Brevet FR3135140A1 — publié le 20231103

La présente invention concerne un dispositif de détection d’un défaut dans un élément structurel (3) en matériau composite, caractérisé en ce qu’il comprend : - un élément structurel (3) en matériau composite, de forme allongée, - au moins une fibre optique de détection (33, 34, 35, 36) disposée à l’intérieur de l’élément structurel (3), et - un dispositif d’émission de lumière (2) comprenant une pluralité de sources lumineuses (21) connectées à un toron (5) de fibres optiques, l’ensemble des torons (5) étant regroupés en un faisceau de torons (6). Figure pour l’abrégé : Fig. 2 DISPOSITIF DE DETECTION D’UN DEFAUT DANS UN ELEMENT STRUCTUREL EN MATERIAU COMPOSITE La présente invention a pour objet un dispositif de détection d’un défaut dans un élément structurel en matériau composite. L’invention permet en particulier de détecter une rupture ou une amorce de rupture de l’élément structurel. Il est connu d’utiliser des éléments structurels en matériau composite dans les câbles haute tension aérien. On peut notamment employer comme élément structurel un jonc en matériau composite, typiquement avec un cœur en fibre de carbone recouvert d’une couche de verre. On toronne sur le jonc une ou plusieurs couches d’aluminium, notamment trapézoïdal, qui sert d’élément conducteur pour le câble. Le choix du matériau composite permet d’alléger le câble. On peut ainsi utiliser davantage d’aluminium, ce qui limite les pertes par effet Joule. On peut en outre faire passer plus de courant. Il est important de pouvoir vérifier l’intégrité structurelle du câble, et notamment de l’élément structurel du câble. Il est connu, par exemple du document WO 2019/168998 A1, un système pour l'interrogation d'éléments structurel en matériau composite renforcés de fibres optiques qui permet d'évaluer leur intégrité structurelle. Le système et le procédé utilisent la transmission de la lumière issue d’un dispositif d’émission de lumière, à travers des fibres optiques de détection qui sont intégrées sur la longueur des éléments structurel. L'incapacité à détecter la lumière transmise à travers une ou plusieurs des fibres optiques est une indication que l'intégrité de l'élément structurel est altérée. La présente invention propose un dispositif amélioré de détection d’un défaut dans un élément structurel en matériau composite, le dispositif permettant de visualiser aisément et successivement la lumière transmise par une pluralité de fibres optiques de détection sans avoir à faire tourner le dispositif d’émission de lumière, tout en transmettant un maximum de puissance lumineuse, et ce avec un minimum de perte. L’invention a ainsi pour objet un dispositif de détection d’un défaut dans un élément structurel en matériau composite. Le dispositif selon l’invention comprend : - un élément structurel en matériau composite, de forme allongée, - au moins une fibre optique de détection disposée à l’intérieur de l’élément structurel, et s’étendant d’une première extrémité longitudinale de l’élément structurel à une deuxième extrémité longitudinale de l’élément structurel, et - un dispositif d’émission de lumière connecté fonctionnellement à la première extrémité longitudinale de l’élément structurel, de manière à transmettre la lumière émise par le dispositif d’émission de lumière à une première extrémité longitudinale de ladite au moins une fibre optique de détection, le dispositif d’émission de lumière comprenant une pluralité de sources lumineuses, chaque source lumineuse étant connectée fonctionnellement à un toron de fibres optiques, de manière à transmettre la lumière émise par la source lumineuse aux fibres optiques du toron, l’ensemble des torons étant regroupés en un faisceau de torons, notamment à l’intérieur d’une gaine disposée à une extrémité des torons, l’extrémité des torons du faisceau étant connectée fonctionnellement avec la première extrémité longitudinale de l’élément structurel. Ainsi, l’utilisation du faisceau de torons disposé à l’intérieur d’une gaine d’alignement permet une bonne transmission de la lumière vers l’élément structurel, avec un maximum de puissance transmise (on concentre beaucoup de lumière sur une petite section) et un minimum de perte. Les torons de fibres ont pour avantage qu’au moins une fibre sera bien alignée avec une fibre optique de détection. Le dispositif peut comprendre en outre un dispositif de détection de lumière, apte à détecter la lumière issue de chaque fibre optique de détection au niveau d’une deuxième extrémité longitudinale de chaque fibre optique de détection. Le dispositif d’émission de lumière peut en outre être apte à actionner successivement les différentes sources lumineuses, de manière à transmettre successivement la lumière émise par les différentes sources lumineuses aux différents torons et aux