Brevet FR3062479A1 — publié le 20180803

PROCEDE DE CONTROLE NON DESTRUCTIF D'UN CARTER La présente invention concerne un procédé de contrôle non destructif d'une pièce comprenant une matrice, par exemple en polymère. En particulier, des fibres de renfort peuvent être intégrées à la matrice. Classiquement, l'extrémité amont d'une turbomachine comprend une soufflante comprenant une roue formée d'une pluralité d'aubes entourées extérieurement par un carter annulaire qui peut être réalisé en matériau métallique ou en matériau composite comprenant une matrice intégrant des fibres de renfort, tel qu'une matrice polymère par exemple du polymère époxyde, et des fibres de renforts en fibre de carbone ou fibres de verre. Ce carter permet une compression initiale de l'air entrant dans la turbomachine et assure également une fonction de confinement des aubes en cas de perte de l'une d'entre elles. Le carter de soufflante est entouré par une pluralité de conduits d'alimentation d'équipements, notamment par un conduit d'alimentation en air sous pression, à une température de l'ordre de 200°C, d'un moteur nommé APU (auxiliary power unit) servant au démarrage du turboréacteur ainsi qu'à l'alimentation en électricité de la cabine de l'avion lorsque l'avion est au sol. En cas de disfonctionnement, telle qu'une fuite, de la conduite d'alimentation en air sous pression, l'air peut conduire à un échauffement local important du carter puisque la température de l'air est de l'ordre de 200°C. Lorsque le carter est réalisé en matériau métallique, par exemple en aluminium, l'échauffement n'impacte par l'intégrité mécanique du carter. Dans le cas d'un carter à matrice intégrant des fibres de renforts, sa tenue mécanique suite à un échauffement doit pouvoir être garantie. On comprend donc que le contrôle non destructif d'un carter composite à matrice avec fibres de renforts est particulièrement important et l'est d'autant plus qu'un carter composite s'avère très couteux. Il a ainsi été proposé d'appliquer des peintures thermosensibles sur le carter. Toutefois, la durée de vie de ces peintures limite fortement leur 3062479 2 intérêt puisqu'un moteur peut être utilisé durant des périodes supérieures à la durée de vie de ces peintures, en particulier pour les avions du type longs ou moyens courriers. En outre, lors de la dépose d'un moteur, celui-ci subit de manière conventionnelle de nettoyage par décapage qui induit un 5 retrait total de la couche de peinture thermosensible, impliquant une nouvelle étape d'application d'une couche de peinture. Enfin, si une peinture thermosensible permet de rendre visuellement compte de l'état de chauffe d'une zone donnée d'un carter, elle ne s'avère être qu'une mesure indirecte de l'état de la structure interne du carter et ne permet pas une 10 quantification précise de la structure interne du carter. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de l'art antérieur décrit précédemment. A cet effet, elle propose un procédé de contrôle non destructif de 15 l'échauffement d'une pièce en matériau polymère, en particulier comprenant des fibres de renfort, le procédé comportant les étapes suivantes : a) réaliser une mesure par spectroscopie infrarouge à l'endroit d'une zone à contrôler de ladite pièce et en extraire les valeurs 20 d'absorbance (ou transmittance) en fonction de la fréquence spatiale ; b) à partir des valeurs d'absorbance, déterminer un intervalle de fréquences spatiales relative à l'oxydation du polymère de ladite zone de la pièce ; 25 c) à partir de la mesure d'absorbance dans ledit intervalle de fréquences spatiales, déterminer la période de temps durant laquelle ladite zone à contrôler de la pièce a été soumise à une température d'échauffement donnée et déterminer ladite température d'échauffement, en utilisant une base de données 30 de référence comprenant des mesures d'absorbance établies sur une pluralité d'échantillons de référence en matériau polymère, 3062479 3 en particulier à fibres de renfort, ayant été soumis à une température donnée durant une période de temps donnée. L'invention propose d'effectuer une mesure directe de l'état de la structure polymère du carter par spectrométrie infrarouge et de comparer 5 un paramètre obtenu à partir de la mesure d'absorbance à un paramètre similaire contenu en base de données. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes : - identifier dans l'intervalle de fréquences spatiales un premier pic 10 pour la pièce à contrôler dont l'amplitude dépend de l'état d'oxydation du polymère de ladite zone de la pièce à contrôler et déterminer son amplitude, - réaliser l'étape c) en comparant l'amplitude du premier pic de la pièce à contrôler avec des amplitudes de premiers pics de 15 référence situés dans un intervalle de fréquences spatiales relatif à l'oxydation du polymère sur lesdits échantillons et contenus en base de données. Dans une réalisation particulière de l'invention, le procédé consiste à: 20 - à partir de la mesure d'absorbance, identifier un second pic pour la pièce à contrôler dont l'amplitude est indépendante de l'état d'oxydation du polymère de ladite zone de la pièce à contrôler et déterminer l'amplitude du second pic, - calculer le rapport de la valeur d'amplitude du premier pic obtenu 25 sur la pièce à contrôler sur la valeur d'amplitude du second pic obtenu sur la pièce à contrôler, - réaliser l'étape c) en comparant ledit rapport obtenu pour ladite zone de la pièce avec des rapports de référence pour lesdits échantillons et contenus en bases de données, chaque rapport 30 de référence pour un échantillon donné étant calculé en divisant l'amplitude d'un premier pic de référence par l'amplitude d'un 3062479 4 second pic de référence dont l'amplitude est indépendante de l'état d'oxydation du polymère dudit échantillon. L'invention propose ainsi de normaliser la mesure du premier pic dont l'amplitude dépend du niveau d'oxydation au niveau de la zone 5 considérée par un second pic dont l'amplitude est indépendante de l'état d'oxydation de ladite zone. Cette normalisation permet de s'affranchir des variations d'absorbance qui ne sont pas dues à la zone de la pièce considérées mais fonction par exemple des conditions de mesures, principalement de l'état de surface du matériau, de la sensibilité de 10 l'appareil, de la qualité de l'acquisition, et de manière secondaire de la température de l'environnement, de l'humidité notamment...). Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'amplitude du premier pic et l'amplitude du second pic sont chacune, préalablement à la détermination d'un rapport considéré, corrigées de la variation d'absorption 15 non spécifique qui est fonction de la longueur d'onde d'émission du spectromètre infrarouge. L'absorption non spécifique est due à l'absorption d'une partie du faisceau incident par le polymère ou le renfort, cette absorption étant liée à la profondeur de pénétration dans l'échantillon et inversement proportionnelle au nombre d'onde (fréquence spatiale). 20 L'absorption non spécifique induit donc une déformation de la ligne de base qui n'est caractéristique d'aucune liaison chimique. La prise en compte de l'absorption non spécifique sur la mesure des amplitudes des premiers et seconds pics peut s'avérer importante pour que la normalisation par le second pic de référence s'avère efficace. 25 Le second pic peut être choisi pour être positionné relativement au premier pic de manière à ce que la variation d'absorbance non spécifique entre le premier pic et le second pic soit sensiblement linéaire. Cela permet de faciliter la détermination de la variation d'absorption non spécifique entre les premier et second pics. 30 Dans une configuration particulière, le premier pic et le second sont situés dans un intervalle de fréquences spatiales (le nombre d'onde a, qui 3062479 5 est le nombre d'oscillations de l'onde par unité de longueur, est souvent appelé fréquence spatiale; il désigne l'inverse de la longueur d'onde À : a = 1 / À ; l'unité du nombre d'ondes est le m-1.) inférieur à 500 cm-1 au voisinage des extrémités de laquelle sont déterminés deux mesures 5 d'absorbance uniquement relative à l'absorption non spécifique et à partir desquels est déterminé la variation linéaire d'absorption non spécifique en fonction de la fréquence spatiale pour réaliser la correction de variation d'absorption non spécifique. On a constaté qu'une telle fenêtre permettait de faire l'hypothèse de linéarité de la variation d'absorption non spécifique 10 dans le cas d'un matériau polymère à fibres de renfort. Au-delà de cette largeur de l'intervalle de fréquences spatiales, il est nécessaire de considérer une variation polynomiale de l'absorption non spécifique. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description 15 suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures suivantes : - la figure 1 est une vue schématique d'une pluralité d'échantillons ayant chacun subi une oxydation durant un temps donné (verticalement) à une température donné (horizontalement) ; 20 - la figure 2A est un graphe représentant plusieurs courbes d'absorbance en fonction du nombre d'ondes ; - la figure 2B est un agrandissement de la zone délimitée en pointillés sur la figure 2A ; - la figure 3 est un graphe représentant l'évolution de l'absorbance 25 en fonction du nombre d'ondes et comportant le tracé d'une ligne de détermination de l'absorbance non spécifique ; - la figure 4 est un graphe représentant l'évolution d'un rapport donné en fonction du temps. Comme expliqué précédemment, le carter de la soufflante réalisé en 30 polymère, en particulier avec à fibres de renfort, peut subir en fonctionnement un échauffement local qu'il convient de pouvoir caractériser 3062479 6 par une méthode non destructive permettant de déterminer l'état du carter afin de déterminer s'il peut ou non être maintenu en service dans une turbomachine. A cette fin, l'invention qui est décrite en référence aux figures 1 à 4, 5 vise en premier lieu à établir une base de données de référence comprenant des mesures d'absorbance de référence. Le terme « référence » utilisé ci-après est à comprendre comme désignant un élément de la base de données de référence comprenant les mesures d'absorbance et plus généralement les données obtenues à partir des 10 échantillons de référence. Pour cela, un lot d'une pluralité d'échantillons 10 d'un matériau similaire à la pièce à analyser est constitué. La figure 1 illustre une partie seulement d'un tel lot qui comprend ainsi plusieurs échantillons 10 de carter en matériau polymère à fibres de renfort agencés sous forme de 15 lignes et de colonnes. Le long d'une ligne donnée, chaque échantillon 10 est soumis à une température donnée dont le temps d'exposition est donné par la position le long d'une ligne. Bien évidemment, la base de données devrait comprendre un nombre d'échantillons 10 permettant de rendre compte des différents niveaux d'oxydation que le polymère peut subir en 20 conditions réelles de fonctionnement. Ainsi, la base de données devrait comprendre des échantillons 10 ayant été soumis aux températures précitées durant des périodes de temps allant au moins jusqu'à 6 mois. Dans la configuration représentée à titre d'exemple, les échantillons ont été soumis à des températures en °C de 120, 140, 150, 160, 188, 200, 25 220, 240°C durant des périodes en heures de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 24, 48h. L'échantillon 12 positionné dans le coin inférieur gauche de la figure 1 représente un échantillon 12 n'ayant subi aucun échauffement, lequel constitue donc la référence absolu d'un carter sans aucun échauffement thermique. On constate sur la figure 1 que les échantillons 10 30 s'assombrissent au fur et à mesure que la température augmente et que le 3062479 7 temps d'exposition à une température augmente, ce qui est cohérent avec une oxydation thermique du polymère. La figure 2A représente une pluralité de courbes d'absorbance en fonction du nombre d'onde, obtenues pour certains des échantillons 10 de 5 la figure 1. Il est rappelé que le nombre d'onde spectroscopique correspond à l'inverse de la longueur d'onde. En premier lieu, pour chaque courbe d'absorbance en fonction du nombre d'onde, il convient d'identifier l'intervalle de nombre d'ondes (ou de fréquences spatiales) correspondant à l'oxydation du polymère. Cet intervalle de fréquences spatiales se situe 10 généralement autour de 1600 cm-1 et dans celle-ci on identifie un premier pic de référence 16, 18, 20 correspondant spécifiquement à l'oxydation du polymère. Sur la figure 2A, dans la zone entourée en pointillés et centrée sur 1681 cm-1, on observe que l'amplitude des pics de référence 16, 18, 20 15 d'un échantillon à l'autre montrant bien l'influence de la température et du temps sur l'oxydation du polymère (voir également la figure 2B). Du point de vue spectroscopique, cette position correspond principalement à la présence de la liaison C=0 qui est en relation avec l'oxydation du polymère. 20 Comme cela est visible sur la figure 2B correspondant à l'agrandissement de la zone délimitée en pointillée sur la figure 2A, les courbes d'absorbance montrent également la présence d'un second pic 22 de référence située à 1589 cm-1 qui est indépendant de l'état d'oxydation du polymère. 25 Les positions des premier et second pics de référence sont données à titre indicatif. En effet, ces positions sont susceptibles de varier en fonction de l'échantillon considéré car elles sont fonctions des liaisons chimiques étudiées ainsi que de leur environnement, et donc de la nature chimique de l'échantillon étudié. 