Brevet FR3050530A1 — publié le 20171027

Procédé de contrôle voire de certification d'un assemblage collé DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne notamment un procédé de contrôle voire de certification d'un assemblage collé. L'assemblage collé fait par exemple partie d'un module de turbomachine ou d'ensemble propulsif d'aéronef ETAT DE L'ART La présente invention s'applique en particulier mais non exclusivement au Contrôle Non Destructif (CND) de collages structuraux. Un collage structural est un collage supportant une reprise d'effort mécanique. L'absence de procédure CND éprouvée permettant de garantir la tenue mécanique d'un collage est actuellement un verrou au déploiement de ce contrôle pour les assemblages de pièces de certaines catégories dans le domaine aéronautique. Dans ce contexte, de nombreux programmes de recherche académiques et industriels ont été mis en place pour identifier une méthodologie en CND garantissant la tenue mécanique d'un collage. Les ondes ultrasonores bénéficient d'un a priori très positif pour la certification de tenue mécanique, en particulier car ce sont des ondes mécaniques et qu'il en existe de nombreux types (appelés modes) où les vibrations de particules peuvent être parallèles (mode longitudinal) ou normales (mode transverses) à la direction de propagation de l'onde. Les modes transverses apparaissent comme étant des modes très prometteurs pour le contrôle des collages, en particulier car ces modes de cisaillement semblent plus sensibles aux interfaces que les modes longitudinaux. Physiquement, pour créer un mode transverse, il est possible soit d'utiliser des configurations géométriques particulières (notamment en 30 jouant sur des conversions de modes lors de phénomènes de réfraction ou 3050530 2 de transmission) soit de les générer directement en identifiant une technologie capable d'engendrer directement ce type de mode transverse. Cette dernière approche est favorisée au niveau industriel car plus facile à mettre en place dans des contextes où les matériaux et les 5 géométries d'assemblages sont contraints par les fonctionnalités de l'assemblage. Les mêmes problèmes sont rencontrés dans la technique actuelle pour la certification d'un assemblage collé. En effet, il n'existe aujourd'hui pas de procédure approuvée de certification d'un collage structural car il n'a 10 pas été identifié de méthode permettant de garantir sa tenue mécanique. Actuellement, la seule méthode pour garantir un collage est indirecte, en garantissant que toutes les opérations nécessaires à la bonne maîtrise du procédé aient été respectées. Ces problèmes ne permettant pas de certifier la tenue mécanique d'un collage sont multiples à ce jour et basés 15 notamment sur le fait qu'il n'y a pas de méthode globale permettant certifier de la tenue mécanique d'un collage. Ce dernier point est notamment lié au fait qu'une bonne tenue de collage est associée à de nombreux paramètres, nécessaires mais non suffisants si on les prend individuellement pour garantir la tenue mécanique de l'assemblage. 20 L'invention propose une solution à ces problèmes de contrôle, en proposant un procédé de contrôle en particulier non destructif, voire de certification, d'un assemblage collé. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose à cet effet un procédé de contrôle d'un 25 assemblage collé, cet assemblage comprenant un premier matériau, un second matériau, et une couche de colle chargée et intercalée entre les deux matériaux, caractérisé en ce qu'il comprend : - une première étape d'émission d'ondes acoustiques de contrôle dans la couche de colle, et - une seconde étape d'écoute ou de détection de la propagation des ondes acoustiques à l'intérieur de la couche. 3050530 3 La colle est ainsi intentionnellement chargée avec des éléments appelés charges, compatibles avec la technologie utilisée pour l'émission et la réception des ondes acoustiques, en vue de générer dans la couche de colle un signal ultrasonore qui permet de réaliser une procédure 5 d'évaluation non destructive de la couche de colle et donc de l'assemblage collé. Le fait d'ajouter ces charges permet d'utiliser toute technologie ultrasonore au contrôle des matériaux collés, ce qui n'était pas le cas avec la technique antérieure pour laquelle la technologie était en général dédiée à un matériau particulier de la couche de colle. 