différentes fibres optiques de détection. Ainsi, l’actionnement successif des différentes sources lumineuses permet d’éclairer successivement chacune des fibres optiques de détection sans avoir à faire tourner le dispositif d’émission de lumière. Alternativement, le dispositif de détection de lumière peut être apte à tourner, par exemple par rotation, de manière à détecter successivement la lumière issue des différentes fibres optiques de détection. L’extrémité des torons du faisceau est avantageusement disposée à l’intérieur d’une gaine et peut être alignée avec la première extrémité longitudinale de l’élément structurel. Le matériau composite peut comprendre un cœur en fibres de carbone entouré par une couche de verre. Le dispositif peut comprendre une pluralité de fibres optiques de détection. On peut par exemple utiliser quatre fibres optiques de détection, chaque fibre couvrant en section transversale de l’élément structurel un quart de cercle. Les fibres optiques de détection peuvent comprendre au moins une fibre optique monomode et/ou au moins une fibre optique multimode. Les fibres optiques de détection sont de préférence des fibres monomodes, moins onéreuses et plus petites, ce qui limite le risque de rupture. La première extrémité longitudinale et la deuxième extrémité longitudinale de l’élément structurel sont avantageusement polies. La pluralité de sources lumineuses peut comprendre des diodes électroluminescentes. Les diodes électroluminescentes peuvent avoir une longueur d’onde d’émission comprise entre 1400 et 1600 nm ou entre 380 et 780 nm (domaine du visible). Le nombre de torons est de préférence au moins égal au nombre de fibres optiques de détection. Le dispositif de détection de lumière peut comprendre une photodiode. Un exemple de procédé de mise en œuvre du dispositif peut être le suivant : - on coupe l’élément structurel, par exemple à l’aide d’une scie à métaux, - on polit la première extrémité longitudinale et la deuxième extrémité longitudinale de l’élément structurel, - on présente le faisceau de torons face au jonc, à l’intérieur de la gaine, - on allume successivement les différentes sources lumineuses (par exemple de manière circulaire ou de manière aléatoire), de manière ce que les différents secteurs du faisceau de torons viennent illuminer successivement les différentes fibres optiques de détection. D’autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées : est un diagramme illustrant schématiquement un dispositif de détection d’un défaut dans un élément structurel en matériau composite selon l’invention, est une vue de détail du diagramme de la , est une vue de détail de la , est une vue de dessus d’une carte de pilotage de diodes, est une figure mathématique utile à la compréhension de l’invention, illustre une première configuration de diodes pouvant être utilisées dans le dispositif selon l’invention, illustre une deuxième configuration de diodes pouvant être utilisées dans le dispositif selon l’invention, est une figure mathématique utile à la compréhension de l’invention, est une figure mathématique utile à la compréhension de l’invention, est un diagramme illustrant le taux de perte en fonction de la distance entre la diode et le jonc, est un diagramme illustrant la puissance obtenue en sortie de fibre en fonction de la distance entre la diode et le jonc, est une vue illustrant la concentration de faisceaux issus de diodes, est une vue illustrant la focalisation d’un faisceau divergent, est une vue en section transversale d’un jonc, conformément à un premier mode de réalisation, est une vue en section transversale d’un jonc, conformément à un deuxième mode de réalisation, est une vue en perspective d’une polisseuse, est une vue en perspective d’un support de jonc destiné à être reçu par la polisseuse de la , est une vue partielle en perspective d’un dispositif alternatif de détection de défaut, est une vue partielle d’un dispositif selon l’invention, est une vue en perspective ensemble de torons de fibres optiques, est une vue de détail de l’ensemble de la , est une vue en perspective d’un dispositif de détection du dispositif selon l’invention, conformément à un premier mode de réalisation, est une vue en perspective d’un dispositif de détection du dispositif selon l’invention, conformément à un deuxième mode de réalisation, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un premier mode de réalisation, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un deuxième mode de réalisation, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un troisième mode de réalisation, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un quatrième mode de réalisation, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un cinquième mode de réalisation, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un sixième mode