<figure><img src="image_1.png" /></figure>

# Titre : Qualification par essais du procédé de contrôle UT en exploitation des soudures réparées des traversées VVP du réacteur EPR de Flamanville 3

Michaël Lutsen¹, Pierre Guérin¹, François Billy¹

¹EDF- Direction Industrielle, France;

*corresponding author, E-mail: michael.lutsen@edf.fr

## Résumé

Fin 2019, la décision est prise, en concertation avec l'ASN, de réparer les 8 soudures de traversées VVP (circuit de vapeur principal) de l'EPR FLA3. Le scénario retenu conduit à réaliser les nouvelles soudures par l'intérieur des tuyauteries, modifiant significativement leur design (chanfrein inversé notamment). Les exigences fonctionnelles de l'exploitant évoluant également, un nouveau procédé pour le contrôle en exploitation doit être qualifié conformément à l'article 8 de l'Arrêté relatif à la "surveillance de l'exploitation du circuit primaire principal et des circuits secondaires principaux des réacteurs nucléaires à eau pressurisée" du 10 novembre 1999. La Direction Industrielle s'engage alors dans le développement d'un nouveau procédé UT multiéléments automatisé et saisit l'opportunité d'adopter une démarche de qualification (de type conventionnel) différente de celle utilisée généralement pour les procédés UT. Plutôt que, pour chaque grandeur donnée, sommer les contributions élémentaires des paramètres influents étudiés de manière indépendante, la démarche adoptée ici vise à établir les performances par une campagne d'essais, dont le plan d'expérience intègre directement l'influence de ces paramètres. La démarche s'articule en trois phases. D'abord, l'analyse des paramètres influents conduit à définir la (ou les) configurations la (ou les) plus pénalisante(s) du composant vis-à-vis de la technique adoptée. Cette analyse permet de concevoir la maquette de qualification, représentative des conditions les plus pénalisantes du contrôle. Dans un second temps, la campagne d'essais de répétabilité et de reproductibilité aboutit à l'obtention d'une "banque de données" de signaux sur les entailles de la maquette. Enfin, l'analyse statistique de ces nombreux signaux (de l'ordre de 1800 dans le cas présent) aboutit aux justifications techniques du dossier de qualification. Les performances en sensibilité, couverture de zone, localisation et dimensionnement sont établies par un traitement statistique des résultats de ces essais. Cet article présente la démarche, les performances obtenues du procédé qualifié début 2023, et les voies d'optimisation envisagées pour de futurs développement adoptant cette démarche.

## 1. Introduction/contexte

### 1.1. Description des soudures concernées

L'assemblage concerné par la qualification END du présent document est constitué d'un flasque en acier ferritique de type P355 soudé à une tuyauterie également en acier ferritique de type P355, par un procédé de soudage en TIG automatique comme le montre la Figure 1 :

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 1 : Assemblage d'une traversée VVP de FLA3</figcaption></figure>

La Figure 2 montre la forme des chanfreins des soudures W1 et W2 lors de leur état initial.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 2 : Chanfreins des soudures W1 et W2 avant réparation</figcaption></figure>
Ces soudures (au nombre total de 8) ont été jugées non conformes au référentiel Exclusion de Rupture par l'Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN), elles ont du être réparées.

Les 8 soudures ont alors été refaites intégralement. Le soudage ayant été effectué par l'intérieur des tuyauteries, le profil des chanfreins est « inversé » comme le montre la Figure 3 :

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Figure 3 : Chanfreins des soudures W1 et W2 après reparation</figcaption></figure>

## 1.2. Contrôle non destructif d'exploitation

### 1.2.1. Exigence réglementaire

Ce type d'assemblage, d'une épaisseur maximale au plus de 40 mm, se trouve sur les Circuits Secondaires Principaux (CSP) des centrales nucléaires. A ce titre, le contrôle non destructif à mettre en œuvre en exploitation doit être qualifié au sens de l'article 8 de l'Arrêté relatif à la « surveillance de l'exploitation du circuit primaire principal et des circuits secondaires principaux des réacteurs nucléaires à eau pressurisée » du 10 novembre 1999 et de sa circulaire d'application.

