Brevet FR3081554A1 — publié le 20191129

L'invention concerne un procédé de contrôle non-destructif de gaines isolantes de câbles, notamment de câbles nucléaires. Un domaine d'application de l'invention concerne les câbles électriques de centrales nucléaires de production d'électricité. Dans les centrales nucléaires de production d'électricité, en moyenne 1500 km de câbles (dont 50 Km dans le bâtiment réacteur) sont installés par tranche nucléaire. En service, les câbles installés subissent un phénomène de vieillissement, 10 c'est-à-dire une dégradation. La compréhension et le suivi de cette dégradation est indispensable pour assurer le bon fonctionnement de ces câbles. L'état de vieillissement d'un câble nucléaire est déterminé à partir de la valeur d'allongement à rupture de son isolant. Cette caractéristique est mesurée en 15 laboratoire par un essai mécanique de traction uni-axiale qui est un essai destructif nécessitant le prélèvement d'au moins 50 cm de câble entier. Ainsi, des campagnes de prélèvement de câbles sur site sont périodiquement programmées, puis ces câbles sont analysés en laboratoire ce qui permet d'argumenter quant à leur fin de vie. L'inconvénient de ce type de contrôle nécessitant un prélèvement de câbles, 20 est avant tout sa nature destructive. Autrement dit, le câble prélevé n'est pas remis en service et son remplacement implique un coût important. L'invention vise à obtenir un procédé de contrôle non destructif (ne nécessitant pas de remplacement de câble) permettant de conclure sur la durabilité de câbles. 25 A cet effet, un premier objet de l'invention est un procédé de contrôle non- destructif d'une gaine isolante en un matériau d'au moins un polymère élastomère d'un câble, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mesure par résonance magnétique nucléaire de protons sur la gaine isolante pour mesurer au moins un 30 premier paramètre caractérisant les chaînes élastiquement actives du réseau macromoléculaire du polymère élastomère, 2 et une étape d'évaluation comportant une comparaison du premier paramètre caractérisant les chaînes élastiquement actives et/ou d'un deuxième paramètre, ayant été déterminé à partir du premier paramètre caractérisant les chaînes élastiquement actives, à au moins un seuil prescrit d'évaluation pour déterminer que le câble est en 5 fin de vie lorsque le premier paramètre et/ou le deuxième paramètre est inférieur au seuil prescrit d'évaluation. Suivant un mode de réalisation de l'invention, le premier paramètre comprend la fraction de chaînes élastiquement actives du réseau macromoléculaire du polymère élastomère, l'étape d'évaluation comportant la comparaison de la fraction de chaînes élastiquement actives du réseau macromoléculaire du polymère élastomère au seuil prescrit d'évaluation, pour déterminer que le câble est en fin de vie lorsque la fraction de chaînes élastiquement actives du réseau macromoléculaire du polymère élastomère est en dessous du seuil prescrit d'évaluation. Suivant un mode de réalisation de l'invention, l'étape de mesure comporte une mesure d'une relaxation transverse de protons par résonance magnétique nucléaire de protons sur la gaine isolante pour déterminer au moins à partir de cette mesure la fraction de chaînes élastiquement actives du réseau macromoléculaire du polymère élastomère. Suivant un mode de réalisation de l'invention, le premier paramètre comprend la masse molaire moyenne des chaînes élastiquement actives du réseau macromoléculaire du polymère élastomère, le deuxième paramètre comporte un allongement à la rupture ayant été déterminé à partir de la masse molaire moyenne des chaînes élastiquement actives, l'étape d'évaluation comportant la comparaison de l'allongement à la rupture au seuil prescrit d'évaluation pour déterminer que le câble est en fin de vie lorsque l'allongement à la rupture est en dessous du seuil prescrit d'évaluation. Suivant un mode de réalisation de l'invention, l'étape de mesure comporte une mesure de montée de cohérences à deux quantas de protons par résonance 30 magnétique nucléaire de protons sur la gaine isolante pour déterminer au moins à 3 partir de cette mesure la masse molaire moyenne des chaînes élastiquement actives du réseau macromoléculaire du polymère élastomère. Suivant un mode de réalisation de l'invention, le procédé comporte une étape de prélèvement d'un échantillon de la gaine isolante de câble, l'étape de mesure par 5 résonance magnétique