30 Pour éviter que les variations d'amplitude dues aux conditions opératoires (humidité, température de l'environnement lors de la réalisation 3062479 8 d'une mesure d'absorbance, notamment) aient un impact sur la valeur d'amplitude mesurée, il convient de normaliser la valeur d'amplitude du premier pic 16, 18, 20 de référence par la valeur d'amplitude du second pic 22 de référence, pour chaque courbe d'absorbance obtenue pour un 5 échantillon donné 10. Ainsi, pour chaque échantillon 10 on obtient un rapport Rii où i représente la durée d'exposition de l'échantillon à une température j. Egalement, sur les figures 2A et 2B, on remarque que l'absence d'absorbance spécifique, c'est-à-dire due à une liaison chimique donnée, 10 se traduit par un niveau de base d'absorbance qui n'est pas à zéro. Cette absorbance dite non spécifique d'une liaison chimique donnée est due à l'absorption du faisceau infrarouge incident du spectromètre utilisé pour réaliser la mesure d'absorbance, cette absorption non spécifique étant fonction de la longueur d'onde et augmentant avec celle-ci. 15 Ainsi, il convient de prendre en compte cet effet d'absorption non spécifique pour augmenter la pertinence du rapport Rit pour chaque échantillon 10. Pour cela, une approche générale peut consister à déduire de la mesure d'amplitude pour un échantillon 10 donné la valeur d'amplitude non spécifique mesurée pour un pic considéré. Toutefois, il 20 s'avère difficile de réaliser cette distinction pour le premier pic 16, 18, 20 de référence et le second pic 22 de référence. Ainsi, il est préférable de déterminer la fonction approchant au mieux la variation d'absorption non spécifique dans une fenêtre réduite de nombres d'onde. Ainsi, le procédé consiste à déterminer les coordonnées [nombre d'onde; absorbance] des 25 extrémités 24a, 24b d'un intervalle 24 de nombres d'onde comprenant le premier pic 16, 18, 20 de référence et le second pic 22 de référence pour une courbe d'absorbance donnée obtenue pour un échantillon donné 10. Lesdites extrémités 24a, 24b de l'intervalle 24 de nombres d'ondes précité ne doivent pas correspondre à une absorbance spécifique, c'est-à-dire être 30 reliées à une liaison chimique particulière, mais au contraire correspondre uniquement à de l'absorbance non spécifique. L'approche la plus simple 3062479 9 consiste à considérer que la variation de l'absorbance non spécifique est sensiblement linéaire dans l'intervalle de nombres d'onde considéré comprenant le premier pic 16, 18, 20 de référence et le second pic 22 de référence. Cette hypothèse de linéarité est vérifiée lorsque la fenêtre 5 fréquentielle 24 considérée est inférieure à 500 cm-1. Ainsi, il est préférable d'utiliser un second pic 22 de référence situé à proximité du premier pic 16, 18, 20 de référence pour pouvoir faire l'hypothèse précitée. Dans le cas contraire, il serait alors nécessaire de déterminer la variation d'absorbance non spécifique en prenant en compte la non-linéarité de cette variation. 10 A partir de l'équation de la droite passant par les deux extrémités 24a, 24b de ledit intervalle 24, il est dès lors possible de déterminer la valeur d'absorbance non spécifique pour le nombre d'onde correspondant à la position du premier pic de référence 16, 18, 20 et la valeur d'absorbance pour le nombre d'onde correspondant à la position du second pic 22 de 15 référence, et de les soustraire à la valeur mesurée d'absorbance totale mesurée précédemment. On effectue ensuite le calcul du rapport Ro à partir de ces nouvelles valeurs d'amplitudes d'absorbance corrigées des valeurs d'absorption non spécifique. Ainsi, on comprend que la base de données de référence est 20 constituée d'une pluralité de valeurs Ro chacune en relation avec un échantillon 10 donné. A partir des différentes valeurs de rapport R,J, il est possible d'établir le graphe représenté en figure 4 représentant l'évolution du rapport Ro en fonction du temps d'exposition des échantillons à une température donnée, chaque courbe correspondant à une température 25 donnée de chauffage. Seules deux courbes, celle correspondant à 120°C et celle correspondant à 150 °C sont représentées sur la figure 4. Ainsi, lorsqu'une zone donnée d'une pièce telle qu'un carter doit être contrôlée, un opérateur réalise une mesure d'absorbance à l'aide d'un spectromètre infrarouge et effectue une détermination du rapport R de la 30 même manière que décrit précédemment pour un échantillon de la base de données de référence en relation avec les figures 1, 2 et 3. A partir de la 3062479 10 mesure du rapport R pour la zone donnée de la pièce à contrôler, le rapport est comparé aux valeurs de rapports contenu en base de référence en utilisant la courbe donnée en figure 4. Ainsi, on comprend que pour une valeur R, il est possible d'établir une intersection unique avec une seule 5 courbe, cette courbe renseignant ainsi l'opérateur sur la température à laquelle a été soumise la zone contrôlée de la pièce et l'abscisse indiquant le temps d'exposition. Notons qu'en dessous d'un seuil H, qui pourrait être, par exemple, de 24 heures, les données ne semblent pas exploitables. 