Contribution à la caractérisation non destructive de matériaux magnétiques sous contraintes par méthode électromagnétique

Contribution to the non-destructive characterisation of magnetic materials under stress by electromagnetic

• Auteur / Autrice : Abla Dahia
• Direction : Yann Le Bihan, Laurent Daniel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 19/12/2014
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Hubert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yann Le Bihan, Laurent Daniel, Afef Kedous-Lebouc, Mouloud Feliachi, Jean-Marc Decitre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Afef Kedous-Lebouc, Mouloud Feliachi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétisme

Contraintes (mécanique)

Contrôle non destructif

Mots clés libres

Contrôle non-destructif

Courant de Foucault

Magnétostriction

Non destructive testing

Eddy current

Magnetostriction

Résumé

La technique du contrôle non destructif (CND) par courants de Foucault (CF) est une solution envisageable pour caractériser l’état de contraintes dans un matériau magnétique. En effet, les propriétés magnétiques d’un matériau magnétique dépendent sensiblement de l’état de contraintes et, par ailleurs, les CF dépendent de la perméabilité magnétique. La technique des CF est potentiellement intéressante comparée à d’autres méthodes de CND, telles que la diffraction des rayons X, car elle est simple à mettre en œuvre, automatisable et peu coûteuse. Dans l'objectif de permettre in fine l’identification inverse de l’état de contraintes, un modèle prédisant l'évolution du signal fourni par un capteur à CF en fonction de l’état de contraintes du matériau ferromagnétique contrôlé a été élaboré dans cette thèse. Ceci implique la mise en place d’une double modélisation. D’une part, l’effet des contraintes sur la perméabilité magnétique a été modélisé par un modèle de comportement magnéto-élastique simplifié dérivé d'une approche multi-échelle. Cette approche permet de décrire la perméabilité magnétique d’un matériau soumis à un chargement multiaxial, en incluant notamment les effets d'anisotropie induite. D’autre part, un modèle reposant sur la méthode des éléments finis a été développé afin de prédire le signal fourni par un capteur à CF en fonction de la perméabilité anisotrope du matériau inspecté. Afin de valider la démarche de modélisation, un protocole expérimental de caractérisation magnétique et par CF a été mis en place. Les résultats de mesure obtenus présentent un bon accord qualitatif avec la modélisation, en l’absence de tout étalonnage. Une procédure d’étalonnage s'appuyant sur une mesure sous contraintes est nécessaire pour atteindre un accord quantitatif. Le modèle développé pourrait être utilisé pour concevoir des sondes à CF idoines et identifier les conditions opératoires optimales pour l'estimation de contraintes dans les matériaux magnétiques. Les procédures d'inversion à mettre en œuvre restent cependant un défi à relever

The non-destructive evaluation (NDE) technique by eddy current (EC) is a conceivable solution to characterize the stress state in magnetic materials. The approach relies on the high sensitivity of eddy current (EC) signals to the magnetic permeability, itself highly dependent on stress. The EC technique is potentially attractive compared to other NDE methods such as X-ray diffraction, due to its simple practical implementation, easiness of automation and low cost. In order to allow eventually the inverse identification of stress states in magnetic materials, a predictive model for the evolution of an EC probe signal as a function of stress has been developed during this thesis. The modelling is done in two steps. First, the effect of stress on the magnetic permeability is described using a simplified version of a multiscale model for magneto-elastic behaviour. This approach allows describing the effect of multiaxial mechanical loadings on the magnetic behaviour of materials including induced anisotropy effects. Then, the EC probe signal is determined as a function of the anisotropic permeability of the stressed material using the finite element method (FEM). In order to validate the modelling approach, an experimental setup for magnetic characterisation and EC measurements was developed. The measurements show a good qualitative accordance with the modelling results, in absence of any calibration. A calibration procedure based on a measurement under stress is necessary to obtain a quantitative agreement. The proposed model can be used to design efficient EC probes and to define optimal operating conditions to evaluate stress in magnetic materials. The development of inversion procedures, however, remains a challenge.