Ultrasons

Le principe du contrôle par ultrasons consiste à émettre et faire se propager une onde ultrasonore dans la pièce à inspecter puis à recueillir et analyser l’onde à l’issue de son interaction avec le matériau. Sur la base de ce principe très général, il existe de nombreuses techniques spécifiques, suivant que le contrôle est effectué en transmission ou bien en réflexion, suivant que les dispositifs en émission et en réception sont confondus ou non, suivant le type et l’inclinaison des ondes ultrasonores utilisées, etc.

La modalité de contrôle la plus répandue, dite en réflexion, (« pulse echo » en anglais), est comparable à l’échographie médicale. L’émetteur et le récepteur (confondus ou non) sont positionnés du même côté de la pièce. Le récepteur recueille les échos engendrés par réflexion ou diffraction sur les obstacles rencontrés par l’onde, tels que les défauts, les interfaces entre matériaux ou encore la surface de la pièce.

Les dispositifs émetteurs et récepteurs, dits « traducteurs ultrasonores », sont en général basés sur l’effet piézo-électrique. L’élément principal, le transducteur, est constitué d’une pastille piézo-électrique convertissant un signal électrique en vibration mécanique et inversement.

Une évolution majeure dans le domaine des contrôles par ultrasons a été la progression des techniques multiéléments utilisant des réseaux de traducteurs piézo-électriques pilotés électroniquement à la réception ou à l’émission. Cette technologie, aujourd’hui couramment utilisée, permet d’adapter les caractéristiques de l’onde émise, en particulier sa focalisation ou son inclinaison, en appliquant aux différents éléments des retards électroniques calculés en fonction de l’objectif visé. Une région de l’espace peut être ainsi balayée ou le faisceau ultrasonore peut être ainsi focalisé dans le matériau à différentes profondeurs, à l’aide d’un même traducteur.

La fréquence des ondes ultrasonores utilisées varie en fonction des matériaux et des applications sur une gamme qui s’étend environ de 100 kHz à 20 MHz. Le choix de la fréquence résulte d’un compromis, entre résolution spatiale (d’autant meilleure que la fréquence est élevée) et pouvoir de pénétration (qui décroit avec la fréquence en raison du phénomène d’atténuation). Le contrôle d’une pièce en acier s’effectue typiquement à des fréquences variant entre 1 et 5 MHz.

Méthode de volume : la pénétration des ultrasons permet d’ausculter les matériaux sur des profondeurs importantes :

• Grande sensibilité sur une large gamme de dimensions de défauts et de pièces en jouant sur les paramètres de la méthode (telle la fréquence utilisée) ;
• Diagnostics et évaluation des performances de la méthode quantitatifs. Nombreux outils de modélisation disponibles à cet effet ;
• Adaptabilité des méthodes aux matériaux et aux géométries des pièces. Applicabilité à la plupart des matériaux, métalliques ou composites ;
• Richesse de l’information fournie : Possibilité de localiser les défauts avec précision, de dimensionner les défauts et d’imager la région inspectée ;
• Disponibilité de techniques multiéléments démultipliant les performances des ultrasons conventionnels ;
• Rapidité et simplicité de mise en œuvre ;
• Méthode ne nécessitant l’accès à la pièce que d’un seul côté ;
• Absence d’inconvénient chimique ou radiologique ;
• Les ultrasons font l’objet d’une R&D active et d’innovations technologiques  en continu.