nucléaire de protons étant effectuée sur l'échantillon. Suivant un mode de réalisation de l'invention, la masse prélevée de l'échantillon de la gaine isolante du câble lors de l'étape de prélèvement est de 20 à 40 mg. Suivant un mode de réalisation de l'invention, le procédé comporte une étape 10 de mise en contact d'un dispositif de mesure par résonance magnétique nucléaire de protons avec la gaine isolante du câble, l'étape de mesure étant effectuée par le dispositif de mesure par résonance magnétique nucléaire de protons. Un deuxième objet de l'invention est un programme d'ordinateur, comportant des instructions de code pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit 15 ci-dessus, lorsqu'il est mis en oeuvre sur un calculateur. Un troisième objet de l'invention est un dispositif de contrôle non-destructif d'une gaine isolante en un matériau d'au moins un polymère élastomère d'un câble, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mesure par résonance magnétique nucléaire de protons sur la gaine isolante pour mesurer au moins un 20 premier paramètre caractérisant les chaînes élastiquement actives du réseau macromoléculaire du polymère élastomère, et un calculateur permettant de mettre en oeuvre une étape d'évaluation comportant une comparaison du premier paramètre caractérisant les chaînes élastiquement actives et/ou d'un deuxième paramètre, ayant été déterminé à partir du 25 premier paramètre caractérisant les chaînes élastiquement actives, à au moins un seuil prescrit d'évaluation pour déterminer que le câble est en fin de vie lorsque le premier paramètre et/ou le deuxième paramètre est inférieur au seuil prescrit d'évaluation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, 30 donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, sur lesquels : 4 - les figures 1 et 2 représentent schématiquement un réseau moléculaire d'un élastomère d'une gaine de câble, - la figure 3 représente schématiquement un signal de relaxation transverse pour un réseau élastomère d'une gaine de câble, pouvant être utilisé suivant un mode 5 de réalisation de l'invention, - la figure 4 représente schématiquement un synoptique modulaire du procédé de contrôle non destructif suivant un mode de réalisation de l'invention. Est décrit ci-dessous, en référence à la figure 4, le procédé de contrôle non-destructif d'une gaine isolante G d'un câble CB, suivant des modes de réalisation de 10 l'invention. La gaine isolante G du câble CB est en un matériau isolant de l'électricité, qui comporte au moins un polymère élastomère. Ce matériau peut être par exemple en EPDM ou autres. Le câble CB peut être par exemple un câble électrique ou autres, disposé dans une centrale nucléaire de production d'électricité. Ainsi que cela est représenté à la figure 4, dans une telle centrale nucléaire, le câble 15 CB et sa gaine isolante G peuvent être soumis à de fortes contraintes, notamment à des radiations ionisantes pouvant être de 0,1 Gy.11-1 (h désignant une heure) et à des températures pouvant être de 50°C, pouvant conduire à un vieillissement accéléré du câble CB et de sa gaine isolante G. L'invention est également applicable à tout câble comportant une gaine isolante. L'invention est également applicable à tout matériau 20 polymère élastomère, comme par exemple un joint, un revêtement de tuyauterie, un élément de sol, tout élément d'étanchéité, un pneu. Suivant un mode de réalisation de l'invention, le procédé comporte une première étape El de prélèvement d'un échantillon de la gaine isolante G de câble CB. Cela peut être effectué par un ou plusieurs micro-prélèvements du matériau de 25 la gaine G (quelques milligrammes) qui n'entament pas la fonctionnalité des câbles C et ne sont donc pas destructifs. Cet échantillon est prélevé en petite quantité. Par exemple, la masse prélevée de l'échantillon de la gaine isolante G du câble CB lors de l'étape El de prélèvement est de 20 à 40 mg. Cette faible masse représente un prélèvement d'environ (2 x 5 x 5) mm3. A titre d'exemple, la longueur maximale d'isolant qu'on peut prélever d'un câble sur site, en extrémité de câble, sans impacter sa fonctionnalité, est estimée à 1 cm. Il n'y a aucune contrainte concernant la forme 5 de l'échantillon à prélever. L'échantillon a de préférence toujours la même forme, plutôt symétrique (comme une rondelle par exemple), afin de modifier toujours de la même manière le champ magnétique de l'aimant lorsqu'il est inséré dans le spectromètre du dispositif de mesure lors de l'étape E2 de mesure décrite ci-dessous. 