Brevet FR2981157A1 — publié le 20130412

La présente demande de brevet se rapporte à un procédé de contrôle non destructif (CND dans ce qui suit) d'un matériau composite à matrice organique. Un tel matériau peut être utilisé notamment dans le domaine de 5 l'aéronautique, et plus particulièrement à l'intérieur d'un ensemble propulsif comprenant une nacelle et, à l'intérieur de celle-ci, un turboréacteur. Une utilisation particulière d'un matériau composite à matrice organique (CMO dans ce qui suit) est la réalisation d'une structure interne fixe (IFS dans ce qui suit) destinée à caréner le turboréacteur et à définir la veine 10 de flux secondaire (dite aussi veine d'air froid) du turboréacteur. Une telle IFS est soumise à des températures très élevées du côté du turboréacteur, pouvant conduire à terme à la dégradation du CMO par vieillissement physico-chimique. Il importe de pouvoir détecter le plus tôt possible, et de manière la 15 plus simple possible, cette dégradation lors des opérations de maintenance. La présente invention a ainsi pour but notamment de fournir un procédé très fiable et simple à mettre en oeuvre, permettant de contrôler de manière non destructive une pièce en CMO pouvant être utilisée notamment à l'intérieur d'un ensemble propulsif d'aéronef. 20 On atteint ce but de l'invention avec un procédé de CND d'une pièce en CMO, comprenant les étapes consistant à : a) effectuer un contrôle de surface de cette pièce par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourrier (FTIR), b) si l'étape a) est révélatrice d'un défaut, effectuer des contrôles 25 en profondeur dudit matériau selon deux techniques à ultrasons complémentaires. Le contrôle de surface par FTIR étant très simple à mettre en oeuvre, le procédé selon l'invention permet de discriminer très simplement les cas favorables où aucun contrôle supplémentaire n'est nécessaire, de ceux où 30 un lever de doute (LDD dans ce qui suit) nécessite des contrôles en profondeur au moyen de techniques ultrasonores. Pour ces derniers cas, le fait d'utiliser deux techniques ultrasonores complémentaires permet d'obtenir d'excellentes fiabilité et reproductibilité du procédé. 35 Suivant d'autres caractéristiques optionnelles du procédé selon l'invention, pouvant être prises seules ou en combinaison : - pour la mise en oeuvre de l'étape a), on effectue une moyenne de plusieurs spectres FTIR réalisés dans la zone étudiée, et on passe à l'étape b) lorsque l'analyse des pics caractéristiques du vieillissement physico-chimique dépasse au moins un seuil prédéterminé dit de non-conformité, en tenant 5 compte de la mesure d'épaisseur de peinture lorsque la pièce est peinte ; - pour la mise en oeuvre de l'étape b), on recueille les résultats des mesures données par chaque technique ultrasonore, et on se prononce en faveur d'une nécessité de réparation de la pièce lorsque l'un au moins de ces résultats dépasse au moins un seuil prédéterminé dit de non-conformité ; un tel 10 seuil est défini à partir de tables de vérité d'aide à la décision, elles-mêmes construites lors d'essais de développement ; - on complète les mesures données par chaque technique ultrasonore avec une analyse visuelle basée sur la colorimétrie comparative des zones concernées ; 15 - l'une des deux techniques ultrasonores consiste en .une mesure d'énergie acoustique transmise par ondes de surface sur la zone étudiée, et l'autre des deux techniques ultrasonores consiste en la mesure d'impédance électromécanique de ladite zone du matériau ; - on effectue lesdites mesures ultrasonores après une étape de 20 normalisation de ladite zone : cette étape de normalisation permet de réaliser un étalonnage des mesures ; - préalablement à l'étape b), on réalise un décapage de la peinture couvrant la surface de ladite pièce : cette étape, applicable uniquement lorsque la pièce à contrôler est revêtue de peinture, est nécessaire pour mettre en 25 oeuvre les mesures ultrasonores de l'étape b) ; on accompagne le contrôle de surface par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourrier par une mesure d'épaisseur de peinture lorsque la pièce est peinte. La présente invention est destinée notamment au CND d'une pièce 30 d'ensemble propulsif d'aéronef telle qu'une structure interne fixe (IFS) de nacelle de turboréacteur d'aéronef. