Détection des défauts dans les structures en acier par méthode piézomagnétique

Defects detection in steel structures using a piezomagnetic method

• Auteur / Autrice : Achraf Ouaddi
• Direction : Olivier Hubert, Jader Furtado, Song He
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 28/06/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Monique Gasperini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Konstantinos Danas, Olivier Chadebec, Gérard Berthiau, Vincent Maurel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Konstantinos Danas, Olivier Chadebec

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux ferromagnétiques

Contrôle non destructif

Matériaux -- Fatigue

Mots clés libres

Couplage magnétomécanique

Fatigue

Modélisation multiéchelle

Modélisation de structure

Magnetomechanical coupling

Fatigue

Multiscale modeling

Structural modeling

Résumé

Dans cette étude nous cherchons à uti­liser le couplage magnéto-mécanique à des fins de contrôle non destructif des structures telles que les réservoirs de stockage des gaz, les bouteilles, les pipelines...etc. Le principe est basé sur le suivi d'évolution de signal de Villari au cours de l'exploitation de la structure. En effet, un réservoir d'hydrogène en acier, par exemple, est un objet ferromagnétique de grande dimension soumis à la fois à des chargements cycliques compte tenu des périodes de remplissage/vidange et au champ magnétique terrestre. Il est pour cette raison susceptible de présenter un effer Villari et donc une variation d'aimantation mesurée par un capteur de flux ou un bobinage adéquat placé au droit de la surface à inspecter. Lorsqu'un défaut de type microplasticité ou encore une fissure de fatigue s'amorce, le champ de contrainte à longue distance est modifié par les phénomènes de microplasticité locale ou de relaxation de contraintes. Les champs mécaniques se combinent aux contraintes cycliques associées au chargement en fonctionnement normal ce qui conduit à une modification (potentielle) du signal de Villari. La technique proposée est novatrice et très intéressante compte tenu de son caractère passif. Elle permettrait en outre une surveillance continue des structures.

In this study we aim to use magnetomechanical coupling for non-destructive monitoring of structures such as gas storage tanks, cylinders, pipelines, etc. The principle is based on the evolution of the Villari signal under the service loading. Indeed, a hydrogen steel tank, for example, is a large ferromagnetic structure subjected to the mutual action of cyclic loading due to filling/emptying cyclles and to the magnetic field of the earth. It is therefore likely to exhibit a Villari effect and thus a variation in magnetization measured by a suitable flux sensor placed near to the surface to be inspected. When a micro-plasticity type defect or a fatique crack is initiated, the long distance stress field is modified by local micro-plasticity or stress relaxation phenomena. The mechanical fields combine with the cyclic stress associated to the loading during normak operation, which leads to a (potential) modification of the Villari signal. The proposed technique is innovative and very interesting considering its passive character. It would also allow a continuous monitoring of structures.