au moins un film piézoélectrique constituant un récepteur d'émission acoustique, la source acoustique recherchée étant l'évolution d'un défaut dans l'assemblage mis sous contraintes. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques d'exemples de films piézoélectriques que l'on peut utiliser dans la présente invention, - les figures 3A et 3B illustrent schématiquement un exemple d'un assemblage conforme à l'invention, qui comporte trois films piézoélectriques et que l'on voit en coupe longitudinale sur la figure 3A et en vue de dessus sur la figure 3B, - la figure 4 est une vue schématique d'un autre assemblage conforme à l'invention, utilisant deux films piézoélectriques qui sont fixés à la surface de l'assemblage à contrôler, - la figure 5 est une vue schématique d'un autre exemple de l'invention, utilisant un film piézoélectrique intégré dans l'assemblage à contrôler et un émetteur à ultrasons qui est extérieur à l'assemblage, et - la figure 6 est une vue schématique d'un autre exemple de l'invention, comprenant un film piézoélectrique, qui est fixé à la surface de l'assemblage à contrôler, et un émetteur d'ultrasons qui est extérieur à cet assemblage et en contact la cette surface, en regard du film piézoélectrique. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un but de la présente invention est de détecter tout endommagement des éléments ou pièces, 30 d'un assemblage, ou structure, et/ou de mesurer des paramètres relatifs à l'état de cet assemblage, lorsque ce dernier est immobile ou, au contraire, en mouvement. La détection et/ou la mesure peuvent être appliquées à un ou plusieurs éléments de l'assemblage. Il n'est généralement pas facile de contrôler un assemblage en raison de difficultés d'accès à la zone à contrôler mais également à cause de la multiplicité des couches que comporte l'assemblage, ces couches étant faites du même matériau ou de matériaux différents. En effet, cette multiplicité de couches conduit à des ruptures d'impédance acoustique, à des échos ultrasonores multiples et à une atténuation des ultrasons au niveau des interfaces des couches, qu'un joint d'étanchéité ou autre, tel que le mastic, soit utilisé ou non. Les films piézoélectriques sont flexibles et adaptables - ils peuvent être découpés suivant toute forme souhaitée - de sorte que l'on peut les intégrer dans toute structure dont on veut contrôler l'intégrité. On peut découper de tels films comme on le souhaite, suivant l'application envisagée, et l'on peut les coller ou les insérer entre deux éléments d'un assemblage à contrôler. Ces films sont capables d'émettre ou de détecter des ultrasons dans une très large bande de fréquences et peuvent donc être utilisés pour des contrôles par ultrasons quelle que soit la nature des matériaux constitutifs de l'assemblage à contrôler. Suivant les matériaux, on peut utiliser des fréquences dans la gamme allant de 200kHz à 50MHz. La capacité d'émettre ou de détecter des ultrasons dans une très large bande de fréquences permet aussi d'utiliser les films piézoélectriques pour suivre le comportement d'un assemblage sous contraintes au cours du temps, par émission acoustique, par exemple dans la gamme de fréquences allant de 500Hz à 500kHz. En outre, les films piézoélectriques constituent des capteurs polyvalents qui permettent de travailler avec différents modes ultrasonores. Après avoir intégré un ou plusieurs films piézoélectriques à un assemblage, on peut faire un contrôle ponctuel de ce dernier par des ultrasons, en connectant le ou les films à un matériel de contrôle ultrasonore classique ou à tout autre matériel approprié. On peut utiliser une technique de contrôle ultrasonore par transmission. Dans ce cas, on peut employer deux films piézoélectriques, l'un servant d'émetteur d'ultrasons et l'autre de récepteur d'ultrasons. Ces deux films peuvent être intégrés dans l'assemblage contrôlé mais on peut également fixer ces deux films sur une même face de l'assemblage pour contrôler ce dernier à l'aide d'ondes ultrasonores de surface. On peut également mettre en uvre une autre technique de contrôle ultrasonore par transmission, utilisant un film piézoélectrique, intégré dans l'assemblage, en tant que récepteur d'ultrasons, et un émetteur ultrasonore qui est extérieur à l'assemblage à contrôler et engendre des ultrasons que l'on détecte avec le film. Cet émetteur externe est par exemple un palpeur ultrasonore classique, fonctionnant par contact ou en immersion, ou un émetteur d'ultrasons fonctionnant par couplage au moyen de l'air ou encore un émetteur d'ultrasons utilisant une source laser. On peut encore, dans ce cas, fixer le film piézoélectrique sur une face de l'assemblage que l'on veut contrôler et disposer aussi l'émetteur externe sur cette face, en regard du film, pour contrôler l'assemblage à l'aide d'ondes ultrasonores de surface. Dans l'invention, on peut