10 Avantageusement, les ondes acoustiques sont émises et leur propagation est écoutée au moyen d'un transducteur sans contact, de préférence du type EMAT. Un transducteur EMAT (acronyme de l'anglais ElectroMagnetic Acoustic Transducer) permet de générer directement et sans contact tout type de mode acoustique, avec des modes de 15 cisaillement qui peuvent être selon toutes les directions du plan normal à la propagation de l'onde acoustique. Pour ces raisons, la technologie EMAT présente des avantages uniques pour le CND des collages. Le principe de ces transducteurs est de délivrer une décharge magnétique au voisinage d'un matériau conducteur qui, par un effet de couplage magnéto-élastique, 20 permet de créer une onde acoustique. La détection est régie par le phénomène inverse : l'onde acoustique module le champ magnétique du matériau inspecté, modulation détectée par un détecteur EMAT placé au voisinage de la pièce inspecté. Une des limitations de cette approche concerne les matériaux pouvant être inspecté par EMAT : il est nécessaire 25 qu'ils soient conducteurs. Ce dernier point restreint l'usage de la technologie EMAT essentiellement aux métaux et rend, de facto, leur utilisation quasi impossible pour le contrôle de collage où la surface accessible à la procédure CND est en matériaux composites, comme c'est de plus en plus souvent employé dans l'industrie aéronautique. 30 L'intégration de charges conductrices ou métalliques dans la couche de colle permet d'apporter une solution à ce besoin. 3050530 4 L'invention consiste alors à doper une couche de colle avec un matériau présentant une forte compatibilité avec la technologie EMAT (l'aluminium par exemple). Ce dopage peut être réalisé dans une proportion relativement faible de manière à ne pas trop dégrader la fonctionnalité de la 5 colle. Des colles utilisées pour les collages industriels peuvent contenir actuellement des charges similaires, discrets ou en trame, pour différentes applications : fonctionnalisation, maîtrise d'épaisseur de joint de colle, simplification d'utilisation par l'opérateur, etc. Le procédé peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques 10 suivantes prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - l'étape d'écoute consiste à suivre l'évolution d'au moins un paramètre acoustique parmi l'amplitude, la fréquence, la phase, l'atténuation et la vitesse d'au moins une onde, 15 - le procédé comprend, avant ladite première étape, une étape préliminaire d'émission d'ondes acoustiques dans la couche de colle afin de mettre en résonance acoustique lesdites charges jusqu'à une valeur prédéterminée d'un paramètre acoustique de certification, - lesdites première et seconde étapes sont suivies d'une étape de 20 certification ou non certification de l'assemblage collé, - ladite étape préliminaire est précédée : - d'une première étape antérieure d'émission d'ondes acoustiques de contrôle dans la couche de colle, et - une seconde étape antérieure d'écoute ou de détection de la 25 propagation des ondes acoustiques à l'intérieur de la couche, ladite étape de certification comprenant une comparaison de paramètres acoustiques suivis lors des étapes d'écoute réalisées avant et après l'étape préliminaire. La certification de l'assemblage collé est réalisée en le sollicitant par 30 mise en résonance des charges dans la couche de colle. Le collage est donc éprouvé mécaniquement et dans son ensemble jusqu'à un certain 3050530 5 point de tenue mécanique (défini au préalable par l'opérateur) et de préférence à une échelle mésoscopique pour la pièce, c'est-à-dire à une échelle plus grande que la seule interface entre une des pièces de l'assemblage et la couche de colle mais plus petite que l'assemblage collé. 5 Cette sollicitation exerce donc des forces de cisaillement et de traction à l'ensemble de la couche de colle et de la pièce collée. Cette sollicitation permet alors de certifier la tenue mécanique générale de la couche de colle et non pas d'une caractéristique particulière du collage. L'invention concerne encore un assemblage collé, comprenant un 10 premier matériau, un second matériau, et une couche de colle intercalée entre les deux matériaux, caractérisé en ce que des charges sont noyées dans la couche de colle, ces charges étant configurées pour être sollicitées lorsqu'elles sont soumises à des ondes acoustiques de contrôle. De préférence, les charges ont au moins une dimension sub- 15 millimétrique (de manière à ne pas dégrader le collage en imposant une épaisseur à la couche de colle trop importante). Cette dimension doit aussi permettre, si désiré, de créer une résonance acoustique des charges dans la colle dans le domaine spectral classique du contrôle CND ultrasonore, par exemple jusqu'à quelques dizaines de mégahertz (MHz). Dans cette 20 définition, on ne restreint pas la géométrie des charges. Toutes les formes peuvent être envisagées et utilisées pour créer différents types d'ondes en jouant sur des modes de résonances géométriques spécifiques. De même, les arrangements géométriques des charges dans la couche de colle ne sont pas restreints. Des symétries géométriques ou bien, au contraire, des 25 arrangements aléatoires peuvent être utilisés selon les besoins du contrôle désiré (colle, géométries, dimensions mises en jeu, etc.). Les charges comprennent par exemple des particules et/ou des fils, par exemple en aluminium. Les particules peuvent être en forme de billes, cubes, parallélépipèdes et/ou fibres. Les charges ou fils peuvent former au 30 moins un treillis. Le treillis s'étend avantageusement dans le plan de la couche de colle. 