de réalisation, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un septième mode de réalisation, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un huitième mode de réalisation, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un neuvième mode de réalisation, est un diagramme montrant la puissance de sortie en fonction de la consigne d’injection, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un dixième mode de réalisation, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un onzième mode de réalisation, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un douzième mode de réalisation, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un treizième mode de réalisation, est un diagramme montrant le niveau de détection de la lumière en fonction de l’angle de balayage des sources lumineuses actionnées, conformément à un quatorzième mode de réalisation, est une première vue partielle d’un dispositif de détection selon l’invention, ] est une deuxième vue partielle d’un dispositif de détection selon l’invention, ] est une troisième vue partielle d’un dispositif de détection selon l’invention, et est un diagramme représentant un spectre d’absorption de fibres optiques. Dispositif (1) de détection d’un défaut dans un élément structurel (3) en matériau composite, caractérisé en ce qu’il comprend : - un élément structurel (3) en matériau composite, de forme allongée, - au moins une fibre optique de détection (33, 34, 35, 36) disposée à l’intérieur de l’élément structurel (3), et s’étendant d’une première extrémité longitudinale (31) de l’élément structurel (3) à une deuxième extrémité longitudinale (32) de l’élément structurel (3), et - un dispositif d’émission de lumière (2) connecté fonctionnellement à la première extrémité longitudinale (31) de l’élément structurel (3), de manière à transmettre la lumière émise par le dispositif d’émission de lumière (2) à une première extrémité longitudinale de ladite au moins une fibre optique de détection (33, 34, 35, 36), le dispositif d’émission de lumière (2) comprenant une pluralité de sources lumineuses (21), chaque source lumineuse (21) étant connectée fonctionnellement à un toron (5) de fibres optiques, de manière à transmettre la lumière émise par la source lumineuse (21) aux fibres optiques du toron (5), l’ensemble des torons (5) étant regroupés en un faisceau de torons (6), l’extrémité des torons (5) du faisceau (6) étant connectée fonctionnellement avec la première extrémité longitudinale (31) de l’élément structurel (3). Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif de détection de lumière (4), apte à détecter la lumière issue de chaque fibre optique de détection (33, 34, 35, 36) au niveau d’une deuxième extrémité longitudinale (32) de chaque fibre optique de détection (33, 34, 35, 36). Dispositif (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif d’émission de lumière (2) est en outre apte à actionner successivement les différentes sources lumineuses (21), de manière à transmettre successivement la lumière émise par les différentes sources lumineuses (21) aux différents torons (5) et aux différentes fibres optiques de détection (33, 34, 35, 36). Dispositif (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de détection de lumière (4) est apte à tourner, de manière à détecter successivement la lumière issue des différentes fibres optiques de détection (33, 34, 35, 36). Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’extrémité des torons (5) du faisceau (6) est disposée à l’intérieur d’une gaine (12) et est alignée avec la première extrémité longitudinale de l’élément structurel. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau composite comprend un cœur en fibres de carbone entouré par une couche de verre. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de fibres optiques de détection (33, 34, 35, 36). Dispositif (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres optiques de détection (33, 34, 35, 36) comprennent au moins une fibre optique monomode et/ou au moins une fibre optique multimode. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la première extrémité longitudinale (31) et la deuxième extrémité longitudinale (32) de l’élément structurel (3) sont polies. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la pluralité de sources lumineuses (21) comprend des diodes électroluminescentes. Dispositif (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que les diodes électroluminescentes (21) ont une longueur d’onde d’émission comprise entre 1400 et 1600 nm ou entre 380 et 780 nm. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le nombre de torons (5) est au moins égal au nombre de fibres optiques de détection (33, 34, 35, 36). Dispositif (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de détection de lumière (4) comprend une photodiode.