5 Cette étape El est rapide et plutôt simple à mettre en oeuvre. On assure ainsi un suivi non destructif du point de vue de la fonctionnalité du câble CB, qui peut donc être maintenu sur site pour continuer de fonctionner. Dans une variante, il peut être prévu, en plus ou à la place de la première étape El de prélèvement d'un échantillon de la gaine isolante de câble, une première 10 étape Elbis prévoyant la mise en contact d'un dispositif de mesure par résonance magnétique nucléaire de protons avec la gaine G du câble CB, par exemple à l'emplacement où le câble CB est installé sur site, dans le cas où ce dispositif de mesure est portable est amené à cet emplacement. Ici également, l'étape Elbis de mise en contact du dispositif de mesure par résonance magnétique nucléaire de 15 protons avec la gaine G assure un suivi non destructif du point de vue de la fonctionnalité du câble CB, qui peut ainsi être maintenu sur site pour continuer de fonctionner. Après la première étape El et/ou Elbis, on effectue une deuxième étape E2 de mesure par résonance magnétique nucléaire de protons à l'état solide (dont 20 l'abréviation est : 1H RMN) sur la gaine isolante G, pour mesurer au moins un premier paramètre Pl caractérisant les chaînes élastiquement actives A du réseau macromoléculaire du polymère élastomère de la gaine G isolante du câble CB. Cette deuxième étape E2 de mesure peut être mise en oeuvre par le dispositif de mesure par résonance magnétique nucléaire de protons ayant été amené à l'emplacement du 25 câble dans le cas de l'étape El et/ou sur l'échantillon prélevé de la gaine G du câble CB par un dispositif de mesure par résonance magnétique nucléaire de protons présent dans un laboratoire. La topologie du réseau macromoléculaire (chimie) est en corrélation avec les propriétés mécaniques du matériau polymère de la gaine G. En effet, les paramètres 30 matériaux macromoléculaires pertinents reflètent l'état du câble CB. Suivant un mode de réalisation de l'invention, ces paramètres comprennent les proportions 6 FCEA des familles des chaînes macromoléculaires du réseau (chaînes élastiquement actives A, chaînes pendantes B, extractibles C) et/ou la distribution de masse molaire Mc entre noeuds de réticulation. De préférence, ces deux analyses portent spécifiquement sur les chaînes élastiquement actives A, auxquelles sera appliqué un 5 seuil S. Ils sont directement liés à la tenue mécanique de la gaine isolante G impactant la durée de vie des câbles C. La durée de vie du câble CB et sa fonctionnalité sont liées à l'intégrité de la gaine isolante G. Cette intégrité est décrite par le comportement mécanique du matériau. L'étude du réseau macromoléculaire de l'isolant polymère de la gaine G nécessite uniquement un micro-prélèvement dans 10 le cas où l'étape El décrite ci-dessus est mise en oeuvre, permettant ainsi un contrôle non destructif du câble ou ne nécessite aucun prélèvement dans le cas où l'étape Elbis décrite ci-dessus est mise en oeuvre. Il est à noter que le terme de chaînes élastiquement actives A est un terme spécifique à la famille des élastomères. Pour les autres familles de polymères, on parle simplement des chaînes macromoléculaires. 15 La résonnance magnétique nucléaire de protons (IFI RMN) à l'état solide est une technique d'analyse physicochimique des polymères. Il s'agit d'une technique non destructive permettant la caractérisation du réseau macromoléculaire. Elle peut être utilisée comme outil principal de suivi des modifications du matériau au cours du vieillissement. 2 0 Après la deuxième étape E2 de mesure, on effectue une troisième étape E3 d'évaluation de l'état de vieillissement du câble CB à partir du premier paramètre Pl et/ou à partir d'un deuxième paramètre P2, qui est déterminé à partir du premier paramètre caractérisant les chaînes élastiquement actives A. Cette troisième étape E3 d'évaluation comporte une comparaison du premier paramètre Pl et/ou du deuxième 25 paramètre à au moins un seuil prescrit S d'évaluation et une détermination que le câble CB est en fin de vie lorsque le premier paramètre Pl et/ou le deuxième paramètre P2 est inférieur au seuil S prescrit d'évaluation. Utilisation de la fraction FCEA de chaînes élastiquement actives A: 30 On décrit ci-dessous une première famille de modes de réalisation du procédé, utilisant le premier paramètre Pl. 7 Suivant un mode de réalisation, le premier paramètre P1 comprend la fraction FCEA de chaînes élastiquement actives A du réseau macromoléculaire du polymère élastomère. L'étape E3 d'évaluation comporte la comparaison E31 de la fraction FCEA de chaînes élastiquement actives A du réseau macromoléculaire du polymère 5 élastomère au seuil prescrit S d'évaluation, qui est un seuil AsEm de fraction de chaînes élastiquement actives. Ce seuil ASEUIL est identifié en fonction du type du matériau. On détermine que le câble CB est en fin de vie lorsque la fraction FCEA de chaînes élastiquement actives A du réseau macromoléculaire du polymère élastomère est en dessous du seuil prescrit S d'évaluation. 