### 1.2.2. Exigences du contrôle non destructif

Aucune dégradation particulière n'est envisagée au niveau de ces soudures. Par conséquent, une surveillance du volume de la soudure et de la Zone Affectée Thermiquement (ZAT) sans recherche de défaut particulier est requise. Une qualification de type conventionnelle au sens du paragraphe A4300 du RSE-M est demandée. Les exigences retenues sont les suivantes :

1. Seules les indications circonférentielles sont recherchées,

2. Le seuil de notation est fixé à $H_0 – 12$ dB (niveau RSE-M de niveau 1), $H_0$ étant le niveau d'amplitude obtenu sur génératrice de diamètre 2mm dans un bloc en acier de même nuance.

Avant réparation des soudures, un premier procédé a été développé sur la base de ces deux exigences principales. Les performances étant exprimées dans le référentiel des diamètres équivalents de fond plats perpendiculaires à l'axe du faisceau. Entre temps, le référentiel a évolué visant à exprimer les performances sur la base de réflecteurs de type entailles de formes semi-elliptiques perpendiculaires aux parois interne et externe.

Ainsi, après réparation des soudures, une nouvelle exigence est venue compléter les deux premières :

3. Une entaille semi-elliptique de dimension minimale $3 \times 20 \text{ mm}^2$ perpendiculaires aux parois (internes et externes) doit être notée.

### 1.2.3. Qualification

Le profil du composant ayant été modifié (élimination de la ZAT de la première soudure et chanfrein « inversé »), et les exigences fonctionnelles ayant évoluées, la qualification du procédé qui avait été mis en œuvre sur les soudures avant réparation, n'est plus applicable.

Par ailleurs le REX sur FLA3 conduit à rapprocher les techniques de contrôle de fabrication et d'exploitation.

Par conséquent, le développement mutualisé d'un nouveau procédé et une nouvelle qualification du procédé à mettre en œuvre doit être engagée.

Le délai de développement ne laisse pas le temps de consulter le tissu industriel, EDF-DI décide alors de saisir l'opportunité de concevoir la technique du contrôle d'exploitation, et sa qualification.

### 1.2.4. Technique retenue

Les deux procédés (contrôle avant réparation et contrôle après réparations) présentent des similitudes dont :

* le contrôle ultrasons est réalisé depuis la paroi externe des tuyauteries/flasques en ondes transversales à 4MHz ou 5MHz, sens 1-5, avec un angle de réfraction de 45° pour la phase de détection.

Nota : seule la phase de détection est dans le périmètre qualifié (périmètre validé par la Commission de Qualification).

* La mise en œuvre est réalisée par des porteurs de type cerces installées sur la tuyauterie avec un balayage axial (Axe Y) et un mouvement circonférentiel (Axe X).
## 2. Etablissement de performance

Avant d'aborder la démarche adoptée dans la qualification du procédé mis en œuvre sur les soudures réparées, il est important de repréciser les grands principes d'une qualification et ce qu'est une **démarche**.

Les performances revendiquées pour chacune des grandeurs concernées d'un procédé, appelées **G** dans la suite du document (couverture de zone, sensibilité de détection, localisation...) sont établies sur la base de l'analyse des paramètres influents (PI) et leur domaine de variation. Les paramètres influents sont généralement classés en 5 catégories, ceux liés aux composants $C_i$, ceux liés au défaut $D_i$, ceux liés à la technique de contrôle non destructif $T_k$, ceux liés à l'environnement $E_l$ et ceux liés à la mise en œuvre $P_m$.

**Nota :** Dans la suite du document, la grandeur couverture de zone ne sera pas développée. En effet, la démonstration de couverture de zone a été établie selon une démarche standard de tracé de rayon complétée par des essais sur maquette avec entailles judicieusement positionnées.

La manière d'exploiter les paramètres influents pour établir les performances du procédé est la **démarche** comme l'illustre le schéma de la Figure 4.

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 4 : Paramètre influent, Grandeurs et Démarche</figcaption></figure>

Dans la méthode ultrasons notamment, la démarche adoptée depuis près de 25 ans, reste la même. Le REX de cette démarche, que nous appellerons **démarche standard** dans la suite du document, sera abordé plus loin.