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen de l'unique figure ci-annexée, représentant de manière schématique le procédé 35 selon la présente invention. On a représenté, en 1, une pièce à contrôler. Dans l'exemple choisi cette pièce 1 est un IFS, c'est-à-dire une pièce destinée à caréner le turboréacteur d'un aéronef, comportant sur sa face interne, c'est-à-dire sur sa face destinée à être en vis-à-vis du turboréacteur, un matelas d'isolation thermique 3. Dans une zone 5 de cette IFS, le matelas d'isolation thermique 3 a été partiellement arraché, mettant ainsi à nu le matériau composite formant cet ISF. Dans le cadre de la présente invention, ce matériau composite est un composite à matrice organique (CMO), c'est-à-dire un matériau composite formé d'un empilement de plis obtenus chacun par polymérisation d'une résine organique (résine de type BNI par exemple), cette résine emprisonnant des fibres par exemple en carbone. Dans l'exemple représenté, la zone 5 dans laquelle le matelas thermique 3 a été partiellement arraché, est la zone du matériau CMO que l'on 15 cherche à contrôler. En effet, ce matériau est soumis à de très hautes températures, susceptibles d'entraîner des défauts tels qu'une dégradation du CMO par vieillissement physico-chimique, et il importe d'en contrôler périodiquement le vieillissement. 20 On commence tout d'abord par nettoyer la zone 5 au moyen d'un chiffon sec (étape 7), de manière à en ôter les graisses et autres particules polluantes. On effectue ensuite un CND classique (étape 9) comprenant typiquement un contrôle du collage, avec un Bondmaster (appareil à ultra-sons 25 spécifique à cet usage, de la société Olympus) et un Tap Test, c'est-à-dire un test acoustique au marteau, permettant de déceler d'éventuelles zones de décollage du CMO. Si le CND de l'étape 9 est positif, on détermine à l'étape 11 l'étendue de la zone défectueuse. 30 A l'issue de l'ensemble de ces mesures, on connaît l'étendue des réparations nécessaires pour l'IFS, étant entendu que l'aéronef ne pourra voler tant que ces réparations n'auront pas été effectuées (les initiales AOG sur le schéma ci-annexé indiquent « Airplane On Ground », ce qui signifie que l'avion ne peut décoller). 35 Si les tests classiques réalisés à l'étape 9 ne permettent pas de mettre en évidence un décollement manifeste du CMO, alors on se rend à l'étape 15, dans laquelle on réalise un contrôle de surface de la zone 5 du CMO, au moyen d'un appareil à spectroscopie infrarouge à transformée de Fourrier (FTIR). Un tel appareil est commercialisé notamment par la Société A2 5 TECHNOLOGIES sous la marque EXOSCAN. Cet appareil portable se présente sous la forme d'un pistolet que l'on balaie sur la zone 5. Cet appareil permet de mesurer, sur des surfaces de l'ordre de 2mm x 2mm, l'absorbance de rayons infrarouges sur une plage de longueur 10 d'ondes allant de 4000 à 500 cm-1. Les variations d'absorbance des rayons infrarouges sont révélatrices de défauts de surface du CMO. Plus précisément, on effectue plusieurs séries de mesures au moyen de l'appareil à FTIR dans la zone 5, puis on réalise la moyenne des 15 spectres obtenus, avant de les exploiter. Lorsque l'analyse des pics caractéristiques du vieillissement physico-chimique (déterminés par les essais de développement) demeure inférieure à un seuil de non conformité NC1 (étape 17), moyennant cohérence avec la mesure d'épaisseur de peinture lorsque la pièce est peinte, on 20 considère que le CMO ne présente pas de défaut de surface, et qu'il n'est donc pas nécessaire de mener plus avant les investigations : la conclusion est que l'IFS est apte au vol (étape 18). Lorsqu'au contraire ce seuil prédéterminé NC1 est dépassé, on considère qu'il faut réaliser des mesures en profondeur du CMO, afin de 25 caractériser de manière très précise la nature du défaut. A noter que la surface intérieure