3050530 6 L'invention concerne enfin un module de turbomachine ou d'ensemble propulsif d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un assemblage collé tel que décrit ci-dessus. DESCRIPTION DES FIGURES 5 L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue très schématique représentant une installation de 10 mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention ; - la figure 2 est un logigramme illustrant des étapes d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention ; et - les figures 3 et 4 sont des logigrammes illustrant des étapes de variantes de réalisation du procédé selon l'invention. 15 DESCRIPTION DETAILLEE L'invention utilise le principe de la sollicitation acoustique. La résonance acoustique est une sollicitation acoustique, et est un phénomène physique très important et systématiquement anticipé dans toute conception d'ouvrage car pouvant mener à la destruction totale de 20 structures telles que des ponts soumis à un pas militaire cadencé ou des immeubles sous l'effet du vent. L'invention consiste à utiliser ce phénomène pour procéder au contrôle voire à la certification d'un assemblage collé. Pour ce faire, on utilise une colle préalablement chargée avec des charges aptes à propager 25 les ondes acoustiques et à être mises en résonance acoustique et à générer des contraintes dans la couche de colle jusqu'à un seuil de certification de l'assemblage. La colle peut initialement se présenter sous la forme de pâte ou de film. La colle peut comprendre une quantité de charges supérieure à 10% en volume. 30 Les charges sont de préférence de taille sub-millimétrique selon au moins une dimension. Selon cette définition, la géométrie des charges n'est 3050530 7 pas restreinte et celles-ci peuvent être en particulier des éléments discrets sub-millimétriques selon toutes leurs dimensions (sphères ou cubes par exemple) ou bien peuvent présenter une grande dimension (fil par exemple). Toutes les formes peuvent être envisagées. Ces structures 5 possèdent toutes une fréquence fondamentale propre de résonance, que l'on nommera fo et ses harmoniques associées, n.fo, avec n entier positif. Le matériau de ces charges doit pouvoir être mis en résonance acoustique à distance utilisant par exemple, mais cet exemple n'est pas restrictif, des phénomènes de couplages élasto-magnétiques. 10 La figure 1 montre un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les références 10 et 20 désignent deux matériaux tels que des plaques, fixés l'un à l'autre par une couche de colle 30 intercalée entre les matériaux. L'assemblage collé de la figure peut faire partie d'un module 60 de 15 turbomachine ou d'ensemble propulsif d'aéronef. L'exemple illustré concerne le cas d'une couche de colle 30 préalablement chargée avec un treillis 40 de fil d'aluminium faisant une centaine de micromètres de diamètre. Ce fil d'aluminium a un mode de résonance fondamental fo dans le domaine des mégahertz (MHz). Il est 20 possible d'exciter ce treillis de fil d'aluminium en excitation forcée à fo en utilisant la technologie EMAT. Les ondes générées dans cette configuration seront essentiellement longitudinales. Avec cette configuration, la taille caractéristique de la couche de colle variera dans le temps, selon un mouvement périodique dont l'amplitude augmente, cela peut mener 25 finalement à la destruction de la couche en son coeur, ce qui n'est toutefois pas souhaité. Un transducteur EMAT 50 sans contact est déplacé à distance de l'assemblage collé, distance qui est par exemple inférieure ou égale à 5cm. La figure 2 montre un premier exemple de réalisation du procédé 30 selon l'invention. Il comprend essentiellement deux étapes : 3050530 8 - une première étape A d'émission d'ondes acoustiques de contrôle dans la couche de colle 30, et - une seconde étape B d'écoute de la propagation des ondes acoustiques à l'intérieur de la couche 30. 5 Le procédé peut alors comprendre une étape C supplémentaire consistant à conclure sur la conformité ou la certification de l'assemblage. Si l'assemblage est jugée conforme (OUI), il est certifié à l'étape D. S'il n'est pas considéré comme conforme (NON), l'assemblage n'est pas certifié (étape E). 10 L'étape B peut par exemple consister à suivre l'évolution d'au moins un paramètre acoustique parmi l'amplitude, la fréquence, la phase, l'atténuation et la vitesse d'au moins une onde acoustique. L'étape C peut alors consister à comparer au moins une valeur d'un ou plusieurs de ces paramètres à une ou des valeurs seuils de certification préalablement 15 définies. La variante de réalisation de la figure 3 diffère du précédent mode de réalisation en ce qu'il comprend, avant l'étape A, une étape F préliminaire d'émission d'ondes acoustiques dans la couche de colle afin de mettre en résonance acoustique les charges 40 jusqu'à une valeur prédéterminée 20 d'un paramètre acoustique de certification. L'idée consiste alors à exciter les charges présentes dans la couche de colle avec une excitation périodique, en phase