Brevet FR3097043A1 — publié le 20201211

Description Titre de l'invention : Procédé de détection d'un défaut au sein d'un matériau non-ferromagnétique [0001] L'invention concerne un procédé de détection d'un défaut au sein d'une structure formée d'un matériau non-ferromagnétique, en particulier une bouteille, une cuve de stockage ou une canalisation de gaz contenant et/ou véhiculant un gaz industriel ou médical. [0002] Dans le domaine des gaz industriels et médicaux, il est nécessaire de réaliser pério- diquement des contrôles non destructifs ou CND de certaines installations, matériels ou équipements, en opération ou à l'arrêt, en particulier les récipients de gaz sous pression, tel que bouteilles dc gaz, réservoirs, cuves..., et les canalisations véhiculant le gaz, et cc, dans le but de caractériser leur évolution dans le temps, en particulier la détection et l'évolution ou croissance des défauts, par exemple des microfissurcs, des cavités...défauts induits par de fatigue mécanique pouvant être accélérées notamment par la typologie dc l'atmosphère (e.g. fragilisation sous hydrogène) ou par des phénomènes dit de cycles (e.g. compression, détente) , susceptibles d'affecter leur intégrité mécanique. [0003] Actuellement, identifier un défaut, en particulier la formation d'une fissure ou analogue, est assez long et doit se faire pendant une phase dc maintenance de l'équipement, ce qui nécessite un arrêt pour maintenance dudit équipement ou analogue. Ceci est contraignant et parfois compliqué à réaliser, en particulier dans les bâtiments hospitaliers ou de soins où les réseaux de canalisations par exemple ne peuvent être interrompus facilement. [0004] De plus, détecter certains défauts au sein de structures constituées d'un matériau non- magnétique, donc non ai mantable, peut être compliqué du fait de la nature même du matériau. On peut citer par exemple le cas des bouteilles de gaz utilisées dans le domaine dc la santé qui sont usuellement en alliage d'aluminium, en acier inoxydable ou en matériaux composites. [0005] Enfin, s'il est important dc pouvoir détecter un défaut, telle une fissure, une fois qu'il est apparu, il est encore plus important de réussir à le détecter au départ, c'est-à-dire avant que la structure concernée ne subisse un endommagement irrémédiable, telle une fatigue, une corrosion, une fissuration ou autre, de manière à pouvoir intervenir rapidement et éviter des conséquences négatives, notamment des accidents. [0006] Le problème est dès lors de proposer un procédé de détection non destructif d'un défaut au sein d'une structure formée d'un matériau non-ferromagnétique, c'est-à-dire non aimantable, lequel soit efficace et fiable de manière à permettre d'assurer le suivi 2 permanent de l'intégrité de structures, équipements ou installations, y compris pendant leur fonctionnement, en particulier une bouteille, une cuve de stockage, une canalisation de gaz ou autre contenant et/ou véhiculant un gaz médical. [0007] De préférence, le procédé de détection doit être extrêmement sensible, par exemple apte à suivre l'évolution dc la microstructure d'un matériau, laquelle évolution se traduisant par la génération d'un défaut qui au cours du temps va induire une formation d'une (ou plusieurs) fissure(s). [0008] La solution concerne alors un procédé de détection d'au moins un défaut au sein d'une structure, i.e. un objet, formée d'au moins un matériau non-ferromagnétique, comprenant les étapes de : a. recouvrir au moins une partie de la structure en matériau non-ferromagnétique à examiner d'au moins une couche d'un matériau dc revêtement ferromagnétique, h. soumettre la structure revêtue à l'étape (a) à au moins un examen par piézo- magnétisme, et c. déduire de l'examen opéré à l'étape (b) la présence d'un défaut. [0009] Selon le mode de réalisation considéré, l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : l'examen opéré à l'étape (b) est opéré au niveau i.e. sur, la surface externe dc la structure à examiner. l'examen opéré à l'étape (b) est opéré au moyen d'un dispositif de mesure piézomagnétique comprenant au moins un capteur de flux magnétique ou au moins un bobinage comprenant un empilement de spires en cuivre agencées autour d'un noyau ferromagnétique. l'examen opéré à l'étape (b) est passif et opéré au moyen d'au moins un bobinage comprenant un empilement de spires en cuivre agencées autour d'un noyau ferromagnétique. le dispositif de mesure piézomagnétique est un magnétomètre. le dispositif de mesure piézomagnétique est configuré pour détecter une ou des variations d'aimantation produisant une différence de potentiel aux bornes de la bobine. à l'étape (a), ladite au moins une couche de matériau de revêtement ferromagnétique est déposée sous la forme d'une feuille, d'une poudre