de l'IFS 1 peut être peinte, comme c'est le cas dans l'Airbus A380, ou bien être à nu, comme c'est le cas par exemple dans l'Airbus A330. Dans le cas où la surface intérieure de l'IFS 1 est peinte, il est 30 nécessaire, avant d'aller plus avant dans les meures complémentaires, de réaliser un décapage à sec de la peinture, comme cela est indiqué à la figure 19. Ceci afin d'éviter que la peinture, dont la couche mesure typiquement de l'ordre de 40 à 80 micromètres, ne vienne perturber les 35 mesures ultrasonores qui vont être détaillées à présent. Comme cela est visible sur le schéma ci-annexé, on réalise en fait deux séries de mesures ultrasonores distinctes et complémentaires, en parallèle. La première série de mesures ultrasonores 21 consiste à envoyer à 5 la surface de la zone étudiée 5 des ondes ultrasonores sous une certaine incidence et à engendrer ainsi des ondes de surface pour ensuite mesurer l'énergie transmise par le CMO entre l'émetteur et le récepteur. Plus précisément, on sollicite mécaniquement la surface de la zone à étudier 5 au moyen de deux transducteurs, à savoir un émetteur (soumis à 10 une tension oscillatoire), et un récepteur (passif). En pratique, on place les transducteurs de manière symétrique par rapport à un plan normal à la zone à étudiée 5, et on mesure l'amplitude de l'onde ultrasonore transmise par les ondes de surface. On déplace ce couple émetteur/récepteur autour de la zone 15 défectueuse. Lorsque les grandeurs mesurées dépassent un seuil prédéterminé de non-conformité NC2 (étape 23) on en déduit que ce contrôle est positif, c'est-à-dire que le CMO présente un dommage en profondeur. Cette première série de mesures ultrasonores permet de 20 caractériser la présence d'un défaut en profondeur dans le CMO, lorsque le seuil NC2 est dépassé. La deuxième série de mesures ultrasonores 25 consiste à déterminer l'impédance électromécanique de la zone étudiée 5 du CMO. La relation entre l'intensité traversant ce transducteur et la tension 25 à laquelle il est soumis permet d'en déduire l'impédance électromécanique recherchée. On compare ensuite l'impédance résultant de cette mesure ultrasonore ponctuelle à un seuil de conformité NC3 (étape 27). Typiquement, on sollicite la zone étudiée 5 au moyen de trains 30 d'ondes dont les fréquences sont situées entre 3 et 7 mégahertz. Plus précisément, la logique de test en fonction des résultats obtenus par chacune des séries de mesures ultrasonores susmentionnées, est la suivante, étant noté que les traits pleins et en pointillés reliant les étapes 23 et 27 aux étapes 29 et 39 n'établissent aucune hiérarchie entre les différentes 35 options possibles : des traits différents ont été employés dans un seul souci de clarté. 2 9 8 1 1 5 7 6 Lorsque les mesures 21 et 25 aboutissent à des résultats négatifs, c'est-à-dire lorsque ces mesures restent en dessous des seuils respectifs NC2 et NC3, on en déduit que le CMO n'est touché que de manière superficielle : seul le pli de surface du composite est endommagé (étape 29). Dans ce cas, il pourra être décidé ou non d'emmener l'IFS en réparation (étape 31), et donc de maintenir ou non l'avion au sol. Cette décision dépend d'autres paramètres extérieurs, tels que des paramètres techniques (niveau de sollicitation mécanique de la zone concernée) et financiers liés notamment à la durée de vie restant de l'IFS, et 10 ces paramètres ne seront pas détaillés ici. En revanche, lorsqu'au moins l'une des deux séries de mesure 21, 25 conduit à un contrôle positif, on en déduit qu'il y a un dommage interne du CMO, et qu'il est donc nécessaire de procéder à une réparation de l'IFS, entraînant une immobilisation de l'aéronef. 