EDF DI en profite également d'être concepteur pour établir les performances du nouveau procédé avec une autre démarche que la démarche standard, basée notamment sur des essais de reproductibilité.

Avant d'aborder les grands principes de cette démarche au § 4., le paragraphe suivant rappelle les grands principes de la démarche dite standard.

## 3. Démarche standard

Cette démarche se décompose en deux phases. Elle s'applique pour chacune des trois grandeurs identifiées dans la Figure 4.

### 3.1. PHASE 1 : Analyse de PI de manière indépendante

Chaque paramètre influent est étudié de manière indépendante.

L'impact du PI considéré dans son domaine de variation sur la grandeur **G** est étudié soit par raisonnement, soit par simulations soit par essais comme l'illustre la Figure 5 :

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 5 : Analyse indépendante de l'impact des PI</figcaption></figure>

### 3.2. PHASE 2 : Cumul des impacts

Après avoir identifié le caractère systématique ou aléatoire de tous les PI, la performance sur la grandeur **G** est établie par un cumul des impacts comme illustré dans la Figure 6.

**Nota :**

Les PI systématiques sont les paramètres dont l'état ou la valeur ne changent pas, d'un contrôle à l'autre, pour un composant ou une zone d'un composant donnée (a minima tous les PI composant $C_i$).

Les PI aléatoires sont les paramètres qui varient d'une mise en œuvre du contrôle à l'autre, que ce soit sur un même composant ou sur des composants différents. Un PI aléatoire est défini soit par ses bornes soit par une valeur moyenne à laquelle on associe une incertitude. Une loi de répartition lui est également associée (généralement loi normale ou loi uniforme).
<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figure 6 : Cumul des impacts des PI pour une grandeur G</figcaption></figure>

La performance $\Delta G$ sur la grandeur $G$, est établie pour un facteur d'élargissement $k$ choisi, ce qui conduit à associer un taux de confiance à la performance, usuellement 95,5% (pour k=2) ou 99,7% (pour k=3).

### 3.3. Bilan de la démarche standard

Tout d'abord, cette démarche fait l'hypothèse forte que les paramètres influents sont indépendants. Cette hypothèse est difficilement vérifiable et pénalisante.

De fait, les performances affichées sont pour le moins très conservatives :

* Pour la sensibilité, si nous prenons un cas d'assemblage ferritique d'épaisseur environ 40 mm, similaire au cas objet de ce document, le cumul des impacts conduit à considérer pour un $\text{OT}45^{\circ}$, une atténuation de plus de 28 dB avec un taux de confiance de 99,7%. Ce qui se traduit par le fait qu'il existe statistiquement 0,3% de valeur d'atténuation qui lui sont supérieures !

Si nous prenons maintenant le cas d'un assemblage austénitique dans le cadre d'une qualification spécifique ou générale pour laquelle une dégradation, généralement de type fissure, est recherchée, le cumul des impacts en sensibilité conduit le plus souvent à avoir un critère en amplitude pour le seuil de notation proche du niveau de sensibilité du bruit de structure, voire en dessous ! Un tel niveau de sensibilité conduit inévitablement in situ, à noter un nombre trop important d'indications, des indications de défauts mais surtout des indications de type artefact qu'il convient de discriminer dans un second temps. L'analyse devient longue et complexe.

* Les performances affichées sont en retrait par rapport à la réalité : Dans le cas du même assemblage ferritique évoqué ci-dessus, le cumul des impacts, conduit à afficher une incertitude de localisation en profondeur supérieure à $\pm$ 20 mm pour une épaisseur maximale de 40 mm !

Les justifications techniques sont complexes. En effet, un document par grandeur à qualifier, ces documents étant souvent « chapotés » par un document général, est devenu le standard. Ce qui conduit à un corpus documentaire excessivement lourd.

## 4. Démarche par essais

Fort de ces constats, EDF DI a souhaité, avec le cas de la qualification d'un procédé de contrôle non destructif en exploitation des soudures de traversées des lignes vapeur de l'EPR FLA3, adopter une approche différente en construisant une autre démarche, adoptant une autre manière d'exploiter les paramètres influents et leur domaine de variation dans le but notamment, d'afficher des performances plus réalistes.

