4. Les méthodes de mesure

4.1 La tomographie

La tomographie est une technique qui consiste à reconstruire le volume d’un objet à partir de plans de coupe successifs. Cette technique permet d’accéder à différentes propriétés à l’intérieur de l’objet, selon le type d’information que fournissent les capteurs.
Objet Radiographie 360° Coupes transversales Reconstruction 3D
Illustration du Cetim La tomographie peut être appliquée dans différents domaines, tels que la médecine, les géosciences, le  thermique… Méthode de la tomographie par rayon X La tomographie par absorption de rayons X est une technique non destructive qui permet la reconstruction d’images en coupe d’un objet à trois dimensions. Son principe repose sur l’analyse multidirectionnelle de l’interaction d’un faisceau de rayons X avec la matière, par enregistrement par des détecteurs du rayonnement transmis après traversée d’un objet. Les données acquises lors de la prise de mesure (dont la durée varie d’une fraction de seconde à quelques heures selon l’installation), sont collectées suivant des orientations multiples dont le nombre et le pas sont fonction du type d’appareil et de la finesse de résolution. À l’aide de ces données, une image numérique est calculée et reconstruite mathématiquement en niveaux de gris ou de couleurs dont chacun traduit point par point le coefficient d’atténuation local du faisceau incident. Celui-ci après calibration et étalonnage peut être traduit en échelle de densité. La tomographie à rayons X permet donc d’accéder au cœur de la matière pour en apprécier les variations d’absorptions radiologiques et les différences de composition. Elle permet également de localiser très finement toute hétérogénéité, singularité, vide ou inclusion présents dans un objet, ainsi que de vérifier l’assemblage et le positionnement des ensembles mécaniques complexes. Enfin, lorsque les temps d’acquisition sont compatibles avec les vitesses de certains phénomènes physiques, la tomographie peut conduire à des mesures dynamiques pour suivre, par exemple, l’évolution d’un matériau soumis à des contraintes. Les principales techniques tomographiques
  • l’imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM)
  • la tomographie axiale calculée aux rayons X (scanner ou CT)
  • la tomographie en cohérence optique (OCT)
  • la tomographie à émission de positon (TEP)
  • la tomographie à émission mono-photonique (SPECT, pour single photon emission computed tomography)
  • le microscope à effet de champ est parfois appelé sonde tomographique atomique ;
  • la tomographie électronique et la cryotomographie électronique permettent d’obtenir une représentation tridimensionnelle d’un objet à la résolution de quelques nanomètres (milliardième de mètre) à l’aide d’unmicroscope électronique en transmission spécialement équipé ; qui a pu par exemple permettre au Professeur Rubén Fernández-Busnadiego et à son équipe de reconstruire le modèle d’une synapse en fonctionnement 3D;
  • la tomographie sismique, qui permet d’imager des structures géologiques grâce à des séismes.
  • l’imagerie Zeeman-Doppler, utilisée en astrophysique pour cartographier le champ magnétique de surface des étoiles.

4.2 La mesure par thermocouple

Principe
thermocouple 1 Lorsque deux fils composés de métaux différents sont raccordés à leurs extrémités et que l’une d’elles est chauffée, il se produit une circulation de courant continu dans le circuit. C’est l’effet Thermoélectrique.
thermocouple 2 Circuit coupé et en chauffant la jonction des deux métaux différents A et B, une tension eAB apparaît ; elle est fonction de la température de la jonction et de la composition des deux métaux. Tous les métaux dissemblables présentent cet effet.
Dans un circuit fermé constitué de deux conducteurs de nature différente, il circule un courant lorsqu’on maintient entre les deux jonctions une différence de température. Ce phénomène est en relation avec les trois effets thermoélectriques dans les métaux :
  • L’effet Seebeck
Thomas Johann Seebeck (1770-1831) est le premier à avoir mis en évidence les effets thermoélectriques de production de courants qui se manifestent dans un circuit constitué de deux métaux dont les deux soudures se trouvent à des températures différentes. Il ne manqua pas de noter le phénomène provoqué par une différence de température le long d’un conducteur homogène ; phénomène qui sera redécouvert trente ans plus tard par William Thomson et qu’on appellera Effet Thomson.
  • L’effet Peltier
Jean Charles Athanase Peltier, physicien français (1785-1845), abandonne la profession d’horloger à l’âge de trente ans pour se consacrer à la recherche en physique ; il est connu pour sa découverte en 1834 de l’effet Peltier : lorsqu’un courant électrique passe dans une jonction de deux conducteurs de métaux différents, on observe une augmentation ou une baisse de température selon le sens du courant ; la quantité de chaleur dégagée ou absorbée étant proportionnelle à l’intensité du courant. C’est, en quelque sorte, l’inverse de l’effet Seebeck. Le passage d’un courant peut donc absorber de la chaleur ; on utilise cet effet dans certains petits réfrigérateurs ou pour le refroidissement de circuits électriques.
  • L’effet Thomson
Découvert par lord Kelvin (alors sir William Thomson) – mais déjà noté par Seebeck -, qui en a reconnu l’existence par expérience après l’avoir démontré théoriquement. C’est une sorte d’effet Peltier, mais entre des portions contiguës d’un même barreau de métal. L’effet Thomson se rapporte à la production – ou à l’absorption – de chaleur provoquée par le passage d’un courant dans une portion de conducteur, en présence d’une différence de température entre les extrémités du tronçon. Utilisation Il est utilisé pour la réalisation de sondes thermométriques très précises. La force électromotrice qui apparaît dans le circuit dépend de la nature des deux conducteurs et des températures des deux jonctions: celles-ci sont appelées respectivement :
  • Soudure chaude
Jonction de l’ensemble thermocouple soumis à la température à mesurer : c’est la jonction Capteur.
  • Soudure froide
Jonction de l’ensemble thermocouple maintenu à une température connue ou à 0 °C : c’est la jonction Référence.
Le thermocouple le plus précis est constitué de platine et d’un alliage platine + 10% de rhodium (couple Le Chatelier); la sensibilité est de l’ordre de 10 microvolts par degré. D’autres couples métalliques fournissent jusqu’à 70 microvolts par degré, mais les jonctions entre des corps tels que tellure ou bismuth, ainsi que les couples formés de cristaux de germanium dopés n et p, délivrent des forces électromotrices beaucoup plus considérables; ils sont toutefois difficilement manipulables. Le thermocouple le plus réfractaire (utilisable jusqu’à 2 800 °C) est formé de tungstène et d’un alliage de tungstène et de 26% de rhénium. Dans le domaine cryogénique, on peut atteindre 1 K (environ) avec certains couples, formés, par exemple, d’alliages or-cobalt

4.3 La débitmétrie à effet de coriolis

Principe Le débitmètre de Coriolis utilise comme détecteur un tube en U sans obstacle et utilise la seconde loi de mouvement de Newton pour déterminer le débit. Le tube de mesure vibre à sa fréquence naturelle à l’intérieur du boîtier du capteur (Figure 1). Le tube de mesure est actionné par un bobinage électromagnétique situé au centre de la courbure du tube et vibre comme un diapason. debit coriolis Le fluide s’écoule dans le tube de mesure et est contraint de suivre le mouvement vertical du tube vibrant. Lorsque le tube monte pendant une moitié de sa période vibratoire (Figure 2), le fluide traversant le détecteur résiste à son entraînement vers le haut en repoussant le tube vers le bas. A sa sortie du détecteur, le fluide a un mouvement ascendant, induit par le mouvement du tube.debit coriolis2 Lorsqu’il franchit le coude du tube, le fluide résiste aux modifications de son mouvement vertical en repoussant le tube vers le haut (Figure 2). La différence de forces entraîne une torsion du tube de mesure (Figure 3). Lorsque le tube descend pendant la seconde moitié de sa période vibratoire, il se tord dans le sens opposé. Cette caractéristique de torsion est appelée effet Coriolis. debit coriolis3 Du fait de la seconde loi de mouvement de Newton, l’amplitude de la torsion du tube de mesure est directement proportionnelle au débit massique du fluide traversant le tube. Les détecteurs de vitesse électromagnétiques situés de part et d’autre du tube de mesure mesurent la vitesse du tube vibrant. Le débit massique se détermine en mesurant la différence de temps entre les signaux des détecteurs de vitesse. Dans des conditions d’écoulement nul, il n’y a aucune torsion du tube, d’où une différence de temps nulle entre les deux signaux de vitesse. En cas d’écoulement, il se produit une torsion entraînant une différence de temps entre les deux signaux de vitesse. Cette différence de temps est directement proportionnelle au débit massique.