15 Plus précisément on peut se retrouver dans une situation 39 où seul l'un des contrôles ultrasonores 21, 25 est positif, ce qui signifie qu'il y a en tout deux CND positifs, à savoir le contrôle FTIR et le contrôle ultrasonore par ondes de surface, entraînant donc l'immobilisation de l'avion (étape 41). Ou bien les deux contrôles ultrasonores 21, 25 sont positifs, ce qui 20 signifie qu'il y a donc trois contrôles non destructifs positifs (étape 39 : le contrôle FTIR + les deux contrôles ultrasonores 21, 25), entraînant la réparation de l'IFS, et donc l'immobilisation de l'aéronef. L'évaluation du niveau de dégradation du CMO s'effectue à l'aide de tables de vérité (aide à la décision) qui ont été établies par corrélation avec 25 les essais de développement. Comme on peut le comprendre à la lecture de la description qui précède, le procédé selon l'invention permet de déceler de manière rapide et très fiable la dégradation du matériau par vieillissement physico-chimique à la surface et à l'intérieur d'une pièce réalisée en CMO. 30 Ce procédé permet de définir un mode opératoire reproductible et parfaitement rationnel, dans lequel on commence par des tests visuels et acoustiques classiques, suivis le cas échéant par des mesures de surface réalisées très rapidement au moyen d'un appareil à FTIR, elles-mêmes suivies le cas échéant par des mesures plus poussées faisant appel aux ultrasons. 35 Chaque étape n'est mise en oeuvre que si l'étape précédente en indique la nécessité, évitant ainsi à l'opérateur d'effectuer des mesures inutiles. Ce procédé selon l'invention permet de caractériser graduellement les défauts constatés, en commençant tout d'abord par des défauts de surface, puis en allant analyser la structure intérieure du CMO. Le procédé selon l'invention pourra être mis en oeuvre de manière 5 aisée par les opérateurs en charge de la maintenance des ensembles propulsifs d'aéronef, soit lors de visites de routine, soit lors de visites particulières faisant suite à des incidents constatés. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, fournis à titre de simple exemple. 10 REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle non destructif d'une pièce (1) en matériau composite à matrice organique (CMO), comprenant les étapes consistant à : a) effectuer un contrôle de surface de cette pièce (1) par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourrier (FTIR) (15), b) si l'étape a) est révélatrice d'un défaut, effectuer des contrôles en profondeur dudit matériau selon deux techniques à ultrasons (21, 25) complémentaires. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel pour la mise en oeuvre de l'étape a), on effectue une moyenne de plusieurs spectres FTIR réalisés dans la zone étudiée (5), et on passe à l'étape b) lorsque l'analyse des pics caractéristiques du vieillissement physico-chimique dépasse au moins un seuil prédéterminé dit de non-conformité (NC1). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel, pour la mise en oeuvre de l'étape b), on recueille les résultats des mesures données par chaque technique ultrasonore (21, 25), et on se prononce en faveur d'une nécessité de réparation de la pièce lorsque l'un au moins de ces résultats dépasse au moins un seuil prédéterminé dit de non-conformité (NC2, NC3). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on complète les mesures données par chaque technique ultrasonore (21, 25) avec une analyse visuelle basée sur la colorimétrie comparative des zones concernées. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'une (21) des deux techniques ultrasonores (21, 25) consiste en une mesure d'énergie acoustique transmise par ondes de surface sur la zone étudiée, et l'autre (25) des deux techniques ultrasonores consiste en la mesure d'impédance électromécanique de ladite zone du matériau.35 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, préalablement à l'étape b), on réalise un décapage (19) de la peinture couvrant la surface de ladite pièce. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, on accompagne le contrôle de surface par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourrier (FTIR) par une mesure d'épaisseur de peinture lorsque la pièce (1) est peinte. 8. Application d'un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes au contrôle non destructif d'une pièce en composé à matrice organique (CMO). 9. Application selon la revendication 8 à une pièce de structure interne 15 fixe (IFS) (1) de nacelle de turboréacteur d'aéronef.