Cette démarche de qualification est basée sur l'établissement des performances par des essais de reproductibilité sur maquettes aux conditions pénalisantes. Elle se décompose également en deux phases.

### 4.1. PHASE 1 : fabrication d'une maquette pénalisante

L'objectif de cette phase est de fabriquer une maquette (ou plusieurs) justifiée comme étant pénalisante du composant en lien avec la technique envisagée. Cette phase se compose de trois étapes comme le montre la Figure 7.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 7 : Maquette pénalisante</figcaption></figure>
#### 4.1.1. Analyse des PI composant

Il s'agit dans cette première étape de la phase 1, d'étudier les PI composant de la manière suivante :

Pour chaque PI $C_i$, identifier la valeur dans le domaine de variation qui conduit à la valeur la plus pénalisante de la grandeur $G$ considérée.

**Nota :** Il est donc nécessaire de figer la technique (ici UT pulse-écho avec un angle de réfraction de 45° exploitant le phénomène d'écho de coin au bond et au demi-bond pour la détection).

Ainsi, pour chaque PI $C_i$, une valeur $C_{ipén}$ a été déterminée permettant de définir un composant pénalisant pour la technique choisie.

#### 4.1.2. Conception de la maquette

Dans cette phase, il s'agit de fabriquer la maquette correspondant à ce composant pénalisant ainsi défini après avoir fait la synthèse de toutes les valeurs de $C_{ipén}$.

Toutefois, si tous les PI $C_i$ de type géométrie ne posent pas de difficulté en termes de fabrication, il en n'est pas de même pour les PI $C_i$ relatif au matériau. L'approvisionnement de matière pour la réalisation de maquettes est difficilement maitrisable en termes de variabilité de l'atténuation ou de célérité des ondes ultrasonores. Dans notre cas, nous avons fait le choix de réaliser des études spécifiques pour la grandeur sensibilité (variabilité de l'atténuation) et pour les grandeurs de localisation (variabilité de la célérité des ondes transversales).

Les impacts éventuels seront intégrés dans la performance finale (voir § 4.2.3.).

#### 4.1.3. Implantation des entailles

La qualification demandée étant de type conventionnelle, sans défaut particulier à rechercher, il n'y avait pas de PI $D_j$ à considérer.

Les réflecteurs sont de type entaille semi-elliptique. Leur nombre et implantation ont fait l'objet de justifications (entaille avec trajet maximum en zone fondu au bond et au demi-bond par exemple...).

#### 4.2. PHASE 2 : Essais de reproductibilité

Une fois la maquette fabriquée, il s'agit d'établir les performances associées aux différentes grandeurs par analyse statistique des résultats d'essais de reproductibilité.

Cette phase se compose de trois étapes comme le montre la Figure 8.

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Figure 8 : Essais de reproductibilité</figcaption></figure>

##### 4.2.1. Procédure d'examen

La qualification de la technique et la qualification du porteur ont été réalisés. Tous les gestes afférents ont été décrits et figés dans la procédure d'examen ou les supports de formation avant de la réalisation des essais de reproductibilité.

Il s'agit d'établir les performances du procédé mis en œuvre conformément aux modalités de la procédure.

Par exemple, pour la longueur, la procédure retient la longueur la plus grande des valeurs données par le sens 1 et le sens 5. Ce sera donc la valeur la plus grande qui sera retenue pour l'analyse statistique des résultats des essais de reproductibilité. Les modalités de la procédure auront un impact direct sur la population exploitée pour chaque grandeur $G$ comme nous le verrons plus loin.

##### 4.2.2. Plan d'expérience

Des essais de reproductibilité nécessitent de définir deux points ; le **nombre d'essais** et les **éléments à faire varier**.

Les deux sont intimement liés. En effet, plus le nombre de variables est grand, plus le nombre d'essais devra être conséquent.
Pour le premier point, afin de définir le nombre d'essais, nous nous sommes inspirés de normes sur les statistiques et les méthodes de mesures [1], [2] et [3].

Aucune de ces normes n'est complètement adaptée à notre problème, néanmoins, quelques chiffres ont été retenus pour élaborer le plan d'expérience :

* Nécessité d'un minimum de 30 mesures pour s'affranchir d'hypothèses sur la loi statistique, c'est-à-dire se passer du modèle de lois pour estimer des quantiles.