4.4 La mesure des états de surface

Introduction La mesure des états de surface consiste à caractériser la micro-géométrie d’une surface. Un profil d’état de surface sera décomposé en écarts géométriques de 4 ordres:
Ecart de forme ra forme
Ecarts d’ondulation ra ondulation
Ecarts de rugosité périodique ( Stries , sillons ) ra periodique
Ecarts de rugosité apériodique ( Arrachements , fentes , piqûres ) ra aperiodique
Indication sur les dessins de définition (ISO 1302-2002) L’analyse des fonctions telles que Frottement , Glissement , Roulement , Contrainte , Etanchéité , Aspect , doit permettre de satisfaire des caractéristiques géométriques telles que rugosité et ondulation de surface.
ra2 a : S’il y a une seule exigence d’état de surface ( Rt 6,8 ) préciser ici sa valeur maximale en μm b : S’il y a plusieurs exigences d’état de surface indiquer : – la 1ère exigence à la position a – la 2ème exigence à la position b et ainsi de suite c : Procédé de fabrication en toutes lettres ( meulé, fraisé en bout etc) d : Orientation des stries de surface e : Surépaisseur d’usinage sous forme numérique en mm
Les Méthodes 1. La Méthode de la ligne moyenne Après avoir retiré la forme du profil total, on opère un filtrage du profil mesuré pour l’analyser. Le filtre génère une ligne moyenne d’où le nom de la méthode. ra m ligne moy Plusieurs types de filtres sont normalisés – Filtres électriques de type RC , les plus anciens que l’on trouve sur les anciens appareils. Ils introduisent une déformation et un déphasage dans le signal. Leur emploi tend à disparaître au profit des filtres gaussiens. – Filtres gaussiens, issus des technologies numériques. Ils évaluent les composantes de rugosité et d’ondulation en un seul filtrage sans introduire de déphasage. 2. La Méthode de la ligne enveloppe supérieure Cette méthode, mise au point en France par l’industrie automobile qui en a généralisé l’utilisation, est également dite méthode des motifs. On applique un algorithme de type « Reconnaissance de forme sur le profil mesuré pour en évaluer les différents écarts géométriques. Le système de la ligne moyenne n’est pas toujours adapté à la caractérisation de certaines surfaces car ne prenant pas en  compte leurs fonctionnalités. Pour avoir une approche fonctionnelle, il faut tenir compte des parties actives de la surface orientées vers l’extérieur de la pièce. 3. La Méthode de la courbe de portance ( ISO 13565 ) Le taux de longueur portante est le rapport entre la somme des longueurs portantes du profil à une profondeur donné c, et la longueur d’évaluation. La courbe de portance décrit la variation du taux de longueur portante en fonction de l’augmentation de la profondeur du profil de rugosité. Cette courbe est utilisée pour prévoir la tenue à l’usure d’une pièce suivant trois critères :
  • Le critère de rodage où les pics les plus saillants vont être usés et disparaître pendant les premières heures de fonctionnement. L’absence de ce critère limitera d’autant le temps de rodage d’un moteur.
  • Le critère de fonctionnement, qui représente la quantité de matière disponible à l’usure. Plus cette quantité est disponible, plus un moteur fonctionnera longtemps.
  • Le critère de lubrification qui détermine les creux disponibles et toujours utiles pour retenir un lubrifiant . L’absence ou la disparition des creux entrainera le grippage d’un moteur.
Ces paramètres permettent une caractérisation complémentaire de la microgéométrie des surfaces. Les Paramètres (ISO 4287, 12085, 13565) Parmi la cinquantaine de paramètres différents permettant de caractériser les états de surface, tous ne sont pas normalisés, d’autres comme Rz , Ry ou Rm ont disparu et d’autres sont normalisés mais non utilisés. Devant le choix important, les critères les plus utilisés sont Ra ou R ce qui dans beaucoup de cas satisfait plus le dessinateur que la fonction de la surface. Seules l’expérience et la connaissance de la fonction permettent de choisir les paramètres significatifs et les tolérances à y affecter. Le tableau « Relation entre la méthode des motifs et la fonction des surfaces ci-dessous peut être consulté. ra tableaucarrParamètres principaux : spécifier au moins l’un d’eux losangeParamètres secondaires : à spécifier éventuellement selon la fonction de la pièce Retrouvez l’article complet sur http://jm.karrer.free.fr

4.5 La conductimétrie

Introduction conduc im1 La conductimétrie est l’étude quantitative de la conductivité des électrolytes, c’est-à-dire des solutions conductrices du courant électrique.. Rappelons qu’un électrolyte est un milieu conducteur caractérisé par la présence de plusieurs types de porteurs de charges : les anions et les cations. Sous l’action d’un champ électrique conduc e , un ion acquiert une vitesse limite conduc vproportionnelle à conduc e : conduc f1-2 La conductivité d’une solution dépend de la nature des ions positifs (cations) ou négatifs (anions) ainsi que de la concentration de la solution. On définit alors la conductivité σ d’un solution par la relation : conduc im2 On définie la conductance G par : conduc im4conduc im5 Interprétation :
  • Pour des concentrations inférieures à 1.10-2 mol.L-1, la conductance est proportionelle à la concentration.
  • La conductance est proportionnelle à la surface des électrodes.
  • Cette droite G = f(C), appelé droite d’étalonnage, permet de déterminer la concentration d’un solution en fonction de sa conductance.
Conductivité molaire d’un ion: (on rappelle qu’un cation est un ion attiré par la cathode, il est donc chargé positivement, alors qu’un anion, attiré par l’anode est chargé négativement) conduc im3  Tableau de quelques conductivités ioniques
Cations
Nom Symbole λ°(S.m2.mol-1)
oxonium H3O+(aq) 349,8.10-4
potassium K+(aq) 73,5.10-4
sodium Na+(aq) 50,1.10-4
ammonium NH4+(aq) 73,5.10-4
lithium Li+(aq) 38,7.10-4
césium Cs+(aq) 77,3.10-4
rubidium Rb+(aq) 77,8.10-4
argent Ag+(aq) 61,9.10-4
Anions
Nom Symbole λ°(S.m2.mol-1)
hydroxyde HO(aq) 198,6.10-4
bromure Br(aq) 78,1.10-4
iodure I(aq) 76,8.10-4
chlorure Cl(aq) 76,3.10-4
fluorure F(aq) 55,4.10-4
nitrate NO3(aq) 71,4.10-4
éthanoate CH3COO(aq) 40,9.10-4
benzoate C6H5COO(aq) 32,3.10-4
Le conductivimètre Le conductimètre devrait être en théorie, une sonde reliée à un ohmmètre. Mais, le problème est que l’ohmmètre imposerait entre les plaques une tension toujours de même signe. Cette tension ferait migrer les cations vers la plaque négative, les anions vers la plaque positive. Il en résulterait un champ électrique croissant antagoniste à celui imposé, d’où comme résultat une résistance croissante tendant finalement vers l’infini. Il faut donc imposer une tension alternative de valeur moyenne rigoureusement nulle entre les plaques le mieux étant évidemment que cette tension soit sinusoïdale. La fréquence doit être assez grande pour que le phénomène de migration des ions n’ait pas le temps de se manifester pendant une demi-période où la tension est de même sens. Elle ne doit pas être trop grande pour éviter la perturbation par les capacités parasites des solutions peu conductrices et aussi pour que les AOP utilisés dans le conductimètre opèrent avec précision. Sur les conductimètres usuels, la fréquence choisie est d’autant plus élevée que la substance étudiée est conductrice.(exemple Schott :
  • 81 Hz/ calibre 200XS/cm,
  • 326 Hz/ calibre 2000XS/cm
  • 1300 Hz/ calibre 20 mS/cm
Mais d’autres conductimètres fonctionnent à fréquence fixe : WTW: 126 Hz et Heito: 660 Hz Par l’utilisation du courant alternatif, un effet capacitif apparaît dans la cellule de mesure. La cellule de mesure se comporte comme une capacité en parallèle sur une résistance, que l’on équilibre en insérant une capacité variable dans une autre branche du pont. Les conductimètres actuels mesurent un courant de dérive du pont. Pont de Kohlrausch : conduc im7 Schéma de principe d’un conductivimètre : conduc im8 La loi d’Ohm conduit à la relation : conduc im9 Uc est proportionnelle à Rc et doit être amplifiée. Influence des différents paramètres Température : Les mesures de conductance sont très sensibles à la température. Il est donc nécessaire que la cellule, le récipient et la solution soient en équilibre thermique. Agitation : Il est conseillé d’arrêter l’agitation lors de la lecture. Bulles d’air : Prendre soin de ne pas piéger de bulle d’air lorsque l’on plonge la cellule dans la solution . (la valeur lue est alors trop faible et non reproductible). Entretien de la cellule : Les électrodes doivent être conservées dans de l’eau distillée ou déminéralisée pour éviter leur dessèchement. Détermination de la constante d’une cellule La cellule vieillit au niveau de la surface des électrodes soit par déshydratation soit par absorption de produits contenus dans les solutions étudiées. Les surfaces des électrodes sont fragiles et ne doivent jamais être mises en contact avec des objets solides ; en particulier ne jamais les frotter avec du papier filtre ! En règle générale : NE JAMAIS TOUCHER LES PLAQUES DE PLATINE La valeur indiquée par le constructeur n’est en pratique utilisable que lorsque la cellule est neuve. Pour les mesures absolues de conductance, il faut donc déterminer la constante de cellule. Celle-ci est calculée à partir de la mesure de la conductance d’un électrolyte dont on connaît la conductivité. Il s’agit en général de solution de chlorure de potassium 0,1 mol/l. Les valeurs des conductivités d’une solution de chlorure de potassium 0,1 mol/l en fonction de la température sont données ci-dessous : conduc im10 La conductance de la solution peut alors se calculer par : conduc im11 La détermination de la constante de la cellule n’est obligatoire que pour des mesures absolues de conductivité mais n’est pas nécessaire pour l’étude des courbes de dosage.

