Capteur de corrosion passif et sans contact

Passive wireless sensor for corrosion monitoring

• Auteur / Autrice : Maria Yasri
• Direction : Stéphane Rioual, François Gallée
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux et micro-ondes
• Date : Soutenance le 01/02/2016
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de magnétisme de Bretagne (Brest, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Christian Person
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Rioual, François Gallée, Christian Person, Smaïl Tedjini, Bernard Flechet, Ala Sharaiha, Benoît Lescop, Dominique Thierry
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Smaïl Tedjini, Bernard Flechet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corrosion

Micro-ondes

Capteurs (technologie)

Mots clés libres

Capteur de corrosion

Caractérisation électromagnétique

Corrosion uniforme

Corrosion localisée

Corrosion sensor

Electromagnetic characterisation

Uniform corrosion

Localised corrosion

Résumé

Cette thèse a porté sur la conception d'un capteur de corrosion passif, sans contact de moyenne portée. Les solutions existantes sans fil concernent soit des capteurs à architecture classique, soit des solutions passives. Dans le premier cas, le capteur de corrosion est actif et peut être interrogé à longue portée. Dans le second cas, les solutions passives existantes ne fonctionnent qu’avec des distances de lecture de quelques centimètres du fait des basses fréquences utilisées. L’objectif de ce travail était de répondre à ce besoin. Pour cela, nous nous sommes inspirés de la technologie RFID (Radio Frequency Identification) passive chipless pour le développement d’un capteur basé sur une fonction hyperfréquence. La première structure réalisée a été une ligne microruban, dont le ruban est constitué d’une couche mince d’un élément sensible à la corrosion. Dans ce cas, la corrosion de la ligne s’est traduite par une variation d’amplitude du fait de l’apparition de pertes expliquées principalement par l’effet de peau ou la création de défauts. Une deuxième structure hyperfréquence a été élaborée en se basant sur un stub (circuit ouvert) qui a permis de suivre le processus de la corrosion via une variation de fréquence. Comme le cas de la ligne microruban, cette structure nous a permis de distinguer la corrosion uniforme et la corrosion localisée. Grâce à la mise en évidence de ces fonctionnalités, diverses stratégies de contrôle de la corrosion peuvent être imaginées et un démonstrateur a été réalisé. Le point clé du démonstrateur proposé est une augmentation de la distance de lecture dans la technologie RFID chipless, ceci a été rendu possible en considérant l’isolation Tx / Rx du lecteur. Dans ce contexte, trois types d’antennes ont été étudiées. Afin d’augmenter encore la distance de lecture, d’autres techniques d’isolation ont été proposées : l’utilisation d’un déphaseur mais aussi l’isolation temporelle par l’utilisation d’une ligne à retard SAW. Grâce à ces 2 méthodes, une distance de lecture de deux mètres a été obtenue. Suite aux caractérisations RF des métaux soumis à la corrosion discutées, nous avons aussi élaboré une sonde RF à champ proche permettant de diagnostiquer la corrosion de surfaces métalliques.

This thesis focused on the design of a passive wireless corrosion sensor. Existing wireless solutions concern either classic architecture sensors or passive solutions. In the first case, the corrosion sensor is active and can be interrogated at long range. In the second case, the existing passive solutions only work with reading distances of a few centimeters because of the low frequencies. The objective of this study was to respond to this need. That’s why; we were inspired by the RFID( Radio Frequency Identification) passive chipless technology for the development of a sensor based on a microwave function. The first structure was a microstrip line, of which the strip is composed of a thin layer of an element sensitive to corrosion. In this case, the corrosion of the line is proven by an amplitude variation due to losses principally explained by the skin effect or the creation of defects. A second microwave structure was developed based on a stub (open circuit) which allowed us to follow the process of corrosion via a frequency variation. Much like the microstrip line, this structure allowed us to distinguish between uniform corrosion and localised corrosion. Due to the highlighting of these features, different corrosion control strategies can be imagined and a demonstrator was executed. The key point of the proposed demonstrator is an increase in the reading distance in the chipless RFID technology; this was made possible by taking into consideration the isolation TX / Rx of the reader. In this context, three types of antennas were studied. In order to increase the reading distance, other isolation techniques were proposed: the use of a phase shifter but also a temporal isolation using a SAW delay line. Thanks to these two methods, a reading distance of two meters was obtained. Following the RF characterizations of metals exposed to the discussed corrosion, we also developed a near field RF probe, which allows corrosion diagnostic of metal surfaces.