* Nécessité de disposer d'un minimum de 8 mesures pour tester une loi normale.

De ces chiffres, il a été retenu d'exploiter deux hypothèses de reproductibilité :

* 30 acquisitions avec installation du porteur,

* 10 étalonnages/post-étalonnage.

Ce choix s'est traduit par la réalisation de la phase de la Figure 9 répétée 10 fois :

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Figure 9 : Phase des essais de reproductibilité</figcaption></figure>

Chacune de ces phases intègre un étalonnage/post-étalonnage et 3 repositionnement porteur.

Pour le deuxième point, il faut distinguer les éléments variables issus de la procédure (étalonnage, installation porteur) des éléments matériels et humains.

Les éléments issus de la procédure ont été pris en compte via le protocole d'essais défini plus haut.

Pour le matériel, un porteur a été utilisé et seul un bloc de référence était disponible au moment des essais (*).

Pour les autres matériels, il a été fait le choix d'utiliser 3 chaînes de mesure ultrasons, 5 capteurs (dont deux utilisés simultanément à chaque essais - sens 1 et sens 5).

(*) L'utilisation d'autres blocs de référence jumeaux a conduit à la prise en compte d'une dispersion éventuelle en sensibilité de ces blocs dans la performance.

Pour les moyens humains, 3 opérateurs dédiés à la mise en place du porteur et aux acquisitions et 3 opérateurs d'analyse ont mis en œuvre la procédure.

Les éléments ci-dessus ont conduit à définir le protocole de la Figure 10 avec une bonne adéquation entre un nombre d'essais et le nombre de variables.

<table><caption>Figure 10 : Protocole des essais de reproductibilité retenu</caption><thead><tr><th>Numéro d'essai</th><th>Nom d'essai</th><th>Opérateur</th><th>Numéro de poste</th><th>Numéro traducteur "Gaufe"</th><th>Numéro traducteur "Droite"</th><th>Lois locales OT</th></tr></thead><tbody><tr><td>1</td><td>Op3 Poste1 TradG1 TradD2 1</td><td rowspan="6">1</td><td rowspan="6">1</td><td rowspan="2">1</td><td rowspan="2">2</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>2</td><td>Op3 Poste1 TradG1 TradD2 2</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>3</td><td>Op3 Poste1 TradG1 TradD2 3</td><td rowspan="2">2</td><td rowspan="2">1</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>4</td><td>Op3 Poste1 TradG2 TradD1 4</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>5</td><td>Op1 Poste1 TradG2 TradD1 5</td><td rowspan="2">2</td><td rowspan="2">3</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>6</td><td>Op1 Poste1 TradG2 TradD1 6</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>7</td><td>Op1 Poste1 TradG2 TradD3 7</td><td rowspan="4">2</td><td rowspan="4">2</td><td rowspan="4">3</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>8</td><td>Op1 Poste1 TradG2 TradD3 8</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>9</td><td>Op1 Poste1 TradG2 TradD3 9</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>10</td><td>Op2 Poste2 TradG3 TradD2 10</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>11</td><td>Op2 Poste2 TradG3 TradD2 11</td><td rowspan="5">2</td><td rowspan="5">2</td><td rowspan="2">3</td><td rowspan="2">2</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>12</td><td>Op2 Poste2 TradG3 TradD2 12</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>13</td><td>Op2 Poste2 TradG3 TradD4 13</td><td rowspan="2">3</td><td rowspan="2">4</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>14</td><td>Op2 Poste2 TradG3 TradD4 14</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>15</td><td>Op2 Poste2 TradG3 TradD4 15</td><td rowspan="2">4</td><td rowspan="2">3</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>16</td><td>Op2 Poste2 TradG4 TradD3 16</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>17</td><td>Op2 Poste2 TradG4 TradD3 17</td><td rowspan="5">3</td><td rowspan="5">3</td><td rowspan="5">4</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>18</td><td>Op2 Poste2 TradG4 TradD3 18</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>19</td><td>Op3 Poste3 TradG4 TradD5 19</td><td rowspan="2">4</td><td rowspan="2">5</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>20</td><td>Op3 Poste3 TradG4 TradD5 20</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>21</td><td>Op3 Poste3 TradG4 TradD5 21</td><td rowspan="2">5</td><td rowspan="2">4</td><td rowspan="2">4</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>22</td><td>Op3 Poste3 TradG5 TradD4 22</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>23</td><td>Op3 Poste3 TradG5 TradD4 23</td><td rowspan="4">3</td><td rowspan="4">3</td><td rowspan="4">5</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>24</td><td>Op3 Poste3 TradG5 TradD4 24</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>25</td><td>Op3 Poste3 TradG5 TradD1 25</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>26</td><td>Op3 Poste3 TradG5 TradD1 26</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>27</td><td>Op3 Poste3 TradG5 TradD1 27</td><td rowspan="3">3</td><td rowspan="3">1</td><td rowspan="3">5</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>28</td><td>Op3 Poste3 TradG1 TradD5 28</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>29</td><td>Op3 Poste3 TradG1 TradD5 29</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr><tr><td>30</td><td>Op3 Poste3 TradG1 TradD5 30</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td><td>5</td><td>5</td><td>42,8 - 45 - 47,2</td></tr></tbody></table>