avec un de leur mode de résonance, pour les faire entrer en résonance forcée. Cette résonance forcée crée un mouvement propre de la couche chargée. Ce mouvement 25 est périodique et s'amplifie au fur à mesure qu'il est entretenu. Cette amplification pourrait mener à la destruction de la couche de colle ainsi chargée mais l'idée est de vérifier que la tenue mécanique de l'assemblage est suffisante et répond à un besoin de certification. La variante de réalisation de la figure 4 diffère du précédent mode de 30 réalisation en ce qu'il comprend en outre, avant l'étape F, une étape G antérieure d'émission d'ondes acoustiques de contrôle dans la couche de 3050530 9 colle, et une seconde étape H antérieure d'écoute de la propagation des ondes acoustiques à l'intérieur de la couche. Le procédé peut alors comprendre une étape I supplémentaire consistant à conclure de manière anticipée sur la conformité de 5 l'assemblage. Si l'assemblage est jugée conforme (OUI), les étapes suivantes du procédé peuvent être mises en oeuvre. S'il n'est pas considéré comme conforme (NON), le procédé de contrôle s'arrête (étape J). Dans la variante de la figure 4, le procédé permet une première 10 validation du collage et un étalonnage de la réponse acoustique à la procédure CND. Si ce premier contrôle est un succès (OUI à l'étape I), le collage est mis à l'épreuve mécaniquement, en le sollicitant en grande amplitude par résonance acoustique (étape F). Cette sollicitation est quantifiée mécaniquement par un étalonnage effectué au préalable. Cette 15 sollicitation permet d'atteindre le seuil de certification que l'on désire pour le collage ainsi inspecté. Ensuite, les étapes de contrôle (B et C) sont à nouveau effectuées pour connaître la réponse du collage à la sollicitation acoustique. Si celui-ci n'a pas subi de dommage, il peut être certifié (OUI à l'étape D). Le fait de réaliser un contrôle non destructif avant et après 20 sollicitation mécanique au seuil de certification permet de réaliser une mesure CND différentielle du collage (avant et après sollicitation), ce qui permet un contrôle plus fin dans certains cas. Un des avantages est ici de permettre de certifier un assemblage collé car la sollicitation est mécanique et sollicite le collage dans son 25 intégralité, de l'interface aux propriétés mécanique de la colle. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'un assemblage collé, cet assemblage comprenant un premier matériau (10), un second matériau (20), et une couche de colle (30) chargée et intercalée entre les deux matériaux, caractérisé en ce qu'il comprend : - une première étape (A) d'émission d'ondes acoustiques de contrôle dans la couche de colle, et - une seconde étape (B) d'écoute ou de détection de la propagation des ondes acoustiques à l'intérieur de la couche. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les ondes acoustiques sont émises et leur propagation est écoutée au moyen d'un transducteur (50) sans contact, de préférence du type EMAT. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape d'écoute (B) consiste à suivre l'évolution d'au moins un paramètre acoustique parmi l'amplitude, la fréquence, la phase, l'atténuation et la vitesse d'au moins une onde. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il comprend, avant ladite première étape, une étape préliminaire (F) d'émission d'ondes acoustiques dans la couche de colle afin de mettre en résonance acoustique lesdites charges (40) jusqu'à une valeur prédéterminée d'un paramètre acoustique de certification. 5. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel lesdites première et seconde étapes (A, B) sont suivies d'une étape de certification (D) ou non certification (E) de l'assemblage collé. 6. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ladite étape préliminaire est précédée : - d'une première étape antérieure (G) d'émission d'ondes acoustiques de contrôle dans la couche de colle, et - une seconde étape antérieure (H) d'écoute ou de détection de la propagation des ondes acoustiques à l'intérieur de la couche, 3050530 11 ladite étape de certification (D, E) comprenant une comparaison de paramètres acoustiques suivis lors des étapes d'écoute (H, B) réalisées avant et après l'étape préliminaire. 7. Assemblage collé, comprenant un premier matériau (10), un second 5 matériau (20), et une couche de colle (30) intercalée entre les deux matériaux, caractérisé en ce que des charges (40) sont noyées dans la couche de colle, ces charges étant configurées pour être sollicitées lorsqu'elles sont soumises à des ondes acoustiques de contrôle. 8. Assemblage collé selon la revendication précédente, dans lequel les 10 charges ont au moins une dimension sub-millimétrique. 9. Assemblage collé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les charges forment au moins un treillis. 10. Module (60) de turbomachine ou d'ensemble propulsif d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un assemblage collé selon 15 l'une des revendications 7 à 9.