1 0 Suivant un mode de réalisation, l'étape E2 de mesure comporte une mesure E21 d'une relaxation transverse de protons par résonance magnétique nucléaire de protons sur la gaine isolante G. On détermine au moins à partir de cette mesure E21 la fraction FCEA de chaînes élastiquement actives A du réseau macromoléculaire du polymère élastomère. 15 Suivant un mode de réalisation, la mesure E21 de la relaxation transverse de protons permet d'obtenir un signal de relaxation transverse 1H, lequel peut être obtenu à l'aide de 3 expériences complémentaires : écho solide (aux temps courts) et écho de Hahn/CARR-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) (temps intermédiaires et longs). Cette mesure E21 permet d'obtenir la proportion des composants du réseau 2 0 par la mesure du signal de relaxation transverse '11. Ces expériences apportent d'importantes informations concernant la mobilité des protons du réseau. Ainsi, 3 populations de chaînes macromoléculaires du réseau peuvent être identifiées du fait de dynamiques très différentes au sein du réseau polymère, comme le montrent les figures 1 et 2. 25 Aux figures 1 et 2, les chaînes élastiquement actives A sont des chaînes réticulées ou enchevêtrées à leurs deux extrémités. Les chaînes pendantes B sont des chaînes réticulées ou enchevêtrées par une seule extrémité uniquement, ou bouts de chaînes. Les extractibles C sont des chaînes non réticulées/libres dans le réseau macromoléculaire. Les chaînes pendantes B ainsi que les extractibles C ne participent 30 pas à l'élasticité : elles sont élastiquement inactives. Les propriétés mécaniques sont alors gouvernées principalement par les chaînes élastiquement actives A. L'analyse 8 du signal de relaxation transverse 'I-1 permet de déterminer les fractions des différentes portions de chaines A, B et C du réseau. Suivant un mode de réalisation, on détermine d'abord, via la mesure de relaxation transverse 'I-1, la fraction molaire B de chaînes pendantes et la fraction 5 molaire C d'extractible dans le réseau. Les fractions B et C sont obtenues à partir du signal M(t) de relaxation transverse 'I-1, ayant été mesuré par la mesure E21, par le biais de l'ajustement analytique suivant : M(t)= B exp(-t/T2b) + C exp(-t/T2c) où M(t) est la magnitude de l'aimantation, 1 0 T2b est le temps de relaxation transverse 'I-1 relatifs aux protons des chaînes pendantes B, qui est obtenu à partir de M(t), T2c est le temps de relaxation transverse 'I-1 relatifs aux protons des extractibles C, qui est obtenu à partir de M(t). La figure 3 représente schématiquement le signal de relaxation transverse 15 M(t)/Mo en ordonnées (en échelle logarithmique) en fonction du temps t en abscisses, pour un réseau élastomère constitué des 3 composantes de relaxation A, B et C, où Mo est une constante définie. Ainsi que le montre la figure 3, ces extractibles C (représentés en traits interrompus) correspondent aux points de M(t), situés après extinction de la composante relative aux protons des chaînes élastiquement actives A 2 0 (laquelle est la première composante de relaxation). La simple soustraction FCEA = 1 - B - C donne la fraction FCEA de chaînes élastiquement actives A dans le réseau. La détermination de la fraction FCEA de chaînes élastiquement actives A par RMN permet de savoir la position par rapport au seuil ASEUIL 25 - si FCEA > AsEurL, la tenue mécanique du matériau est considérée satisfaisante, si FCEA REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle non-destructif d'une gaine isolante (G) en un matériau d'au moins un polymère élastomère d'un câble (CB), caractérisé en ce qu'il comporte une étape (E2) de mesure par résonance magnétique nucléaire de protons sur la gaine isolante (G) pour mesurer au moins un premier paramètre (P1) caractérisant les chaînes élastiquement actives (A) du réseau macromoléculaire du polymère élastomère, et une étape (E3) d'évaluation comportant une comparaison du premier paramètre (P1) caractérisant les chaînes élastiquement actives (A) et/ou d'un deuxième paramètre (P2), ayant été déterminé à partir du premier paramètre (P1) caractérisant les chaînes élastiquement actives (A), à au moins un seuil prescrit (S) d'évaluation pour déterminer que le câble (CB) est en fin de vie lorsque le premier paramètre (P1) et/ou le deuxième paramètre (P2) est inférieur au seuil prescrit d'évaluation. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier paramètre (P1) comprend la fraction (FCEA) de chaînes élastiquement actives (A) du réseau macromoléculaire du polymère élastomère, l'étape (E3) d'évaluation comportant la comparaison (E3 1) de la fraction 2 0 (FCEA) de chaînes élastiquement actives (A) du réseau macromoléculaire du polymère élastomère au seuil prescrit (S) d'évaluation, pour déterminer que le câble (CB) est en fin de vie lorsque la fraction (FCEA) de chaînes élastiquement actives (A) du réseau macromoléculaire du polymère élastomère est en dessous du seuil prescrit (S) d'évaluation. 25 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape (E2) de mesure comporte une mesure (E21) d'une relaxation transverse de protons par résonance magnétique nucléaire de protons sur la gaine isolante (G) pour déterminer au moins à partir de cette mesure (E21) la fraction (FCEA) de chaînes élastiquement actives (A) du réseau macromoléculaire du polymère élastomère. 30 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier paramètre (P1) comprend la masse molaire moyenne 17 (Me) des chaînes élastiquement actives (A) du réseau macromoléculaire du polymère élastomère, le deuxième paramètre (P2) comporte un allongement (Cr) à la rupture ayant été déterminé à partir de la masse molaire moyenne (Me) des chaînes élastiquement 5 actives (A), l'étape (E3) d'évaluation comportant la comparaison (E32) de l'allongement (Cr) à la rupture au seuil prescrit (S) d'évaluation pour déterminer que le câble (CB) est en fin de vie lorsque l'allongement (Cr) à la rupture est en dessous du seuil prescrit (S) d'évaluation. 10 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape (E2) de mesure comporte une mesure (E22) de montée de cohérences à deux quantas de protons par résonance magnétique nucléaire de protons sur la gaine isolante (G) pour déterminer au moins à partir de cette mesure (E22) la masse molaire moyenne (Me) des chaînes élastiquement actives (A) du réseau macromoléculaire du polymère 15 élastomère. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (El) de prélèvement d'un échantillon de la gaine isolante de câble, l'étape (E2) de mesure par résonance magnétique nucléaire de protons étant effectuée sur l'échantillon. 2 0 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse prélevée de l'échantillon de la gaine isolante (G) du câble (CB) lors de l'étape (El) de prélèvement est de 20 à 40 mg. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (Elbis) de mise en contact d'un dispositif 25 de mesure par résonance magnétique nucléaire de protons avec la gaine isolante (G) du câble (CB), l'étape (E2) de mesure étant effectuée par le dispositif de mesure par résonance magnétique nucléaire de protons. 9. Programme d'ordinateur, comportant des instructions de code pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, 30 lorsqu'il est mis en oeuvre sur un calculateur. 18 10. Dispositif de contrôle non-destructif d'une gaine isolante (G) en un matériau d'au moins un polymère élastomère d'un câble (CB), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (El, Elbis) de mesure par résonance magnétique nucléaire de protons sur la gaine isolante (G) pour mesurer au 5 moins un premier paramètre (Pl) caractérisant les chaînes élastiquement actives (A) du réseau macromoléculaire du polymère élastomère, et un calculateur permettant de mettre en oeuvre une étape (E3) d'évaluation comportant une comparaison du premier paramètre (Pl) caractérisant les chaînes élastiquement actives (A) et/ou d'un deuxième paramètre (P2), ayant été déterminé à 1 0 partir du premier paramètre (Pl) caractérisant les chaînes élastiquement actives (A), à au moins un seuil prescrit (S) d'évaluation pour déterminer que le câble (CB) est en fin de vie lorsque le premier paramètre (Pl) et/ou le deuxième paramètre (P2) est inférieur au seuil prescrit d'évaluation. 15