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IRSN, Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire

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Enhancing Nuclear Safety


Research

 

Etudes de méthodes et systèmes de contrôles non destructifs


Objectifs :

Dans le cadre de la maintenance des installations nucléaires, une large part des activités est dédiée aux opérations de contrôles non destructifs, qui comprennent principalement les méthodes d'examen de surface telles que le ressuage et la magnétoscopie et les méthodes d'examens volumiques telles que la radiographie, les ultrasons ou les courants de Foucault.

Parmi ces méthodes de détection des défauts, la plus utilisée sur les composants importants pour la sûreté est basée sur l'utilisation des ultrasons, ce qui a conduit l'IRSN à engager plus particulièrement des actions de Recherche et Développement dans ce domaine en collaboration avec des laboratoires extérieurs et en particulier ceux du Commissariat à l'Énergie Atomique. Des recherches sont également engagées en courants de Foucault, et des réflexions sont menées pour la radiographie.

Parmi les exigences les plus fortes qu'il est nécessaire d'imposer aux méthodes de contrôles non destructifs, celles qui portent sur la détection, le dimensionnement et l'identification de la forme des défauts permettant d'attribuer un caractère volumique ou plan comme dans le cas des fissures, sont essentielles.

Si pour un certain nombre de cas bien identifiés, la méthode de contrôle par ultrasons permet d'atteindre assez aisément ces objectifs, dans bon nombre de cas, la méthode peut être mise en défaut, en particulier à cause des formes particulières des composants (coudées, coniques, ou accidents en surface tels que des bourrelets de soudure), de la nature des matériaux, ou encore à cause du défaut lui-même, lorsque son orientation n'est pas la meilleure pour une détection et une identification correcte.

Pour ces raisons, l'IRSN considère qu'il est essentiel de continuer de progresser dans le domaine des contrôles en service, aussi bien dans le but de préciser les performances des méthodes actuellement disponibles, que pour mettre au point de nouvelles méthodes. C'est pourquoi des études de démonstration sont menées par l'IRSN sur le développement de capteurs par ultrasons et par courants de Foucault, permettant de mieux détecter les défauts et de mieux apprécier leur nocivité très liée à la forme (fissure plane, défaut volumique). Au-delà des études de démonstration et de validation des concepts de base, il appartient bien sûr aux industriels de prendre le relais. L'IRSN a ainsi engagé des études en amont de l'industrialisation, pour disposer à terme de moyens plus performants, adaptables à la plupart des composants et au type de défaut.

Les objectifs d'amélioration de sûreté visés par l'IRSN à travers ces études, sont :

  • D'anticiper le risque d'apparition de défauts nouveaux dus au vieillissement des installations, en initiant des développements à caractère démonstratif ou incitatif en amont de l'industrialisation.
  • De disposer de moyens de simulation et de modélisation de contrôles non destructifs, en développant les outils associés.

Enfin, ces études contribuent au maintien d'un haut niveau d'expertise, nécessaire pour mieux appréhender les problèmes nouveaux liés au vieillissement des composants, permettant aux experts de l'IRSN d'asseoir une forte crédibilité vis à vis des exploitants et de leurs prestataires de service, et permettent :

  • De conforter les expertises que l'IRSN réalise, en maintenant un haut niveau de technicité.
  • D'être bien informé de l'orientation et de l'évolution des techniques nouvelles, pour en faire bénéficier la sûreté.