Ce protocole a permis de justifier, par paramètre, la bonne prise en compte de la variabilité des paramètres influents liés à la technique $T_k$, ceux liés à l'environnement $E_l$ et ceux liés à la mise en œuvre $P_m$ dans leur domaine de variation.

### 4.2.3. Essais et analyse statistiques des résultats

La procédure a été mise en œuvre selon le protocole ainsi défini. L'objectif de ces essais étant d'acquérir des données pour chacune des grandeurs $G$ (sensibilité de détection, localisation et dimensionnement en longueur), le seuil de notation (imposé dans le cas présent, mais qui serait à définir dans le cas de qualifications de type générale ou spécifique) et les critères de regroupement (à définir par ces essais) ne sont pas appliqués.

26 jours d'acquisition et 9 semaines d'analyse ont été nécessaires.

Une fois les essais réalisés, la banque de données disponible a pu être exploitée.

Pour chaque grandeur $G$, la performance a été établie par analyse statistique des résultats en y associant un taux de confiance, puis en y ajoutant les éventuelles contributions liées aux PI (notamment matériau) qui n'ont pas pu être pris en compte dans les essais comme l'illustre la Figure 11.

$$ \Delta G = \Delta G_{\text{essai}} + \sum \text{Impact } PI_{\text{essai}} \Delta PI $$

<caption>Figure 11 : Performance d'une grandeur $G$</caption>
Les résultats obtenus par grandeur sont les suivants :

**Pour la sensibilité d'examen,** l'objectif dans le cas présent était d'évaluer la marge disponible entre la sensibilité des entailles et le seuil fixé à $H_0 - 12$ dB. Les essais ont permis d'exploiter 810 valeurs comme le montre la *Figure 12*.

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure 12 : Distribution de la sensibilité des entailles</figcaption></figure>

Le traitement de ces valeurs conduit à un quantile à 5% de $H_0 + 10,8$ dB.

Le quantile à 5% indique que 95% des valeurs de gain lui sont supérieures. Cela signifie qu'une entaille de dimensions minimales $3 \times 20 \text{ mm}^2$ est détectée avec un signal de $H_0 + 10,8$ dB ou plus dans 95% des cas.

Les modalités d'étalonnage intégrant l'atténuation maximale de l'assemblage, seule une dispersion ente blocs de référence (voir §4.2.2.) de 3dB a du être pris en compte comme contribution systématique ($\text{PI C}_i$).

La *Figure 11* appliquée à l'évaluation de la marge entre le niveau de sensibilité des entailles et le seuil de notation conduit à l'équation schématisée *Figure 13*.

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figure 13 : Performance en sensibilité</figcaption></figure>

La *Figure 12* montre une marge disponible supérieure à 19 dB. Autrement dit, l'écho de coin obtenu sur une entaille semi-elliptique de dimensions minimale $3 \times 20 \text{ mm}^2$ est détecté avec une marge de plus

de 19 dB par rapport au seuil de notation dans 95% des cas.

**Pour la localisation circonférentielle X,** 810 valeurs ont été exploitées. Leur distribution est présentée en *Figure 14*.