également mettre en ouvre une technique de contrôle ultrasonore par réflexion en utilisant un seul film piézoélectrique en tant qu'émetteur et récepteur d'ultrasons. Dans l'invention, on peut également contrôler de façon continue un assemblage à l'aide d'ultrasons, au moyen d'un ou de plusieurs films piézoélectriques, en vue de détecter et/ou localiser l'amorce ou la propagation de défauts dans l'assemblage. On va maintenant illustrer ce qui précède par des exemples, en faisant référence aux figures 1 à 25 6. La figure 1 est une vue schématique d'un film piézoélectrique 2 qui est utilisable dans l'invention. Ce film a été découpé pour avoir la forme d'un rectangle. Il est pourvu d'un connecteur électrique 4 permettant l'envoi d'un signal électrique dans ce film, par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 5, pour que ce film émette des ultrasons, et/ou la récupération d'un signal électrique fourni par le film 2 lorsque ce dernier est excité par des ultrasons. La figure 2 est une vue schématique d'un autre film piézoélectrique 6 qui est utilisable dans l'invention. Ce film 6 a été découpé pour avoir la forme d'un carré pourvu d'un perçage circulaire 8 en son centre. On voit encore un connecteur électrique 10 dont est pourvu le film 6 et qui se prolonge par un conducteur électrique 11. Les figures 3A et 3B illustrent schématiquement un assemblage conforme à l'invention, pourvu de films piézoélectriques qui en permettent le contrôle par des ultrasons. La figure 3A est une vue en coupe longitudinale de cet assemblage tandis que la figure 3B est une vue de dessus de celui-ci. Cet assemblage comprend trois couches, ou trois plaques, 12, 14 et 16, la couche 14 étant disposée entre les couches 12 et 16 et décalée par rapport à ces dernières, comme on le voit sur les figures 3A et 3B. Cet assemblage est traversé de part en part 25 par des perçages 18 qui sont régulièrement répartis suivant trois rangées 20, 22 et 24. Les moyens de contrôle non destructif de cet assemblage comprennent trois films piézoélectriques 26, 28 et 30. Ces films sont respectivement pourvus de connecteurs électriques 32, 34 et 36 qui sont respectivement prolongés par des conducteurs électriques 38, 40 et 42. Dans l'exemple représenté, les films 26 et 28 sont disposés entre les rangées de perçages 20 et 22 tandis que le film 30 est disposé entre les rangées 22 et 24. En outre, le film 26 est disposé entre les couches 12 et 14 tandis que le film 28 est disposé entre les couches 14 et 16 et le film 30 est, quant à lui, disposé entre les couches 14 et 16. Pour contrôler cet assemblage conforme à l'invention, on utilise un appareil de contrôle ultrasonore ou d'émission acoustique 44, muni de moyens 46 d'affichage des résultats du contrôle. En fonction du contrôle souhaité, on peut connecter cet appareil à un, deux ou trois des films 26, 28 et 30. Cet appareil de contrôle ultrasonore est prévu pour envoyer des signaux électriques d'excitation vers le ou les films servant d'émetteurs d'ultrasons, pour récupérer des signaux électriques de la part du ou des films servant de récepteurs d'ultrasons, pour traiter les signaux ainsi récupérés et pour fournir les résultats du contrôle que l'on peut alors visualiser grâce aux moyens d'affichage 46. Par exemple, on peut connecter l'appareil aux films 26 et 28 et utiliser le film 26 en tant qu'émetteur d'ultrasons et le film 28 en tant que récepteur d'ultrasons, pour contrôler la partie de la couche 14 qui est comprise entre ces deux films. Dans une variante non représentée, on peut disposer ces films 26 et 28 de façon qu'ils soient espacés de plus d'une couche, en fixant par exemple le film 26 à la surface de l'assemblage, au moyen d'une couche de colle non représentée, et en laissant le film 28 entre les couches 14 et 16, de manière à contrôler la partie de l'ensemble de ces deux couches, qui est comprise entre les films 26 et 28. Le film 24 peut, quant à lui, être utilisé en tant qu'émetteur et récepteur d'ultrasons pour contrôler une partie ou l'ensemble de l'assemblage, qui est en regard de ce film 24. Dans le cas où l'appareil 44 est un appareil d'émission acoustique, cet appareil peut être connecté à un ou plusieurs films 26, 28, 30 afin de détecter et/ou localiser une amorce ou une propagation de défaut dans l'assemblage mis sous contraintes. Les films sont utilisés comme récepteurs d'émission acoustique, la source acoustique étant l'évolution du défaut. La figure 4 illustre un autre exemple de contrôle par transmission. Dans cet autre exemple, pour contrôler un assemblage 48, on utilise deux films piézoélectriques 50 et 52 et l'on fixe ces films sur une même face de l'assemblage 48, respectivement par des couches de colle 54 et 56 dont l'épaisseur peut être très faible, par exemple égale à 141E. Pour le contrôle de l'assemblage 48, on utilise encore un appareil approprié 58, muni