ou d'une peinture venant recouvrir au moins une partie de la surface de la structure en matériau non-ferromagnétique à examiner. le matériau de revêtement ferromagnétique comprend un métal allié choisi parmi les éléments comme le fer, le nickel, le chrome, le manganèse, le carbone, le phosphore, l'aluminium, la silice et leurs alliages, par exemple des 3 alliages Mn-Ni-X à base de nickel, manganèse et X étant un ou plusieurs éléments des Groupes III A àV A du tableau périodique ou le gallium (Ga). ledit défaut comprend au moins une cavité ou une fissure, en particulier une microfissurc. le matériau non-ferromagnétique est choisi parmi l'aluminium et les alliages d'aluminium, l'acier inoxydable et les matériaux composites. la structure est choisie parmi les bouteilles de gaz, les réservoirs de stockage de gaz et les canalisations de gaz contenant et/ou véhiculant un gaz ou un mélange de gaz, en particulier un gaz médical. il comprend en outre une étape d'avertir l'utilisateur en cas de détection d'un défaut, en particulier de déclencher une alerte sonore ou visuelle, via par exemple une interface homme-machine (111M) connectée (sans fil) ou non. le dispositif de mesure piezomagnétique est configure pour transmettre les signaux de mesure à des moyens de traitement d'information, par exemple un serveur ou un ordinateur permettant d'analyser et/ou traiter lesdits signaux de mesure. [0010] L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante, faite à titre illustratif mais non limitatif, en reference aux figures annexées parmi lesquelles : [0011] [fig.1] schématise une installation de distribution de gaz utilisant plusieurs bouteilles de gaz, et [0012] [fig.2] schématise un exemple de mise en oeuvre du procédé de contrôle non destructif (CND) selon l'invention sur l'une des bouteilles de gaz de l'installation de [Fig. 1]. [0013] [fig.1] schématise une installation de distribution de gaz comprenant plusieurs bouteilles de gaz 4, un ou des réservoirs ou cuves de stockage de gaz 1 de grande capacité et un compresseur de gaz 2, qui alimentent des lignes de transfert de gaz 3, i.e. des canalisations ou analogues, venant se raccorde tluidiquement à une ou des lignes d'alimentation 5, i.e. des canalisations ou analogues, d'un ou plusieurs sites utilisateurs, tel un réseau de canalisations de gaz agencé au sein d'un hôpital ou un site industriel. Des vannes 6 manuelles ou similaires servent à contrôler le passage du gaz des lignes de transfert de gaz 3 aux lignes d'alimentation 5 des sites utilisateurs. [0014] La présente invention propose de mettre en oeuvre un procédé de contrôle non destructif (CND) pour surveiller une ou des structures non-aimantables, tel qu'adsorbeur, réservoir, bouteille, canalisation, réseau de canalisations.., servant à stocker ou acheminer un fluide, en particulier un gaz ou un mélange gazeux, par exemple un gaz médical ou tout autre gaz industriel. [0015] De telles structures non-aimantables sont en général formées en tout ou en partie d'un ou plusieurs matériaux métalliques, par exemple de l'acier inoxydable, de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, ou non-métalliques par exemple des matériaux composites. [0016] Le procédé CND selon l'invention repose sur la réalisation de mesures passives par piezomagnétisme. En effet, la structure elle-même va jouer le rôle de capteur de flux magnétique. Elle est associée à un capteur/transmetteur de flux, i.e. fluxmètre ou bobinage adéquat, qui est placé à proximité de la structure pour récupérer et transmettre les signaux/niveaux de flux magnétiques induits par la structure. [0017] D'une façon générale, dans un échantillon en matériau(x) ferromagnétique(s), tel que par exemple de l'acier au carbone, l'application d'un champ magnétique peut provoquer une déformation de l'échantillon appelée magnétostriction. [0018] Inversement, une contrainte appliquée à un matériau initialement aimanté, même faiblement, peut modifier l'état magnétique du matériau. C'est l'effet Villari. [0019] Le comportement magnétique est ainsi sensible à tout chargement mécanique et l'évolution observée de celui-ci est différente selon le niveau du chargement, de sa direction et de sa nature puisqu'elle dépend de l'état microstructural du matériau (micro-plasticité, microfissurcs...). [0020] De façon surprenante, dans le cadre de la présente invention, il a été montré qu'il est possible d'appliquer efficacement une telle technique CND à une structure, c'est-à-dire un objet, formé d'un (ou plusieurs) matériau non-ferromagnétique. En effet, pour une structure non ferromagnétique, l'effet Villari n'existe pas car le(s) matériau(x) qui le constitue n'est pas aimanté et donc ne présente pas d'état magnétique. [0021] Or, les essais opérés dans le cadre de la