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure 14 : Distribution en X des entailles</figcaption></figure>

L'intervalle de confiance à 95% est obtenue par la lecture des quantiles 2,5% et 97,5%. Il est de [-0,2mm ; 5,7mm]. Aucune contribution supplémentaire n'est à ajouter.

La *Figure 11* appliquée à la localisation circonférentielle X conduit à l'équation schématisée *Figure 15*.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figure 15 : Performance en localisation circonférentielle</figcaption></figure>

La performance retenue est symétrisée et arrondie au mm, elle est donc pour X de $\Delta x = \pm 6 \text{ mm}$ avec intervalle de confiance à 95%.

**Pour la localisation axiale Y,** 270 valeurs ont été exploitées. Leur distribution est présentée en *Figure 16*.

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 16 : Distribution en Y des entailles</figcaption></figure>

L'intervalle de confiance à 95% est obtenue par la lecture des quantiles 2,5% et 97,5%. Il est de [-4,3mm ; 4,6mm].

Les contributions de la célérité, de la température et de l'angle de réfraction ont fait l'objet de justifications séparées conduisant à une la prise en compte d'une contribution systématique supplémentaire.
La Figure 11 appliquée à la localisation axiale Y conduit à l'équation schématisée Figure 17.

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Figure 17 : Performance en localisation axiale</figcaption></figure>

La performance retenue est symétrisée et arrondie au mm, elle est donc pour Y de $\Delta Y = \pm 7$ mm avec intervalle de confiance à 95%.

Pour la localisation radiale Z (profondeur), 150 valeurs ont été exploitées. Leur distribution est présentée en Figure 18.

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Figure 18 : Distribution en Z des entailles</figcaption></figure>

L'intervalle de confiance à 95% est obtenue par la lecture des quantiles 2,5% et 97,5%. Il est de [-1,8mm ; 0,4mm]. Comme pour Y, les contributions de la capacité, de la température et de l'angle de réfraction ont fait l'objet de justifications séparées conduisant à une la prise en compte d'une contribution systématique supplémentaire. La Figure 11 appliquée à la localisation radiale Z conduit à l'équation schématisée Figure 19.

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Figure 19 : Performance en localisation radiale</figcaption></figure>

La performance retenue est symétrisée et arrondie au mm, elle est donc pour Y de $\Delta Z = \pm 4$ mm avec intervalle de confiance à 95%.

Enfin, pour le dimensionnement en longueur L, 270 valeurs ont été exploitées. Leur distribution est présentée en Figure 20.

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Figure 20 : Distribution en L des entailles</figcaption></figure>

L'intervalle de confiance à 95% est obtenue par la lecture des quantiles 2,5% et 97,5%. Il est de [-4,5mm ; 4,3mm]. Aucune contribution supplémentaire n'est à ajouter. La Figure 11 appliquée à la localisation circonférentielle X conduit à l'équation schématisée Figure 21.

<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Figure 21 : Performance en longueur</figcaption></figure>

La performance retenue est symétrisée et arrondie au mm, elle est donc pour X de $\Delta L = \pm 5$ mm avec intervalle de confiance à 95%.

### 4.3. Bilan de cette démarche

Premier point, étant donné la technique mise en œuvre, les performances revendiquées sont cohérentes avec les performances attendues dans le cadre de la détection d'un écho de coin sur des entailles semi-elliptiques de dimension 3 x 20 mm² sur une épaisseur de l'ordre de 40 mm d'un assemblage homogène isotrope.

A savoir une marge de plus de 19dB par rapport au seuil de notation conventionnel, là ou d'autres procédés comparables annoncent largement plus de 20 dB d'atténuation par cumul d'impact des PI.

Mais également à titre de comparaison, une performance en localisation en profondeur $\Delta Z = \pm 4$ mm pour 40 mm d'épaisseur, là où d'autres procédés équivalent revendiquent plus de $\pm 20$ mm pour la même épaisseur de 40 mm.

Ensuite, de part le nombre de mesures exploitées (finalement largement plus de 30), aucune indépendance des PI n'est à justifier.

