Système multi-capteurs et traitement des signaux associé pour l'imagerie par courants de Foucault de pièces aéronautiques

par Vincent Thomas

Thèse de doctorat en Électronique Électrotechnique Automatique

Sous la direction de Pascal Larzabal.

Soutenue le 26-11-2010

à Cachan, Ecole normale supérieure , dans le cadre de École doctorale Sciences pratiques (1998-2015 ; Cachan, Val-de-Marne) , en partenariat avec Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie (laboratoire) .

Le président du jury était Francisco Alvès.

Le jury était composé de Pierre-Yves Joubert, Éric Vourc'h, Hervé Trétout.

Les rapporteurs étaient Danielle Nuzillard, Gérard Berthiau.


  • Résumé

    Le vieillissement du parc aéronautique, mais aussi la volonté de prolonger le cycle de vie des appareils, impose aux techniques de maintenance des exigences de contrôle accrues en termes de fiabilité et de rapidité. Les principaux enjeux étant la détection, et surtout la caractérisation des micro-fissures pouvant apparaitre dans les pièces sensibles des appareils. Cette caractérisation pouvant aller jusqu'à la reconstruction qualitative, voire quantitative du profil des fissures, ce qui suppose la résolution du problème inverse consistant, à partir des signaux mesurés, à remonter à certaines caractéristiques de la pièce inspectée, notamment géométriques, qui en sont en partie la cause.Ce manuscrit présente une approche originale de conception de sonde d'imagerie par courants de Foucault. Cette approche, ici appliquée à l'imagerie de pièces aéronautiques cylindriques, consiste à concevoir la sonde de façon à satisfaire la double contrainte d'une instrumentation performante et d'une résolution possible du problème inverse. Ainsi, la conception de la sonde est-elle faite de manière à ce que d'une part les signaux mesurés, résultant de ses interactions avec la pièce contrôlée, soient d'amplitude la plus élevée possible, et d'autre part, a n que ces interactions soient modélisables au moyen d'un modèle qui se prête bien à l'inversion.Dans un premier temps, une méthodologie de conception de sonde est présentée, qui vise à optimiser le dimensionnement et l'agencement de ses éléments en se fixant des contraintes de sensibilité et de résolution. Un prototype, conçu d'après cette méthodologie, est réalisé, mis en œuvre et caractérisé. Les résultats expérimentaux obtenus, qui s'avèrent en accord avec une modélisation par éléments finis, offrent une validation du fonctionnement de la sonde, celle-ci permettant effectivement de mettre en évidence les défauts types (micro-fissures) recherchés dans la pièce inspectée. Dans un second temps, la configuration des interactions sonde-pièce inspectée, choisie à dessein, est mise à profit pour élaborer un modèle direct. Celui-ci repose sur l'hypothèse selon laquelle, les défauts étant de faibles dimensions, il est possible de considérer que la perturbation de signal qu'ils engendrent est équivalente à celle que génèreraient des sources virtuelles de courants localisées uniquement dans le volume du défaut. Outre sa simplicité, cette modélisation offre l'avantage d'être adaptée à une mise en œuvre au moyen de la méthode des points sources distribués. Or celle-ci permet de formuler le problème direct sous forme matricielle ce qui constitue une base de nature à faciliter la résolution du problème inverse.C'est à ce problème qu'est consacrée la dernière partie du mémoire. Des méthodes d'inversion y sont proposées, visant à traiter progressivement la complexité du problème. Ainsi un algorithme d'inversion mono-fréquence est-il proposé, qui se montre efficace pour reconstruire des défauts sur de faibles profondeurs. Pour une meilleure reconstruction en profondeur, des algorithmes multifréquence faisant appel à des méthodes de régularisation sont ensuite conçus et appliqués à des signaux correspondant à des défauts de géométries diverses.

  • Titre traduit

    Sensor array and signal processing for the eddy current imaging of aeronautical parts


  • Résumé

    The ageing of the aeronautical fleet and the will to increase the aircrafts lifetime require the maintenance techniques to be made always more reliable and fast. In this context, the detection and characterization of the microscopic cracks likely to appear in some sensitive parts of the aircrafts is an important issue to be faced.This work deals with an original approach for the design of an eddy current imaging probe dedicated to the non destructive evaluation of cylindrical fastener parts. This approach consists in designing the probe in such a way that it both satisfies the constraint of an efficient sensing and that of enabling the inverse problem to be solved with a view to the defects reconstruction.Firstly, a probe design methodology is presented that optimizes the emission/reception topology, the choice of the probe elements and their arrangement according to sensitivity and resolution constraints. A prototype is built, implemented and characterized and validation of the design is obtained as the researched defects are displayed with experimental performances that agree with finite elements modelling simulations.Secondly, since the probe relies on a uniform eddy current flow interacting with small defects, a rather simple forward model is proposed based on virtual defect current sources (VDCS). The model implementation is carried out using the distributed point source method leading to a matrix formulation that can facilitate the resolution of the inverse problem.Finally, mono-frequency and multi-frequency methods are proposed for inverting the VDCS forward model and promising defect reconstruction results are obtained.


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