présente invention, ont montré que cette technique basée sur des mesures passives par piézomagnétisme pouvait être aussi utilisée pour détecter des défauts dans des structures en matériau(x) nonferromagnétique(s) à condition (le recouvrir la structure, c'est-à-dire au moins la partie à analyser, d'une ou de couches de revêtement en un (ou plusieurs) matériau ferromagnétique. [0022] Par exemple, la structure à examiner peut être recouverte d'une feuille, d'une coquille, d'une peinture, d'une poudre ou autre... en matériau ferromagnétique. [0023] La présence de cette (ces) couche de revêtement en un (ou plusieurs) matériau fen-o- magnétique va engendrer des variations (l'aimantation produisant une différence de potentiel aux bornes de la bobine du dispositif de mesure piézomagnétique utilisé permettant alors de réaliser une surveillance passive de la ou des structures à surveiller. [0024] En d'autres termes, un effet Villari va pouvoir être obtenu grâce à la couche de re- vêtement ferromagnétique et toute variation d'aimantation en découlant du fait qu'un défaut va alors pouvoir être captée. [0025] Pour ce faire, on peut utiliser comme dispositif de mesure piézomagnétique un appareil soit à capteur de flux, c'est-à-dire magnétomètre, par exemple celui commercialisé sous la dénomination FLUXMASTER, soit à bobinage constitué d'un empilement de spires en cuivre autour d'un noyau ferromagnétique, la sensibilité du bobinage dépendant du nombre de spires utilisé qui varie en fonction de l'intensité du signal du flux magnétique de la structure métallique sous surveillance. [0026] Pour opérer la mesure, le capteur ou la bobine de l'appareil de mesure sont placés près de la surface de la structure à inspecter en cherchant la position permettant de capter l'amplitude maximale du flux magnétique. [0027] Par exemple, lorsqu'un défaut de type de fissure de fatigue s'amorce, le champ de contrainte à longue distance est modifié par les phénomènes de microplasticité locale ou de relaxation de contraintes. Les champs mécaniques se combinent aux contraintes cycliques associées au chargement en fonctionnement normal ce qui conduit à une modification du signal de Villari. [0028] Cette technique peut être utilisée pour inspecter des fissures mais d'autres types de défauts, tels que piqûres de corrosion, défauts de soudage ou d'autres défauts avec concentration de contraintes. [0029] Le procédé de détection de défaut(s) au sein d'une structure formée d'un (ou de plusieurs) matériau non-ferromagnétique selon l'invention est applicable à des objets divers, en particulier aux bouteilles de gaz, au stockage de gaz ou aux canalisations de gaz. [0030] A titre d'exemple, ainsi qu'illustré en [fig.2], grâce au procédé de l'invention, on peut vérifier l'intégrité structurelle d'une bouteille de gaz 4 en alliage d'aluminium ou en matériau(x) composites, en particulier celles de forme générale cylindrique, couramment appelées fûts ou bonbonnes de gaz, par exemple l'une des bouteilles de la [Fig. 1]. En effet, au cours de leur cycle de vie, ces bouteilles 4 peuvent être sujettes à des dégradations ou des chocs induisant des fissures de fatigue, de corrosion... et une surveillance est nécessaire. [0031] Selon l'invention, il est proposé de revêtir le corps d'une bouteille de gaz 4 par exemple d'une feuille en métal aimantable, c'est-à-dire un métal ferreux, et/ou d'une couche (ou plusieurs) de peinture contenant un tel métal aimantable, puis de réaliser une mesure avec le capteur ou la bobine? de l'appareil de mesure, au niveau de la surface recouverte de la bouteille 4 à inspecter et d'y capter le flux magnétique ainsi généré. L'appareil de mesure est préférentiellement piézomagnétique, par exemple un magnétomètre. [0032] Le ou les matériaux aimantables recouvrent complètement ou partiellement la structure à examiner, en formant une enveloppe complète ou partielle autour de celle-ci. [0033] Ainsi, sur la [fig.2], la bouteille de gaz 4 comprend un corps cylindrique ou fût 4a, 6 par exemple en alliage d'aluminium ou en acier inoxydable de type austénitique, recouvert d'une fine couche de revêtement ferromagnétique, par exemple une feuille métallique, alors que sa partie supérieure 4b formant col est recouverte d'une peinture à base de métal ferromagnétique aimantable. Avantageusement, on utilise un (ou des) matériau de revêtement ferromagnétique formé d'un alliage métallique comprend plusieurs éléments choisis parmi le fer, le nickel, le chrome, le manganèse, le carbone, le phosphore, l'aluminium, la silice et leurs alliages, par exemple des alliages Mn-Ni-X à base de nickel, manganèse et X étant un ou plusieurs éléments des Groupes III A à V A du tableau périodique ou le gallium (Ga). [0034] Il est à souligner que l'on peut aussi, de la