Les grands axes des programmes de recherche :

Les principales actions de recherche en ultrasons concernent surtout des développements de moyens de contrôles basés sur la technologie des traducteurs multi-éléments ou de moyens de simulation. Parmi ces développements, il faut citer :

  • Le système FAUST (Focalisation Adaptative Ultrasonore Tomographique), qui a porté sur la mise au point d'un prototype de chaîne ultrasonore, assurant le contrôle du champ ultrasonore d'un traducteur multi-éléments (référence 1).
  • Le développement d'un Traducteur Contact Intelligent (TCI), dont l'objectif essentiel est le contrôle au contact de composants à forme complexe, avec auto-adaptation du champ ultrasonore à la forme du composant (référence 3).
  • La mise au point d'un prototype de traducteur ultrasons multi-éléments pour le contrôle de piquage primaire à forme complexe et matériau à structure grossière, permettant la détection et le dimensionnement de défauts plans (référence 4).
  • La mise au point d'un prototype multi-éléments destiné aux contrôles des bétons (référence 5).
  • Des moyens de simulation et de modélisation de contrôles en présence de géométries à formes complexes, qui sont intégrés dans le logiciel CIVA (Site Internet de Civa http://www-civa.cea.fr), développé pour de multiples secteurs de l'industrie (nucléaire, aéronautique,..). L'IRSN participe surtout à la simulation sur les composants de formes complexes ainsi que sur les matériaux à gros grains. Une bonne part de la participation de l'IRSN est dédiée à la validation des modèles et à la définition de protocoles de validation, à partir de l'expérimentation (référence 2).

En courants de Foucault, les développements actuels concernent surtout :

  • La mise au point de sondes courants de Foucault souples à éléments multiples, destinées à des contrôles sur formes complexes (par exemple recherche de fissuration dans des zones en Inconel 600).
  • La simulation (référence 6).

La plupart de ces développements sont complémentaires et constituent les étapes préalables indispensables à toute industrialisation de ces concepts nouveaux.

Une bonne partie des actions de l'IRSN sont à l'origine de développements industriels nouveaux.

A titre d'exemple :

  • Le système Multi2000 qui intègre une bonne partie des développements réalisés pour le système FAUST (Site Internet de Multi 2000 http://www.m2m-ndt.com).
  • Le Traducteur Contact Intelligent qui entre en début de phase d'industrialisation.

Ces techniques nouvelles utilisent les plus récentes innovations de l'informatique, du traitement de signal, de la microélectronique et des techniques d'imageries.

Références :

  1. S.Mahaut, G.Cattiaux (IRSN) – O.Roy, Ph.Benoist (CEA) – Self-focusing and defect characterization with the Faust system, Rev. of Prog. In QNDE, op.cit, Vol 16, 1997
  2. C.Poidevin, O.Roy, S.Chatillon (CEA) - G.Cattiaux (IRSN) , "Simulation tools for ultrasonic testing inspection of welds, 3rd Int. Conf on NDE in the Nuclear and Pressure Vessel Ind., (Seville, 14-16 Nov. 2001)
  3. S. Mahaut, R. Raillon, L. de Roumilly, S. Chaffai-Gargouri (CEA) - G. Cattiaux (IRSN) - Simulation of ultrasonic defect responses in realistic inspection configurations : Theoretical predictions and experimental validations (Montreal, Canada, 30 aug.- 3 sep. 2004, 16th World Conference on Nondestructive testing)
  4. S.Mahaut, O.Roy, O.Casula (CEA) – G.Cattiaux (IRSN) – Pipe Inspection using UT Smart flexible Transducer – 8th ECNDT June 2002, Barcelone, Espagne
  5. S.Mahaut, JL.Godefroit, O.Roy (CEA) – G.Cattiaux (IRSN) - Application of phased array techniques to coarse grain components inspection – Ultrasonic International 03 – Grenade July 2003
  6. O.Paris, Ph.Brédif, O.Roy (CEA) – J.M Rambach, G.Nahas (IRSN) – Study of phased array techniques for cracks characterization in concrete structures - International Symposium - Non-destructive Testing in Civil Engineering (NDT-CE) - September 16-19, 2003 in Berlin (Germany)
  7. G.Pichenot, D.Prémel, T.Sollier (CEA) - V.Maillot (IRSN) - Development of a 3D electromagnetic model for eddy current tubing inspection: Application to steam generator tubing – Annual Review of Progress in QNDE - QNDE and Iowa State University - Green BAY USA – July 2003

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