4.6 La magnétoscopie

Introduction magnetocopieLa magnétoscopie est utilisée pour détecter des discontinuités de surface, débouchant en surface ou sous-cutanées (dans certaines conditions, jusqu’à quelques millimètres de profondeur), exclusivement sur matériaux ferromagnétiques. Si la magnétoscopie est plus ‘‘restrictive’’ que le ressuage, elle lui est préférée quand elle est applicable car elle est, entre autres, beaucoup plus rapide. De nos jours, l’utilisation croissante de la magnétoscopie peut s’expliquer par sa fiabilité mais aussi grâce à de récentes et nombreuses évolutions techniques majeures. Si, au fil des années, des alliages non ferromagnétiques sont de plus en plus utilisés, de plus en plus d’utilisateurs demandent aussi des bancs magnétoscopiques multifonctionnels capables de traiter aussi bien des petites pièces que des grandes. Pour atteindre cet objectif, les bureaux d’études des constructeurs doivent faire des prouesses et faire preuve de beaucoup d’ingéniosité. Principe magnetocopie principeLa magnétoscopie consiste à aimanter la pièce à contrôler à l’aide d’un champ magnétique suffisamment élevé. En présence d’une discontinuité, les lignes de force du champ magnétique subissent une distorsion qui génère un “champ de fuite”, appelé également ’’fuite de flux magnétique”. Un produit révélateur (composé d’une poudre magnétique très fine) est appliqué sur la surface à examiner pendant l’aimantation (technique simultanée) ou après aimantation (technique d’aimantation résiduelle). Le produit indicateur coloré et/ou fluorescent est attiré au droit du défaut par les forces magnétiques pour former des indications. Ces indications sont observées, dans des conditions appropriées, soit en lumière blanche (lumière artificielle ou du jour), soit sous rayonnement ultraviolet (UV-A). Les indications sont d’autant mieux détectées qu’elles se situent perpendiculairement aux lignes de force du champ magnétique. Pour détecter toutes les discontinuités à la surface d’une pièce, il faut effectuer deux aimantations orthogonales l’une par rapport à l’autre. L’aimantation longitudinale met en évidence les discontinuités transversales (± 45°), et l’aimantation transversale met en évidence les discontinuités longitudinales (± 45°). Après contrôle, en fonction des conditions d’utilisation de la pièce, celle-ci peut nécessiter une désaimantation.
Mode d’examen
La magnétoscopie peut être effectuée de diverses manières :
  • Technique simultanée ou technique d’aimantation rémanente.
  • Aimantation par passage soit de champ, soit de courant.
  • Aimantation longitudinale, transversale ou multidirectionnelle.
  • Technique d’application successive d’une aimantation transversale ou d’une aimantation longitudinale, c’est-à-dire technique combinée (aimantations transversale et longitudinale effectuées l’une après l’autre, sans observation intermédiaire).
  • Courant continu ou courant alternatif sinusoïdal redressé (une ou deux alternances) ou non redressé, courant alternatif trihexaphasé (triphasé redressé deux alternances), etc.
  • Soit technique de la poudre sèche, soit technique de contrôle par voie humide.
Les équipements utilisés pour l’aimantation sont : les aimants permanents, les électroaimants portatifs, les générateurs de courants, les bancs magnétoscopiques. La désaimantation des pièces, lorsqu’elle est requise, est effectuée à l’aide d’un démagnétiseur ou de tout autre dispositif ou technique appropriés. La magnétoscopie a fait l’objet de nombreux perfectionnements très importants :
  • En 1985 : banc magnétoscopique avec commande à réglage continu par thyristors et affichage et minuteries numériques.
  • Vers le milieu des années 1990 : procédé par champ tournant généré par des têtes magnétiques alternatives sur banc magnétoscopique.
  • En 1993 : technique d’aimantation sans contact par champ tournant en chambre 2D ou 3D.
  • En 1995 : apparition des premières têtes magnétiques alternatives en France et utilisation croissante de la technique d’aimantation par champ tournant sur banc magnétoscopique.
  • En 1997 : premier banc de magnétoscopie proposant un système de régulation (qui a permis la fiabilisation du process).
  • En 1999 : banc magnétoscopique avec interface par pupitre opérateur avec création de « recettes » et régulation par automate.
  • En 2002 : technique d’aimantation sans contact par passage de courant induit.
  • En 2004 : Informatisation du poste de pilotage. Écran tactile convivial et adaptable. Création et mémorisation de « recettes ». Régulation adaptative.
Sans entrer dans les détails, précisons les points suivants : Technique d’aimantation par champ tournant : c’est une technique qui consiste à faire tourner le vecteur d’aimantation d’au moins 90° très rapidement. Cela est généralement obtenu en utilisant un courant triphasé : une phase induit une aimantation longitudinale tandis que la deuxième phase induit une aimantation transversale. En raison de la différence de phases, le vecteur d’aimantation balaie toutes les directions dans un angle de 120°. L’équipement peut être un appareil sans contact ou la méthode par passage de courant électrique dans la pièce peut être l’une des deux aimantations, la seconde étant l’aimantation par passage de flux magnétique. Technique d’aimantation sans contact par passage de courant induit : Cette technique consiste à générer un courant dans une pièce généralement ‘‘fermée’’ formant un circuit électrique sur elle-même (pièce annulaire ou tubulaire par exemple), et en assimilant ce circuit au secondaire d’un transformateur. Le primaire du transformateur est généralement le circuit magnétique ou l’électroaimant du banc magnétoscopique. Aujourd’hui, si le champ tournant sur banc magnétique demeure le plus utilisé (essentiellement pour des raisons de coût), le champ tournant en chambre est privilégié dans certaines applications. Quant au courant induit, il reste encore coûteux et donc relativement peu utilisé, mais il est fort probable que la situation évolue encore dans les années à venir.
Domaine d’application
La magnétoscopie est ainsi une méthode largement utilisée dans le domaine des CND et plus particulièrement dans des secteurs tels que : transport (aéronautique, automobile, ferroviaire, marine, remontées mécaniques), énergie (pétrole, thermique, hydraulique, nucléaire), chaudronnerie, métallurgie (fonderie, forge), mécanique, agro-alimentaire (sucreries, etc.), cimenteries, complexes chimiques, Défense, manèges à sensations, etc., tant en fabrication qu’en maintenance. Elle permet de contrôler des pièces en fer, en fonte, des aciers forgés, des soudures, des tôles, des tubes… bref, toutes sortes de pièces de géométrie simple ou complexe, pourvu que le matériau qui les constitue soit de nature ferromagnétique. La méthode est complémentaire de celle des ultrasons ou des courants de Foucault. Là où les ultrasons détectent les défauts situés à une certaine profondeur, la magnétoscopie met en évidence tous les défauts débouchants (jusqu’à quelques micromètres de largeur), et certains défauts sous-jacents peu profonds. Contrairement aux courants de Foucault, elle ne craint pas les effets de bord, et surtout elle ne se limite pas à un contrôle ponctuel. La magnétoscopie fait en effet partie des méthodes dites “globales”, qui autorisent l’inspection de l’ensemble d’une pièce en une seule opération. Les contrôles, relativement rapides, s’effectuent aussi bien sur des vis de dix millimètres de long que sur des vilebrequins de locomotive Diesel électrique ou encore sur des trains d’atterrissage d’avions.
4.Intérêt de la méthode
Principaux avantages
  • Méthode globale
  • Détection de tous les défauts débouchants
  • Contrôle de pièces de quelques millimètres à plusieurs mètres de long
  • Inspections relativement rapides et peu coûteuses
  • Résolution importante
  • Matériel robuste, pouvant être utilisé dans des environnements difficiles
Principales limitations
  • Contrôle limité aux pièces ferromagnétiques
  • Méthode non entièrement automatisable
  • Détection de défauts internes parfois difficile (suivant leur taille, leur profondeur, etc.)
  • Nécessite l’emploi de produits chimiques (révélateurs)
Normes associées
EN 1330-7:2005 Essais non destructifs – Terminologie – Partie 7: Termes utilisés en magnétoscopie ISO 3059:2001 Essais non destructifs – Essai par ressuage et essai par magnétoscopie – Conditions d’observation ISO 9934-1:2001 Essais non destructifs – Magnétoscopie – Partie 1: Principes généraux du contrôle ISO 9934-2:2002 Essais non destructifs – Magnétoscopie – Partie 2: Produits magnétoscopiques ISO 9934-3:2002 Essais non destructifs — Magnétoscopie — Partie 3: Équipement   Article provenant du Cofrend : http://www.cofrend.com/controles-non-destructifs/methodes-de-controle/magnetoscopie-mt/