Cette démarche a l'avantage de pouvoir prendre en compte des PI sans en connaitre leur valeur, ni leur domaine de variation. Ce sont par exemple le cas de certains paramètres de la chaine ultrasonore ou des capteurs. Cette démarche prend les valeurs telles que construites et recettées par le fabriquant.

Elle permet la variation simultanée de tous les PI.

Par ailleurs, elle a l'avantage supplémentaire de permettre de tester l'endurance du matériel, mais aussi d'entrainer les opérateurs à la mise en œuvre du procédé.

Les justifications techniques sont simplifiées. Pour ce procédé, un seul document de 80 pages appelant notamment le rapport d'essais de reproductibilité et quelques notes supplémentaires constitue le Document de Justifications Techniques (DJT). Le temps qui n'a pas été passé sur des justifications techniques complexes a pu être
utilisé sur d'autres tâches ayant plus de valeur ajoutée comme l'entrainement des opérateurs.

Par contre, cette démarche nécessite de réaliser une partie de l'analyse des paramètres influents, ceux liés au composant (PI $C_i$) avant la réalisation de la maquette. Les essais de reproductibilité et leur analyse peuvent paraître long, mais ils doivent être comparés au temps passé sur des justifications techniques qui est généralement bien supérieur aux 9 semaines d'analyses qui ont été nécessaires dans le cas présent.

## 5. Conclusions/perspectives

La qualification du procédé de contrôle non destructif d'exploitation des soudures de traversée des lignes vapeur de l'EPR FLA3 a été prononcée début 2023. La démonstration est faite qu'une démarche autre que la démarche standard de cumul d'impact des paramètre influents peut être adoptée et conduire à la qualification d'un procédé.

Force est de constater que jusqu'alors, la démarche ne fait l'objet d'aucune réflexion au début d'un développement, reconduisant systématiquement la démarche standard telle une fatalité. Démarche ultraconservatrice, n'arrivant toutefois pas à être déterministe puisqu'elle ne réussit pas à s'affranchir d'un taux de confiance. De plus, elle montre des limites et des faiblesses reconnues de tous qui a des impacts directs sur le caractère industriel des procédés qualifiés.

La démarche présentée ici était adaptée au cas du contrôle des soudures des traversées des lignes vapeurs de l'EPR FLA3.

Il ne s'agit pas de la dupliquer. Mais, pour chaque développement, une démarche en rupture, adaptée au cas étudié prenant en compte les données d'entrées disponibles et l'enjeu des performances attendues doit être construite avant même de traiter un par un l'impact des paramètres influents. De cette démarche dépendra la manière d'exploiter les paramètres influents.

C'est ce que la DI continue de faire avec la démarche de qualification du procédé UTa de recherche et dimensionnement de défauts de type corrosion sous

contrainte (CSC) dans les circuits auxiliaires du Circuit Primaire Principal. La difficulté est tout autre : matériau austénitique, géométries d'assemblage variées, fissures de CSC, pour une qualification spécifique.

L'enjeu des performances à atteindre pour le dimensionnement en hauteur ne permet pas de partir sur une démarche par cumul.

La notion de maquette pénalisante, telle que présentée pour les traversées n'est pas adaptée pour la prise en compte des PI composants. Les PI composants seront pris en compte par une approche par métamodèle en cours d'élaboration qui permettra de traiter dans une approche globale l'ensemble des paramètres influents composant PI $C_i$.

Les paramètres influents liés à la technique de contrôle, à l'environnement et à la mise en œuvre seront traités par essais de reproductibilité de la même manière que pour le dossier présenté dans ce document.

A vos démarches, prêt...

## Remerciements

Nous remercions particulièrement toutes les équipes de EDF DI/DEA ainsi les équipes Westinghouse (mise en œuvre du porteur) qui ont cru à cette démarche et qui ont contribué au succès de cette qualification. Je remercie particulièrement tous les opérateurs aussi bien d'acquisition que d'analyse de ne pas avoir baisser les bras. C'est notamment grâce à eux que cette qualification a été une belle réussite.

## References

[1] NF ISO 5725-1 Application de la statistique – Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesures – Partie 1 : principes généraux et définitions.

[2] NF X06-050 Application de la statistique – Etude de la normalité d'une distribution.

[3] NF X06-056 Application de la statistique – Estimation d'une Moyenne - (variance inconnue).