même manière, recouvrir tout ou partie des lignes d'acheminement de gaz 3, 5 et/ou des cuves de stockage 1 d'une ou plusieurs couches de métal ferreux, c'est-à-dire aimantable, de manière à pouvoir les inspecter, c'est-à-dire de réaliser sur ceux-ci des mesures avec le capteur ou la bobine 7 de l'appareil de mesure, afin d'y capter le flux magnétique généré et d'y détecter d'éventuels défauts, telles des fissurations ou analogues, en particulier lorsque les lignes d'acheminement de gaz 3, 5 et/ou les cuves de stockage 1 sont en alliage d'aluminium ou en acier inoxydable de type austénitique. [0035] Le contact intime entre la structure et le(s) matériaux à mémoire magnétique peut être assuré par tout système de fixation adapté, par exemple un système de serrage, notamment de type collier ou anneau de serrage, dont la pression de serrage est contrôlée par exemple par une clé dynamoméhique. [0036] De préférence, le ou les matériaux aimantables, c'est-à-dire à mémoire magnétique, peuvent être déposés sous forme de couches successives dans la ou les zones à forte concentration de contrainte avec le but d'augmenter les signaux magnétiques capturés. [0037] Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre à température ambiante, ou à des températures allant jusqu'à quelques centaines de degrés au-dessus ou au-dessous de 0°C. [0038] Optionnellement, les signaux mesurés peuvent être transmis par voie filaire ou sans fil, par exemple pour être traités ou analysés dans un serveur ou un ordinateur distant. [0039] Lorsqu'un défaut est détecté, l'utilisateur est averti, par exemple via une alerte dédiée qui peut être sonore, visuelle ou autre. [0040] Le procédé de détection de l'invention est applicable pour déceler tout défaut de type fissure, cavité ou autre, au sein d'une structure formée d'un matériau non-ferromagnétique, telle une bouteille, une cuve de stockage ou une canalisation de gaz contenant et/ou véhiculant un gaz industriel ou médical. 7 [Revendication 1] REVENDICATIONSProcédé dc détection d'au moins un défaut au sein d'une structure formée d'au moins un matériau non-ferromagnétique, comprenant les étapes de : a. recouvrir au moins une partie dc b structure en matériau non- ferromagnétique à examiner d'au moins une couche d'un matériau dc revêtement ferromagnétique, h. soumettre la structure revêtue à l'étape (a) à au moins un examen piézomagnétique, et c. déduire dc l'examen opéré à l'étape (h) la présence d'un défaut. [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en cc que l'examen de l'étape (b) est opéré au moyen d'un dispositif de mesure piezomagnétique comprenant au moins un capteur de flux magnétique ou au moins un bobinage comprenant un empilement de spires en cuivre agencées autour d'un noyau ferromagnétique. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé cn ce que l'examen de l'étape (b) est opéré au niveau dc la surface externe de la structure à examiner. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'étape (a), ladite au moins une couche dc matériau de revêtement ferromagnétique est déposée sous la forme d'une poudre, d'une feuille ou d'une peinture venant recouvrir au moins une partie de la surface de la structure en matériau non-ferromagnétique à examiner. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de revêtement ferromagnétique comprend un métal choisi parmi éléments comme le fer, le nickel, le chrome, le manganèse, le carbone, le phosphore, l'aluminium, la silice et leurs alliages, en particulier des alliages Mn-Ni-X à base dc nickel, manganèse et X étant un ou plusieurs éléments des Groupes III A àV A du tableau périodique ou le gallium (Ga). Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit défaut comprend au moins une cavité ou une fissure, en particulier une microfissure. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 8 [Revendication 8] que le matériau non-ferromagnétique est choisi parmi l'aluminium et les alliages d'aluminium, l'acier inoxydable de type austénitique et les matériaux composites. [Revendication 9] Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure est choisie parmi les particulier les bouteilles de gaz (4), les réservoirs de stockage de gaz (1) et les canalisations de gaz (3,5) contenant et/ou véhiculant un gaz ou un mélange de gaz, en particulier un gaz médical. [Revendication 10] Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'avertir l'utilisateur en cas de détection d'un défaut, en particulier de déclencher une alerte sonore ou visuelle. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mesure piézomagnétique est configure pour transmettre les signaux de mesure à des moyens de traitement d'information, par exemple un serveur ou un ordinateur permettant d'analyser et/ou traiter lesdits signaux de mesure.