4.7 La spectrophotométrie

Introduction spectrophotometre La spectrophotométrie est une méthode analytique quantitative qui consiste à mesurer l’absorbance ou la densité optique d’une substance chimique donnée, généralement en solution. Plus l’échantillon est concentré, plus il absorbe la lumière dans les limites de proportionnalité énoncées par la loi de Beer-Lambert. La densité optique des échantillons est déterminée par un spectrophotomètre préalablement étalonné sur la longueur d’onde d’absorption de la substance à étudier. Principe Le spectrophotomètre fait passer une radiation (lumière) monochromatique (une seule longueur d’onde) à travers une longueur  l (longueur de la cuve du spectrophotomètre) de solution et mesure l’absorbance A (grandeur liée à la quantité de lumière absorbée par la solution). principe L’absorbance dépend de la couleur de la radiation, de sa longueur d’onde. Soit I0 l’intensité de la lumière incidente et I l’intensité de la lumière transmise. Le spectrophotomètre compare I et I0 à travers soit la transmittance T ( T = I / I0 ) ou l’absorbance A = – Log T. Si l’énergie associée à la radiation de longueur d’onde l1 n’est pas du tout absorbée par la solution étudiée alors A(l1) = 0. L’énergie est transmise à 100 %. Si l’énergie associée à la radiation de longueur d’onde l2 est absorbée à 99 % par la solution étudiée alors A(l2) = 2. L’énergie est transmise à 1 / 100 = 0,01 = 10 – 2. Il faut régler le zéro en plaçant le solvant dans la cuve et l’absorbance doit être nulle. Connaissant le spectre d’absorption d’une espèce chimique, on peut mesurer, à l’une de ces longueurs d’onde, les variations de l’intensité I d’un faisceau lumineux traversant une même épaisseur L de solution en fonction de la concentration. Ceci permet d’établir expérimentalement la courbe A = f (C) reliant l’absorbance et la concentration de la substance étudiée (à L et l constantes), en effectuant les mesures de A pour diverses concentrations. Cette courbe est une courbe d’étalonnage. La courbe expérimentale d’étalonnage permet de déterminer la concentration inconnue d’une solution de cette substance par mesure de son absorbance et report sur la courbe A = f (C) La loi de Beer-Lambert donne :
A = e x l x C avec A: absorbance de la solution (sans unité) l: longueur de la solution traversée par la lumière (en cm) C: concentration de la solution (en mol.L-1) e: coefficient d’extinction molaire (en L.mol-1.cm-1)
e dépend de la nature de la solution et de la longueur d’onde On retiendra simplement que A = k x C Les spectres lumineux et la couleur des solutions 1- Spectre d’émission continu d’une lampe à incandescence : La lumière blanche émise par le soleil ou par une lampe à incandescence peut être analysée par un prisme ou par un réseau. Sur l’écran on observe un spectre continu . Dans le domaine visible, ce spectre s’étale du violet (longueur d’onde lv = 400 nm) jusqu’au rouge (longueur d’onde lr =  800  nm) dans le vide: spectre Le spectre électromagnétique: spectre em En fait, le spectre de la lumière visible fait partie du spectre électromagnétique beaucoup plus vaste s’étendant du rayonnement gamma (longueur d’onde pouvant descendre en dessous 10-13m jusqu’au rayonnement hertzien (longueur d’onde pouvant dépasser  10^4 m ). L’œil humain n’est donc sensible qu’à un tout petit domaine des ondes électromagnétiques. L’homme, cependant, utilise de  nombreuses sources de radiation non visibles. Les rayons gamma permettent de traiter certaines tumeurs. Les rayons X sont utilisées en radiographie (squelette osseux, dentition, bagages).  La radio, le radar et la télévision émettent des ondes hertziennes. Le soleil nous réchauffe avec les radiations infrarouge et nous fait bronzer avec le rayonnement ultraviolet. Les micro-ondes font fonctionner les téléphones cellulaires et les fours à micro-ondes. 2- Spectre d’absorption d’une espèce en solution : Une espèce en solution, éclairée par de la lumière blanche, est susceptible d’absorbée, au moins en partie, l’énergie correspondant à  certaines radiations. La lumière transmise ne sera plus blanche mais colorée. On peut l’analyser avec un prisme, le spectre obtenu est un spectre d’absorption. Avec le béta-carotène, le spectre présente une bande d’absorption vers les courtes longueurs d’onde : spectre absorption Les radiations violettes , bleues et une partie des radiations vertes (bande d’absorption entre 400 et 500 nm) sont absorbées par la solution  de béta-carotène. Cette solution a donc la couleur orange de la carotte. Cette couleur de la solution, observée par transmission, résulte de la superposition sur la rétine de l’œil humain des radiations non absorbées (longueurs d’onde comprises entre 500 et 800 nm).
Titrage spectrophotométrique
On recherche le maximum d’absorption pour l’espèce chimique. gauss On trace la courbe d’étalonnage A=f(C) à l’aide de solutions de concentrations connues. courbe On place la cuve contenant la solution à titrer dans le spectrophotomètre et on mesure AS. On lit alors graphiquement CS sur la courbe d’étalonnage.

