Principes physiques
Introduction à la technique ultrasonore multiéléments

1 - Principes physiques

• 1.1 - Rappels généraux
  Figure 1 - Examens par ultrasons Figure 2 - Illustration du signal en réception
• 1.2 - Rappel sur la diffraction
  Figure 3 - Schéma de la diffraction d'un faisceau laser par une fente fine Figure 4 - Illustration de la diffraction dans le plan d'incidence Figure 5 - Illustration de la diffraction dans le plan orthogonal du faisceau à 40 mm de profondeur Figure 6 - Application du principe de Fresnel au cas de la diffraction par une fente fine Figure 7 - Amplitude de la figure de diffraction à travers une fente fine

2 - Méthodes ultrasonores conventionnelles

• 2.1 - Paramètres du traducteur
  Figure 8 - Illustration de la vibration en mode piston Figure 9 - Illustration des différentes contributions issues de la surface du traducteur à un même instant Figure 10 - Tracé de sphères équiphases successives, centrées en un point de la zone de champ proche Figure 11 - Tracé de deux sphères équiphases séparées d'une demi-longueur d'onde et centrées à la limite de la zone de Fresnel
• 2.2 - Forme du faisceau
  Figure 12 - Schéma de la formation et de la forme d'un faisceau ultrasonore : vue en amplitude, vue en sommation des contributions élémentaires de fronts d'ondes
• 2.3 - Configurations de contrôle possibles

3 - Techniques ultrasonores focalisées

4 - Description des multiéléments

• 4.1 - Principe
  Figure 14 - Différents types de découpages : linéaire, matriciel, linéaire encerclant, annulaire, sectoriel
• 4.2 - Différents types de traducteurs
  Figure 15 - Exemple de traducteur multiéléments à découpage sectoriel pour un examen par immersion [9] Figure 16 - Exemple de traducteur multiéléments matriciels (256 éléments de 1 mm2 chacun) pour un examen au contact [10] Figure 17 - Illustration des traducteurs TCI (a) et conformables (b et c) Figure 18 - Exemples de sondes linéaires miniatures : 10 MHz- 26 éléments extra-plate et 5 MHz-64 éléments épaisseur 5 mm (IMASONIC)
• 4.3 - Dimensionnement d'un traducteur
  Figure 19 - Illustration des contributions en un point de plusieurs éléments Tableau 1
• 4.4 - Application de lois de retards
  Figure 20 - Schéma de calcul d'une loi de retards pour incliner un faisceau Figure 21 - Représentation des retards pour une loi de déviation de faisceau Figure 22 - Visualisation de la focalisation synthétique par application à l'émission de lois de retard : (a) défocalisante (d'aspect concave), (b) focalisante (d'aspect convexe) [11] Figure 23 - Visualisation de lois de retards sur un traducteur à sabot
• 4.5 - Lobes de réseaux
  Figure 24 - Visualisation des différentes alternances d'un signal Figure 25 - Principe de formation des lobes de réseau Figure 26 - Illustration des lobes de réseau pour les deux lois de retards présentées (résultats de simulation sous CIVA) Figure 27 - Sommation de trois signaux décalés illustrant le signal résultant d'un lobe de réseau

5 - Paramétrage des multiéléments

• 5.1 - Étapes
  Figure 28 - Exemple de configurations en tandem sur un traducteur multiéléments permettant d'optimiser la détection d'une fissure quelle que soit sa profondeur Figure 29 - Exemple de configuration multiéléments SE Figure 30 - Exemple d'activation séquentielle sur une ouverture glissante : balayage par commutation électronique sur cinq séquences
• 5.2 - Imagerie associée
  Figure 31 - Illustration d'un Ascan et d'un Bscan Figure 32 - Simulation d'une acquisition « 1 ouverture, P tirs » Tableau 2

6 - Exemple industriel

• 6.1 - Contexte et données d'entrée
  Figure 33 - Vue en transparence d'un piquage et de la zone à examiner
• 6.2 - Conception du procédé
  Figure 34 - Schéma de principe de l'examen : traducteur sur la tuyauterie primaire, déplacement en rotation autour de l'axe de la tuyauterie secondaire et propagation d'une gerbe de faisceaux réfractés dans le plan d'incidence et en dehors en direction de la zone à examiner
• 6.3 - Avantages de la solution multiéléments

7 - Applications avancées

• 7.1 - Modes avancés d'émission
  Figure 35 - Exemple d'activation séquentielle sur plusieurs ouvertures glissantes : balayage par commutation électronique Figure 36 - Schéma de principe de SOCOMAT©
• 7.2 - Traitements temps réels
• 7.3 - Post-traitements

8 - Freins à la mise en œuvre des multiéléments

• 8.1 - Limites physiques
• 8.2 - Questions non résolues
  Figure 37 - Illustration du décalage du point d'émergence pour deux lois de retards distinctes (ondes T non représentées)
• 8.3 - Absence de cadre normatif

9 - Conclusion

10 - Annexes

• 10.1 - Annexe 1. Expression du champ proche
  Figure 38 - Calcul du champ dans l'axe d'un traducteur circulaire
• 10.2 - Annexe 2. Exemple de calcul de loi de retards pour focaliser un faisceau
  Figure 39 - Calcul d'une loi de focalisation Figure 40 - Retards à appliquer aux éléments d'un traducteur (n = 16, p = 2 mm, c = 5 900 m/s, R = 30 mm) Figure 41 - Principe de formation des réseaux et figure de calcul
• 10.3 - Annexe 3. Formule des réseaux
  Figure 42 - Direction du lobe de réseau d'ordre 1