10 Pour des courbes de températures espacées, par exemple, avec un pas de 10°C, on comprend que pour une valeur R mesurée, il est possible de rapprocher la droite d'ordonnée correspondant à un point de mesure R de la courbe la plus proche, ou la plus pénalisante (coefficient de sécurité) en fonction du coefficient de confiance recherché, cette courbe renseignant 15 ainsi l'opérateur sur la température à laquelle a été soumise la zone contrôlée de la pièce et l'abscisse indiquant le temps d'exposition. 20 REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle non destructif de l'échauffement d'une pièce en matériau polymère, en particulier comprenant des fibres de renfort, le procédé comportant les étapes suivantes : a) réaliser une mesure par spectroscopie infrarouge à l'endroit d'une zone à contrôler de ladite pièce et en extraire les valeurs d'absorbance (ou transmittance) en fonction de la fréquence spatiale ; b) à partir des valeurs d'absorbance, déterminer un intervalle de fréquences spatiales relatif à l'oxydation du polymère de ladite zone de la pièce ; c) à partir de la mesure d'absorbance dans ledit intervalle de fréquences spatiales, déterminer la période de temps durant laquelle ladite zone à contrôler de la pièce a été soumise à une température d'échauffement donnée et déterminer ladite température d'échauffement, en utilisant une base de données de référence comprenant des mesures d'absorbance établies sur une pluralité d'échantillons (10) de référence en matériau polymère, en particulier à fibres de renfort, ayant été soumis à une température donnée durant une période de temps donnée. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel il comprend également les étapes suivantes : - identifier dans l'intervalle de fréquences spatiales un premier pic pour la pièce à contrôler dont l'amplitude dépend de l'état d'oxydation du polymère de ladite zone de la pièce à contrôler et déterminer son amplitude, - réaliser l'étape c) en comparant l'amplitude du premier pic de la pièce à contrôler avec des amplitudes de premiers pics de référence situés dans un intervalle de fréquences spatiales relatif 3062479 12 à l'oxydation du polymère sur lesdits échantillons (10) et contenus en base de données. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel il comprend les étapes suivantes : 5 - à partir de la mesure d'absorbance, identifier un second pic pour la pièce à contrôler dont l'amplitude est indépendante de l'état d'oxydation du polymère de ladite zone de la pièce à contrôler et déterminer l'amplitude du second pic, - calculer le rapport R de la valeur d'amplitude du premier pic 10 obtenu sur la pièce à contrôler sur la valeur d'amplitude du second pic obtenu sur la pièce à contrôler, - réaliser l'étape c) en comparant ledit rapport obtenu pour ladite zone de la pièce avec des rapports Rii de référence pour lesdits échantillons (10) et contenus en bases de données, chaque 15 rapport de référence Rii pour un échantillon (10) donné étant calculé en divisant l'amplitude d'un premier pic de référence (16, 18, 20) par l'amplitude d'un second pic (22) de référence dont l'amplitude est indépendante de l'état d'oxydation du polymère dudit échantillon (10). 20 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'amplitude du premier pic et l'amplitude du second pic sont chacune, préalablement à la détermination d'un rapport considéré, corrigées de la variation d'absorption non spécifique qui est fonction de la longueur d'onde d'émission du spectromètre infrarouge. 25 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le second pic est choisi pour être positionné relativement au premier pic de manière à ce que la variation d'absorbance non spécifique entre le premier pic et le second pic soit sensiblement linéaire. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le premier pic et le 30 second sont situés dans un intervalle de fréquence spatiales (24) inférieure à 500 cm-1 au voisinage des extrémités de laquelle sont 3062479 13 déterminés deux mesures d'absorbance uniquement relative à l'absorption non spécifique et à partir desquels est déterminé la variation linéaire d'absorption non spécifique en fonction de la fréquence spatiale pour réaliser la correction de variation 5 d'absorption non spécifique.