4.8 La mesure de couple

La force et le couple : quelques rappels Définition du couple Le couple en un point O est défini comme le produit d’une force F par une distance d. Cette distance d est celle qui sépare le point de calcul du couple, O, de la droite support de la force F. Cette définition reste basique, on peut aussi définir le couple C en un point O comme le résultat du produit vectoriel de la force F par le vecteur OA, A étant le point d’application de la force (figure 1). couple im1 Cette première définition vectorielle a le mérite de bien montrer que le couple est un vecteur orienté et qu’il a donc un signe. Si celui-ci est positif, c’est que le mouvement de rotation susceptible d’entraîner le solide se fait dans le sens trigonométrique. Et bien entendu dans le sens inverse dans le cas contraire. Définitions
  • Champ de vecteur : application qui à tout point M de l’espace fait correspondre un vecteur F(M).
  • Torseur : ensemble constitué d’un vecteur invariant R et d’un champ de vecteurs M tel que pour tout couple de points O, A, on ait :
couple im3 Ce torseur est représenté par le symbole : couple im4 R : résultante du torseur M(O) : moment du torseur au point O En mécanique, il existe des torseurs particuliers, lorsque le produit scalaire: couple im5 Si c’est la resultante qui est nulle, on parle alors de  »torseur couple ». Si c’est le moment qui est nul, on parle de  »glisseur ».
  • Couple ou torseur couple : torseur dont le vecteur resultante est nul. C’est le cas par exemple de la figure 2.
couple im7 Dans la figure 2, deux forces égales mais opposées s’appliquent à un solide. Leur résultante est nulle : couple im8 T est bien un torseur couple dont le moment vaut: couple im9 Le moment du torseur couple sera le plus souvent appelé couple. Il est, dans le cas de la figure 2, négatif, ce qui montre bien que le solide, s’il peut tourner, le fera dans le sens inverse du sens trigonométrique. Unités de mesure Les distances s’expriment bien entendu en mètres (m), les forces en newtons (N), et donc les couples en newtons-mètres (N . m). La puissance P engendrée vaut alors C . Ω, et elle s’exprime en watts (W), comme toutes les puissances actives, bien que  dans le milieu professionnel de la mesure des puissances mécaniques on utilise parfois le newton-mètre par seconde (N . m/s), équivalent à 1 watt, soit 0,001 36 HP. C’est dû au fait que la valeur générale d’une puissance est couple im11 formule dans laquelle on retrouve dans le produit F . V des unités en N . m/s. Les principes de mesure d’un couple La mesure d’un couple peut donc a priori sembler facile. Dans le cas simple d’une seule et unique force appliquée à un solide, si l’on connaît le point d’application de la force et sa distance r au point de rotation, il suffit de mesurer le module de la force. Ce principe est utilisé dans les clés dynamométriques. Dans de nombreux cas, on peut en effet pratiquer de la sorte. Prenons l’exemple du couple de serrage d’un écrou avec une clé dynamométrique. La mesure de la force est indicative de la valeur du couple. La déformation de la partie fixe d’un frein à disque permet également de connaître la valeur du couple fourni par la partie tournante, si cette partie fixe est instrumentée à l’aide de résistances de déformation (jauges d’extensiométrie). couple im12 Cette méthode est utilisée dans le couplemètre statique TB2 d’HBM (figures 3 et 4). Ce capteur est principalement utilisé pour le calibrage de capteurs de référence dans les machines d’essai et de calibrage et pour la comparaison des étalons de référence de différents laboratoires d’étalonnage. couple im10 La principale difficulté va se poser lorsque les pièces vont être en mouvement et que l’on voudra faire une mesure dynamique sans contact. Si nous reprenons l’exemple d’un arbre de machine tournante, il va être beaucoup plus difficile de mesurer la force. Quelle force ? Ou plutôt, quel ensemble de forces ? Et, surtout, comment instrumenter sans perturber le fonctionnement du système ? Autant de question que se posent les industriels depuis de nombreuses années et auxquelles ont été apportées des réponses variées. La mesure du couple d’une machine tournante en régime de fonctionnement a longtemps été pratiquée, dans l’industrie comme dans nos laboratoires, à l’aide d’une dynamo balance, ou dynamo frein. Celle-ci, à excitation séparée, est montée sur l’arbre de la machine motrice. Son stator est monté sur paliers à billes. Lorsque son rotor est entraîné par la machine tournante, si la dynamo débite un courant I, le flux magnétique de la réaction d’induit agit sur les brins du circuit d’excitation placés au stator. Ces brins sont donc soumis à un ensemble de forces qui tente de les mettre en rotation dans le même sens que le rotor. Afin de s’opposer à cette rotation, on déplace sur une règle solidaire du stator une masse marquée M, afin de créer un couple mécanique résistant mesurable (figure 5). couple im13 Lorsque la règle retrouvera sa position d’équilibre horizontal, le couple résistant Mg . d sera en théorie égal au couple d’entraînement, à quelques erreurs près dues à des approximations. On néglige en effet un certain nombre de pertes, mécaniques (ventilation, frottements) et électromagnétiques (hystérésis et courants de Foucault). L’apparition des résistances de déformation (le plus souvent appelées jauges d’extensiométrie) ainsi que d’une électronique de mesure de plus en plus précise ont permis la mise au point de couplemètres par mesure des variations des résistances collées sur l’arbre de la machine. Ces mesures de couple ont un grand nombre d’applications industrielles dans des plages de mesure allant de 1 mN . m, en viscométrie par exemple, jusqu’à 1 MN . m dans l’industrie offshore, ou dans la marine (figure 6). couple im14 Article du professeur Michel Oury

4.9 La mesure de pression

Définition de la pression La pression est une grandeur dérivée du système international. Elle est définie comme le quotient d’une force par une surface. La pression s’exerce perpendiculairement à la surface considérée. pression im1 Les différentes unités de pression pression im2 Définition des pressions
  • La pression absolue : C’est la pression réelle, dont on tient compte dans les calculs sur les gaz.
  • La pression atmosphérique ou pression barométrique : La pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer, à 15°C, est d’environ 1013 mbar. Elle peut varier, de ± 25 mbar, avec la pluie ou le beau temps. Elle est fonction de l’altitude  (équilibre des liquides).
  • La pression relative : C’est la différence de pression par rapport à la pression atmosphérique. Elle est le plus souvent utilisée, car la plupart des capteurs, sont soumis à la pression atmosphérique. Pour mesurer une pression absolu, il faut faire un vide poussé dans une chambre dite de référence.
  • Pression différentielle : C’est une différence entre deux pression, dont l’une sert de référence. Une pression différentielle peut prendre une valeur négative.
  • Le vide : Il correspond théoriquement à une pression absolue nulle. Il ne peut être atteint, ni dépassé. Quand on s’en approche, on parle alors de vide poussé.
  • Pression de service ou pression dans la conduite : C’est la force par unité de surface exercée sur une surface par un fluide s’écoulant parallèlement à la paroi d’une conduite.
pression im3 Manomètres hydrostatiques Un manomètre est un appareil destiné à mesurer la différence de pression entre un gaz contenu dans une enceinte fermée et la pression atmosphérique. Il s’agit donc d’un appareil de mesure relative. Principe du plus simple des manomètres : pression im4 Le gaz est contenu dans un volume limité. Il présente donc la même pression en tout point : pA = p Par contre, le liquide possède la même pression le long d’un plan horizontal : pA’ = p L’équation fondamentale de l’hydrostatique appliquée à un fluide incompressible s’écrit dans notre cas : pA – p0 = r g h Þ pA = p = p0 + r g h Remarques : Dans le cas où pA < pB , le niveau du mercure en B serait au dessous du niveau A : p = p0 – r g h Le liquide utilisé était fréquemment le mercure, l’emploi du millimètre de mercure (mm Hg) comme unité usuelle de pression est  donc assez répandu . La relation entre pression et hauteur se simplifie : p = p0 – r g h => h = (p0 – p) / rg Sensibilité de l’appareil Elle est définie comme le rapport de la plus petite variation de niveau décelable associée à la variation de pression correspondante : s = 1 / (p x g) La sensibilité est donc d’autant plus grande que la masse volumique du liquide manométrique sera faible. Pour exemple : Les techniciens de Gaz de France utilisent des manomètres à eau pour valider les installations privées : absence de fuite «stabilité du niveau. Mesure de la pression atmosphérique Baromètre de Torricelli : C’est un tube en verre d’environ 90 cm de longueur, rempli de mercure, clos à une extrémité : la hauteur h fournie une mesure de la pression atmosphérique. Pour une pression atmosphérique de 1013 mbars, h = 0,7993 m. pression im5