de moyens d'affichage 60. Cet appareil permet d'exciter le film 50 par un signal électrique. Ce film 50 émet alors des ultrasons, en particulier des ondes ultrasonores de surface qui sont dédectées par le film 52. Ce dernier fournit alors un signal électrique qui est reçu et traité par l'appareil 58, permettant ainsi de contrôler la zone superficielle de l'assemblage, comprise entre les films 50 et 52. Dans l'exemple de la figure 5, on veut contrôler un assemblage 62 qui est un empilement de trois plaques 64, 66 et 68. Un film piézoélectrique 70 est intégré dans l'assemblage 62, entre les plaques 64 et 66. Ce film sert de récepteur d'ultrasons. Pour le contrôle de l'assemblage au moyen d'un appareil approprié 72 pourvu de moyens d'affichage 74, on utilise un émetteur ultrasonore externe 76. Cet émetteur est placé en regard d'une face de l'assemblage 62, en face du film 70, et envoie des ultrasons en direction de ce film. Dans l'exemple, ces ultrasons sont transmis par l'intermédiaire de la plaque 64, ce qui permet de contrôler celle-ci dans la zone en regard de laquelle se trouve le film 70. L'émetteur ultrasonore 76 et l'assemblage 62 peuvent être placés dans l'eau pour effectuer un contrôle par immersion. En variante, l'émetteur 76 peut être placé en contact avec l'assemblage 62 pour effectuer un contrôle par contact. Dans une autre variante, l'émetteur et l'assemblage peuvent être séparés par de l'air qui sert alors de moyen de couplage entre l'émetteur 76 et l'assemblage 62. Dans l'exemple de la figure 6, on contrôle un assemblage 78 par des ondes ultrasonores de surface. Un film piézoélectrique 80 est fixé à la surface de l'assemblage 78 par une couche de colle 82 dont l'épaisseur peut être très faible, par exemple égale à 10 m. Pour contrôler l'assemblage 78, on munit ce dernier d'un émetteur ultrasonore externe 84 que l'on place contre la même face que le film 80. On utilise un appareil de contrôle ultrasonore approprié 86 pourvu de moyens d'affichage 88 et l'on excite l'émetteur 84 par des signaux électriques. Cet émetteur émet alors des signaux ultrasonores, en particulier des ondes ultrasonores de surface, et ces ondes sont détectées par le film 80. Ce dernier émet alors des signaux électriques qui sont récupérés et traités par l'appareil 86, permettant ainsi le contrôle de l'assemblage dans la zone superficielle comprise entre l'émetteur 84 et le film 80. REVENDICATIONS 1. Assemblage d'éléments, 'cet assemblage étant pourvu de moyens de contrôle non destructif de l'assemblage, caractérisé en ce que ces moyens de contrôle non destructif comprennent un ou une pluralité de films piézoélectriques (26, 28, 30; 50, 52; 70; 80) qui sont intégrés à cet assemblage, chaque film piézoélectrique étant en contact direct avec l'un au moins des éléments (12, 14, 16; 64, 66, 68), sans aucune couche, à l'exception d'une éventuelle couche de colle (54, 56; 82), entre ce film et cet élément, chaque film piézoélectrique constituant un émetteur d'ultrasons ou un récepteur d'ultrasons ou les deux. 2. Assemblage selon la revendication 1, dans lequel chaque film piézoélectrique (26, 28, 30; 50, 52; 70; 80) est de type PVDF ou de type copolymère. 3. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, comprenant au moins deux films piézoélectriques, à savoir des premier et deuxième films piézoélectriques (26, 28; 50, 52) constituant respectivement un émetteur d'ultrasons et un récepteur d'ultrasons. 4. Assemblage selon la revendication 3, dans lequel les premier et deuxième films piézoélectriques (26, 28) sont séparés par l'épaisseur d'au moins l'un des éléments (14) de l'assemblage. 5. Assemblage selon la revendication 3, dans lequel les premier et deuxième films piézoélectriques (50, 52) sont placés sur une même face de l'assemblage, en vue de l'émission et de la réception d'ondes ultrasonores de surface. 6. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, comprenant au moins un film piézoélectrique (70; 80) constituant un récepteur d'ultrasons, l'assemblage étant pourvu d'un émetteur d'ultrasons (76; 84) qui est extérieur à cet assemblage, lorsque l'on veut contrôler celui-ci. 7. Assemblage selon la revendication 6, dans lequel le film piézoélectrique (70) est disposé dans l'assemblage. 8. Assemblage selon la revendication 6, dans lequel le film piézoélectrique (80) et l'émetteur d'ultrasons (84) sont placés sur une même face de l'assemblage, en vue de l'émission et de la réception d'ondes ultrasonores de surface. 9. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, comprenant au moins un film piézoélectrique (30), ce film piézoélectrique constituant à la fois un émetteur d'ultrasons et un récepteur d'ultrasons. 10. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, comprenant au moins un film piézoélectrique, ce ou ces films piézoélectriques constituant des récepteurs d'émission acoustique.