4.10 Le pipetage

Présentation pipette mt La pipette est l’instrument de dosage des petits ou très petits volumes. Le pipetage est une méthode permettant de transférer un volume déterminé de liquide d’un récipient dans un autre avec une grande justesse et une grande répétabilité. Les pipettes fonctionnent selon le principe du refoulement. Un piston mobile repousse le liquide lorsqu’il s’abaisse et tire la colonne d’air avec lui vers le haut lorsque son mouvement est ascendant. Le liquide à pipeter est ainsi aspiré dans la pointe de la pipette qui est relevée. Il existe des pipettes avec volume fixe ou variable. On distingue les pipettes monocanal ou multicanaux manuelles et les pipettes monocanal ou multicanaux électroniques. La sélection de la bonne pipette est conditionnée par le domaine d’application et le comportement de pipetage. Le pipetage manuel régulier exige un effort dû aux forces de pipetage et d‘éjection du cône. Les pipettes multicanaux disposent de 8 ou 12 canaux utilisés simultanément. Les canaux sont agencés suivant la trame des plaques de microtitration (8 lignes fois 12 colonnes) afin de pouvoir travailler rapidement. Les pipettes électroniques conviennent particulièrement pour les travaux répétitifs, car elles permettent de réduire au minimum la charge répétée sur la main et de garantir une très grande précision.
Système à déplacement d’air Ces pipettes fonctionnent selon le principe du système à coussin d‘air. Elles conviennent pour les solutions aqueuses très liquides. Le piston fait partie intégrante de la pipette. Système à déplacement d’air Ces pipettes fonctionnent selon le principe du refoulement direct. Elles nécessitent des consommables spéciaux, avec un piston intégré qui vient en contact direct avec le milieu et ne fait pas partie intégrante de la pipette. Ce système permet le pipetage de solutions fortement visqueuses et d’échantillons volatils, radioactifs ou corrosifs. En raison de l’utilisation de capillaires et de  pistons à usage unique, le principe de refoulement direct permet d’éviter toute contamination croisée due aux aérosols, aux échantillons ou à la pipette elle-même.
pipette depl air pipette depl positif
Retrouvez le guide sur les pipettes de Mettler Toledo.

4.11 La machine de traction

Présentation traction im1L’essai de traction est la méthode la plus couramment utilisée pour déterminer les propriétés mécaniques des matériaux. Il possède deux avantages :
  • Il est simple à mettre en oeuvre, rapide et standardisé ;
  • La courbe de traction qui en résulte fournit des informations précises et nombreuses.
Le principe du test consiste à exercer un allongement graduel sur une éprouvette de la nuance à caractériser. La déformation est appliquée dans une seule direction, le sens long ou le sens travers de l’éprouvette.
traction im2
  Sont enregistrés simultanément la charge nécessaire pour déformer l’éprouvette jusqu’à sa rupture et la déformation de celle-ci, ce qui permet de tracer la courbe de l’effort (la charge rapportée à la section initiale de l’éprouvette) en fonction de la déformation (exprimée en pourcentage d’allongement par rapport à la base de mesure de l’éprouvette L0).
traction im3
C’est la courbe de traction dont l’allure est donnée dans la figure ci-contre. Ce test uniaxial est décrit précisément dans la norme EN 10002-1, par exemple. Il convient de souligner l’importance de la préparation des éprouvettes (usinage), en particulier pour les aciers à haute résistance.
  Remarque Les dimensions des éprouvettes : 1. La dimension des éprouvettes de traction diffère selon l’épaisseur du produit testé :
a.  ép. ≤ 3 mm : largeur 20 mm et longueur 80 mm ; b.  ép. > 3 mm : largeur 30 mm et longueur 5,65√S0. avec S0 = largeur x épaisseur. Dimensions normées en Europe (normes EN).
2. La dimension des éprouvettes varie aussi selon les pays :
a. Japon (norme JIS) : largeur 25 mm et longueur 50 mm ; b. USA (norme ASTM) : largeur 12,5 mm et longueur 50 mm.
La variation de la taille des éprouvettes se traduit par des valeurs decaractéristiques mécaniques non comparables. Cependant, elles peuventêtre converties d’une norme à l’autre sur la base de corrélationslargement vérifiées. traction im4 Corrélations JIS – EN – ISO pour les valeurs d’élongation
Le sens de traction Tous les paramètres qui sont déduits de l’essai de traction traduisent les propriétés de l’acier dans une direction donnée : celle de l’essai de traction. Ces valeurs dépendent donc de la direction de prélèvement de l’éprouvette par rapport à la direction de laminage de la tôle mince. La direction de prélèvement, en donnant les caractéristiques mécaniques de l’acier, doit donc toujours être précisée par rapport au sens de laminage :
  • Sens long SL (repéré par l’indice 0°) ;
  • Sens travers ST (repéré par l’indice 90°) ;
  • Sens « oblique » (repéré par l’indice 45°).
Principales caractéristiques mécaniques Par l’essai de traction, on mesure les grandeurs suivantes, caractéristiques du matériau : a) La limite d’élasticité : Re
Point A de la courbe de traction. C’est la charge qui délimite le domaine élastique où les déformations sont réversibles, par rapport au domaine plastique où commencent les déformations irréversibles.
Deux cas peuvent se présenter :
  • La transition entre les domaines élastique et plastique fait apparaître un maximum suivi d’un palier, c’est-à-dire un décrochement brusque de la limite d’élasticité. On distingue la limite d’élasticité supérieure ReH qui correspond à ce maximum et la limite d’élasticité inférieure ReL qui correspond au palier. La longueur du palier est définie par la grandeur Ap ;
  • La transition se fait de manière progressive. La limite d’élasticité est alors définie de façon conventionnelle. Elle est mesurée pour une valeur de 0,2 % d’allongement et notée Rp 0,2. Quel que soit le cas, l’appellation Re sera utilisée dans la suite du document.
  traction im5 Définition de la limite d’élasticité et du palier b) La résistance à la traction (ou résistance à la rupture ou encore résistance mécanique) : Rm Point B de la courbe de traction. C’est la charge maximale atteinte durant l’essai de traction. A partir de ce point, la déformation commence à se localiser sous forme de striction, ce qui explique la décroissance de l’effort nécessaire aux déformations au delà du point B. c) L’allongement à la rupture : A% C’est la valeur rémanente de l’allongement après rupture de l’éprouvette, au point C de la courbe de traction. d) Le coefficient d’écrouissage : n Dans l’essai de traction, on mesure les efforts rapportés à la section initiale de l’éprouvette. Si l’on calcule les efforts rapportés à la section instantanée de l’éprouvette en utilisant les lois de conservation de la matière, on détermine alors les contraintes vraies σ et les déformations vraies ε. La courbe que l’on obtient alors en traçant σ = f(ε) s’appelle la courbe rationnelle de traction. Cette courbe peut-être modélisée selon la loi d’Hollomon : σ = k.εn, où n s’appelle le coefficient d’écrouissage. Il caractérise la propension de l’acier à se durcir au cours de la déformation dans le domaine plastique (plus n est élevé, plus l’acier se consolide vite) à subir une déformation en expansion et à répartir les déformations. e) Le coefficient d’anisotropie : r Ce coefficient mesure la tendance de l’acier à résister à l’amincissement au cours de l’essai de traction. Il exprime le rapport entre la déformation en largeur et la déformation en épaisseur de l’éprouvette. Il reflète ainsi l’aptitude de l’acier à s’emboutir profondément en accommodant la déformation en rétreint. Les valeurs usuelles de r, de l’ordre de 1 pour les tôles à chaud peuvent atteindre près de 3 pour les qualités d’acier les plus emboutissables. f) Bake Hardening Capacité de durcissement des aciers lors de la cuisson de la peinture, cette capacité étant mise à profit pour provoquer une augmentation de la limite d’élasticité sur pièce finie. Ainsi, ces aciers permettent de concilier une bonne aptitude à l’emboutissage et, après cuisson de la peinture, une bonne résistance à l’indentation (valeur de Re plus élevée que sur métal à plat) et une bonne résistance à la déformation plastique de la pièce. Il est déterminé par la mesure de l’augmentation de Re lors d’un traitement thermique de 170°C pendant 20 min simulant les conditions de cuisson de la peinture après prédéformation en traction uniaxiale de 2 % (usage le plus représentatif). Ce paramètre est appelé BH2.g) Work Hardening
Augmentation de la limite d’élasticité par rapport au niveau de référence après une déformation plastique. Il est directement lié au coefficient d’écrouissage n de l’acier. Familles d’aciers plats bas C Les aciers plats bas carbone peuvent-être regroupés par famille selon leurs caractéristiques mécaniques, le compromis résistance/ductilité et les principes métallurgiques employés (chimie et procédés thermomécaniques). A l’intérieur des familles métallurgiques, des classifications par plages de Re ou de Rm définissent des grades. traction im6  Les familles métallurgiques   Retrouvez l’article sur http://www.arcelormittal.com

4.12 La shearographie

Présentation Afin d’optimiser la gestion des infrastructures et des ouvrages existants en vue de prolonger leur durée de vie, il est nécessaire de connaître leur état et de détecter leurs défauts. Les méthodes optiques sont des moyens de contrôle et de mesure non destructifs. La shearographie, aussi appelée interférométrie de speckle à dédoublement latéral ou interférométrie différentielle, est particulièrement adaptée à la détection de défauts grâce à sa capacité à visualiser préférentiellement les zones de concentration de contraintes et à sa robustesse. La shearographie permet de détecter des fissures mécaniquement actives, y compris dans le cas où elles ne sont pas débouchantes. Cette technique s’avère bien adaptée à une utilisation opérationnelle et permet de détecter des fissures sur des ouvrages sollicités par le trafic. Principe de l’interférométrie de speckle Le speckle (ou grain de lumière), également dénommé tavelure, est un phénomène d’apparence aléatoire résultant de l’éclairement d’une surface optiquement rugueuse par une lumière cohérente. Lorsqu’on réalise des interférences avec deux ondes dont l’une au moins contient du speckle, on parle d’interférométrie de speckle. En holographie digitale, une onde, contenant du speckle car réfléchie par l’objet, interfère avec une onde plane de référence et l’étape de reconstruction 3D de l’onde objet, analogique par diffraction numérique, est évitée. La plaque photographique de l’holographie classique est remplacée dans ce cas par une caméra CCD. Lors de l’étude d’une déformation ou sollicitation, deux états sont comparés, l’état initial de l’ob-jet et l’état sollicité. La première image d’interférence caractérise l’objet dans son état initial. L’éclairement de l’image résultante est le produit d’un facteur de haute fréquence spatiale par un facteur de basse fréquence, ce qui se traduit par une modulation du premier facteur par le second. La différence des deux images d’intensité fait donc apparaître des franges, appelées pseudo-franges car elles sont issues d’une différence d’éclairement et non d’interférences constructives. Les pseudo-franges noires correspondent aux lieux où la différence de phase relative D due à la déformation est égale à 2kPi. Principe de la shearographie La shearographie a été développée initialement par Leendertz en 1973 pour l’observation plein champ de défauts de surface. Un faisceau laser élargi éclaire l’objet étudié, ce qui produit une figure de speckle. Contrairement à l’interférométrie de speckle classique qui comporte un faisceau de référence, c’est la lumière réfléchie par l’objet qui est dédoublée. Ces deux faisceaux, légèrement décalés d’une quantité d, interfèrent sur le capteur CCD d’une caméra. Ce décalage peut être généré par un interféromètre de Michelson (Figure ci-dessous) ou un biprisme. Un cristal piézoélectrique est placé derrière un miroir M2 afin d’ajouter si nécessaire un terme de phase connu au signal. shearographie
shearographie1 shearographie2 shearographie3 shearographie4
Objet analysé Image 1 vue par la caméra (superposition de 2 images décalées ) Soustraction Absolue(Im1 – Im2) (sans contrainte imposée lors de l’image 2) Soustraction Abs(Im1 – Im2) (objet sous contrainte) Le « défaut » apparaît
Retrouvez toutes les explications en détail dans le document à télécharger. Image du lycée Jean Mermoz de St Louis (68)

4.13 La pHmétrie

Qu’est ce que le pH ? Le pH est une donnée de la qualité de l’eau. La qualité d’une eau et son pH sont souvent mentionnés dans une même phrase. Le pH est un facteur important dans le traitement de l’eau car certais procédés nécessitent d’être réalisé avec un pH spécifique pour être efficace. Par exemple, les réactions mettant en jeu le chlore, n’ont lieu que pour des pH de l’ordre de 6.5 à 8. Le pH donne une indication de l’acidité d’une substance. Il est déterminé à partir de la quantité d’ions d’hydrogène libre (H+) contenus dans la substance. L’acidité est un des paramètres les plus importants des propriétés de l’eau. L’eau est un solvant pour presque tous les ions et le pH permet de comparer les ions les plus solubles dans l’eau. Le résultat d’une mesure de pH est défini par les quantités d’ions H+ et d’ions OH- présentes dans la substance. Quand les quantités sont égales, l’eau (ou la substance) est considérée comme neutre, et le pH à une valeur aux alentours de 7. pH = – log ( H+) ph im1Le pH est un facteur logarithmique, quand une solution devient 10 fois plus acide, le pH diminue d’une unité. Si la solution devient 100 fois pluys acide, le pH diminue de 2 unités. Une solution est acide si son pH < 7. Plus on se raproche de 0, plus la solution est acide. (ex: acide chlorhydrique concentré pH = 0, Soda pH # 3…) Une solution est basique si son pH > 7. Plus le pH se rapproche de 14, plus la solution est basique. (ex: Soude caustique pH = 14, eau de javel pH # 12…) Principe de la pHmétrie C’est une méthode potentiomètrique utilisant une électrode de verre spécifique aux ions H+ . Un pH-mètre est composé d’un millivoltmètre électronique relié à deux électrodes rassemblées dans la sonde. Le pH-mètre mesure la tension (différence de potentiel) entre ces deux électrodes. Celle-ci est directement liée au pH de la solution dans laquelle la sonde est immergée. L’une des électrodes est appelée électrode de référence au calomel (Hg) saturé ou Ag/AgCl (préférable pour l’environnement). Son potentiel E est constant à une température donnée. L’électrode de verre est l’électrode indicatrice de pH : son potentiel est une fonction affine du pH. Par conséquent, la tension E mesurée par le millivoltmètre est de la forme suivante : E = Everre –Eref Constitution d’un pH-mètre phmtreUn pH-mètre comporte deux parties :
  • une sonde constituée de deux électrodes trempant dans la solution aqueuse dont on veut mesurer le pH.
  • un boîtier électronique relié à la sonde qui affiche la valeur du pH.
Les sondes de pH-mètre sont très délicates :
  • attention aux chocs !! ( protection par un manchon en plastique )
  • elles se conservent dans des solutions aqueuses ioniques très concentrées ( souvent des solutions saturées en chlorure de potassium )
  • entre deux utilisations, une sonde ne doit jamais rester exposée à l’air libre : elle doit être toujours immergée dans de l’eau distillée.
Principe de fonctionnement d’un pH-mètre Lorsque la sonde d’un pH-mètre plonge dans une solution aqueuse, il apparaît aux bornes des électrodes une tension électrique U due à un phénomène de pile électrochimique. Lorsqu’un équilibre est atteint entre la solution d’étude et la sonde, (une agitation magnétique permanente de la solution d’étude est nécessaire pour atteindre l’équilibre ), cette tension U est une fonction affine décroissante du pH : U=a–b.pH où a et b sont des coefficients positifs qui dépendent de la nature des électrodes, des solutions dans lesquelles elles sont immergées et de la température. Les valeurs des constantes a et b sont ajustées grâce à un étalonnage du pH-mètre Utilisation d’un pH-metre Etalonnage en pH Pour étalonner en pH, il faut
  • tremper la sonde propre et sèche dans une solution étalon appelé solution tampon, solution de pH stable et dont la valeur est connue;
  • régler l’appareil de manière à ce qu’il affiche la valeur du pH de la solution tampon.
On réalise d’abord un étalonnage avec une solution tampon de pH = 7,0 On réalise ensuite un étalonnage avec une solution tampon acide de pH = 4,0 Mesure du pH Pour la mesure du pH, il faut :
  • Placer la solution à analyser sous agitation magnétique;
  • tremper la sonde propre et sèche dans la solution à analyser, après étalonnage bien entendu ( bien positionner la sonde de façon à éviter tout choc avec la sonde);
  • attendre la stabilisation de la valeur du pH avant lecture.
Entre deux mesures, ou entre deux étalonnages ou encore entre un étalonnage et une mesure vous devez laver la sonde à l’eau distillée et la sécher avec un papier absorbant.

4.14 Le point de rosée

Définition pt roseLe point de rosée ou température de rosée est la température la plus basse à laquelle une masse d’air peut être soumise, à pression et humidité données, sans qu’il se produise une formation d’eau liquide par saturation. La notion de point de rosée est une notion de base importante dans le fonctionnement des sécheurs frigorifiques d’air comprimé et de la condensation atmosphérique créant les hydrométéores. Il est une donnée déterminante dans l’isolation thermique du bâtiment qui permettra de savoir s’il y a un risque que l’humidité ambiante d’une pièce se condense en traversant les couches successives d’un mur extérieur, dans lequel chaque couche affiche un gradient de température particulier, dégressif vers l’extérieur. Le cas échéant, l’humidité qui se condense peut provoquer la détérioration de la couche dans laquelle le phénomène se produit. Principe Le point de rosée est une donnée thermodynamique caractérisant l’humidité dans un gaz. Le point de rosée de l’air est la température à laquelle la pression partielle de vapeur d’eau est égale à sa pression de vapeur saturante. Il s’agit donc de la température à laquelle il faut refroidir un volume d’air, à pression et humidité constantes, pour qu’il devienne saturé.pt rose graph L’air contient toujours une certaine proportion de vapeur d’eau. La pression partielle exercée par cette vapeur est égale ou inférieure à une valeur maximale qui dépend de la température ambiante. Si l’air humide est progressivement refroidi à pression constante, la pression de vapeur d’eau ne change pas mais la valeur maximale diminue jusqu’à ce que les deux deviennent égales. La température de rosée correspond à la saturation de l’air et tout refroidissement subséquent conduit à l’apparition d’eau sous phase liquide. C’est le phénomène de condensation, qui survient lorsque le point de rosée est atteint et que des sites de nucléation sont disponibles, qui crée les nuages, la brume et la rosée en météorologie. La condensation atteint de la même manière les parois des bâtiments. Ce phénomène est le principe moyen de mesure mis en œuvre dans les hygromètres à condensation, encore appelés hygromètres à point de rosée. Lorsque la température est inférieure au point de congélation, l’air peut devenir saturé par rapport à l’eau et donner des gouttelettes surfondues, ou saturé par rapport à la glace et donner de la gelée blanche. Dans ce second cas, la température de saturation est appelée point de givrage. Ce dernier est plus chaud que le point de rosée à ces températures car la pression de vapeur saturante par rapport à la glace est plus basse que par rapport à l’eau liquide. Ceci mène la vapeur d’eau à se déposer plus généralement sous forme solide que liquide sous le point de condensation. pt de rose Formule Formule de Heinrich Gustav Magnus-Tetens Domaine de validité :
  • T, température mesurée : 0 °C < T < 60 °C
  • RH, humidité relative : 0,01 (1 %) < RH < 1,00 (100 %)
  • Tr, point de rosée : 0 °C < Tr < 50 °C

4.15 La machine de mesure tridimensionnelle (MMT)

mmtLes  moyens  de  mesure  classiques  sont  aujourd’hui  complétés  par  les  techniques  de  mesure tridimensionnelles  qui  permettent  d’accéder  à  la  géométrie  des  pièces  complexes  avec  une  grande précision. Constitution d’une MMT Une MMT est constituée de 4 sous-ensembles distincts : – La structure de déplacement – Le système de palpage – Le système électronique – Le système informatique et le pupitre de commande La structure de déplacement Elle comprend 3 guidages en translation orthogonaux deux à deux notés X , Y et Z. Ces guidages, sans jeu ni frottements, permettent d’atteindre tous les points d’un volume parallépipédique. Le système de palpage Son  rôle  est  de  détecter  le  contact  entre  le  stylet  et  la  pièce  et,  à  cet  instant,  d’envoyer  une impulsion au système électronique pour qu’il lise les coordonnées du point de contact sur les systèmes de mesure. Le système électronique Il a plusieurs fonctions essentielles : – Recevoir les impulsions de contact en provenance de la tête de palpage – Envoyer les ordres de lecture sur les 3 systèmes de mesure au moment du contact – Recevoir du système informatique les ordres de mouvement pour la commande des moteurs d’axes (Machines à CN) – Gérer les sécurités telles que pression d’air mini sur les patins aérostatiques, fins de courses des mouvements etc. Le système informatique et le pupitre de commande – Acquisition et mise en mémoire des gammes de contrôle des pièces – Exécution des gammes de contrôle – Traitement des informations et édition des résultats – Logiciel conversationnel permettant l’utilisation de la machine Les types de machines Il  en  existe  de  différents  types  qui  sont  fonction  de  la  morphologie  des  pièces  à  mesurer,  des précisions à atteindre, de la facilité d’utilisation, etc . Les différentes morphologies mmt morphologie Les différents types de commandes Machines Manuelles C’est l’opérateur qui déplace le palpeur – Pas de sauvegarde du programme – La présence de l’opérateur est nécessaire pour chaque palpage – Incertitudes de mesurage importantes – Machines de petites dimensions Machines Motorisées L’opérateur commande les déplacements par l’intermédiaire de manettes de pilotage, mais la vitesse de déplacement est asservie en mode palpage. – Plus faible influence de l’opérateur – Pas de limites en dimensions Machines à Commande Numérique Les axes de déplacement sont asservis en vitesse et position. La pièce est modélisée par des éléments géométriques calculés à partir des points palpés. – L’écriture d’une gamme C.N. nécessite la définition d’un repère associé à la pièce – L’exécution d’une gamme ne nécessite plus la présence d’un opérateur – La précision de palpage ne dépend plus de l’opérateur – Le choix de la position des points palpés sur la surface n’est fait qu’une seule fois lors de l’apprentissage ou à l’aide d’un logiciel de FAO. Mode de fonctionnement Une MMT matérialise un repère orthonormé à 3 dimensions mmt dim Pour chaque point palpé, on recueille les coordonnées du centre du palpeur :                      mmt-palp La  pièce  à  mesurer  est  ensuite  modélisée  à  l’aide  des  éléments  géométriques  définis  par  le préparateur ( points, droites, plans, cercles, cylindres, cônes et sphères ). A partir du nuage de points palpés,  un  traitement  suivant  la  règle  des  moindres  carrés  permet  de  définir  quantitativement  les éléments géométriques . Pour  définir  un  élément  géométrique  sur la machine, le logiciel demande de palper le nombre de points minimum+1, soit par exemple 4 points à palper pour définir un plan. Si l’on s’en tenait au nombre minimum de points (3) , le calcul d’optimisation suivant la méthode des moindres carrés, ainsi que le calcul du défaut de forme serait impossible. palpeurs-mmt Méthode de mesure Le contrat à remplir par les ateliers de fabrication est l’obtention d’un produit conforme au dessin de  définition.  C’est  donc  à  partir  de  celui-ci  que  l’on  définira  les  cotes  fonctionnelles  devant  être mesurées. A partir de là, des travaux, d’une part d’aspect pratique, d’autre part d’aspect théorique peuvent être conduits parallèlement. Aspect pratique a) Position de la pièce dans le repère machine : Il sera nécessaire de définir une seule position possible pour la pièce , à quelques dixièmes de mm près,  si l’on veut la mesurer en automatique en exécutant une gamme de mesure. Cette position sera définie dans le repère machine. b) Définition du système de palpage : Il  est  nécessaire  de  définir  tous  les  systèmes  de  palpage  (  Angles  A  et  B  de  la  tête  motorisée, longueur des stylets et des rallonges ) qui sont nécessaires à la mesure d’une pièce et de les étalonner sur la sphère étalon. Aspect théorique Le préparateur devra définir à partir du plan les éléments géométriques qui seront définis lors des palpages .  D’autre  part  ,  la  définition  des  repères  de  dégauchissage  est  nécessaire  pour  une  expression correcte des résultats de mesure. Ensuite, seulement on pourra créer la gamme de palpage de la pièce, puis la gamme de vérification des cotes fonctionnelles qui conduira à l’édition du procès verbal de contrôle. 3d im1 Retrouvez l’article complet sur http://jm.karrer.free.fr