Le contrôle non destructif (NDT) est une méthode d’inspection utilisée dans de nombreuses industries. Elle vise à évaluer la conformité de matériaux, de composants ou d’assemblages, et de détecter des défauts qui se cachent sous la surface des matériaux inspectés, sans les altérer. Le contrôle non destructif permet ainsi l’inspection de 100% des extrants d’une production sans détruire des échantillons, ce qui permet de réduire les coûts reliés aux opérations de contrôle qualité.
Il existe des méthodes qui ne requièrent aucune technologie, à l’exception d’un éclairage adapté, telles que l’inspection visuelle ou la palpation. Toutefois, ces méthodes ont des limites et ne sont pas fiables à 100%, puisqu’en dehors de superman, personne ne voit à travers la matière opaque. Heureusement, la technologie vient en aide aux industries qui en ont besoin telles que notamment l’industrie pétrolière, automobile, aéronautique, maritime, alimentaire, la plasturgie et la médecine.
Dans cet article nous allons présenter les principales technologies d’inspection non destructives, basées sur l’optique, leurs caractéristiques, leurs capacités et leurs limites.
L’imagerie térahertz
Situées à mi-chemin entre l'infrarouge et les microondes, les ondes THz se caractérisent par des propriétés optiques qui s’apparentent à celles de la lumière et des modes de propagation proches de ceux des ondes électromagnétiques. De ce fait, elles peuvent être focalisées par des lentilles, réfléchies par des surfaces, détectées par leur champ électromagnétique, ou encore émises par des antennes.
Le grand avantage des ondes THz est qu’elles sont sans danger pour les personnes qui y sont exposées. Pour découvrir les principales propriétés des ondes térahertz, lisez l’article Quelle technologie utiliser pour voir à travers la matière: Térahertz ou rayons X?
La résolution spatiale de l’imagerie THz est normalement de l’ordre du millimètre en raison des grandes longueurs d’onde impliquées. Le THZ est utilisé pour l’inspection en profondeur en temps réel.
Presque tous les matériaux non métalliques, ne contenant pas d'eau, sont transparents dans le domaine THz : le béton, la brique, le bois, le carton, le papier, la mousse, le tissu, le plastique, etc. La performance de la technologie térahertz et son innocuité la rendent populaire dans de nombreuses applications. Pour en savoir plus, lisez notre article sur les applications du térahertz.
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Térahertz TDS (terahertz time-domain spectroscopy, THZ-TDS)
La spectroscopie térahertz-TDS utilise les impulsions laser envoyées dans les matériaux. Il s’agit d’un OCT (Optical coherence tomographie) qui fonctionne avec des ondes THZ. Un OCT est une technique d’imagerie sans contact, non invasive, qui utilise la réfraction de rayons lasers permettant de visualiser des structures anatomiques en coupe avec une très grande précision.
Découvrez un exemple d’application de l’OCT dans l’article Comment mesurer la peinture diffusante efficacement pour économiser ressources et énergie.
L’image obtenue par l’imagerie THz-TDS est précise en profondeur mais pour obtenir une image large de l’élément à inspecter, il est nécessaire de scanner de l’objet en balayant systématiquement toute sa surface. La technologie THz- TDS fait des inspections ponctuelles à cadence élevée (ex : échantillonnage de l’épaisseur d’une paroi de bouteille sur un ligne de prod.)
Toutefois, utilisée conjointement avec de l’imagerie THz, l’imagerie THz-TDS permet d’obtenir une solution d'inspection très performante.
Radar à ondes millimétriques
La technologie d’inspection par ondes millimétriques est privilégiée quand la faible résolution de l’image n’est pas un enjeu, en raison de son coût abordable. Cette technologie permet de détecter des éléments plus gros que 3 millimètres. Par exemple, elle permet de compter des bouteilles dans une caisse fermée afin de s’assurer qu’il n’en manque aucune. L’image obtenue à partir du radar millimétrique est globalement de très faible résolution. Toutefois, il existe une technologie émergente de radar millimétrique linéaire donnant de meilleures performances.
L’imagerie par rayons X
Les rayons X sont des radiations ionisantes. Cela les rend nocives pour la santé. Pourtant la radiographie par rayons X est utilisée dans de nombreuses applications telles que le domaine médical et celui de la sécurité.
Les rayons X permettent de voir des choses, sur tous types de matériaux, que l’œil humain ne peut pas voir telles que des altérations à la densité de l’élément inspecté. Toutefois, tout le monde ne peut pas interpréter des radiographies. La lecture requiert un personnel expert et la mise en place de conditions de sécurité adéquates.
Dans le domaine de l’industrie manufacturière, les rayons X s’avèrent peu performants dans les matériaux mous ou peu dense comme plastique.
Transillumination
La transillumination consiste à appliquer une source lumineuse sur un des côtés de la pièce à inspecter et à observer si la lumière est visible ou non par transparence du côté opposé. Cette technologie est utilisée dans de nombreuses applications médicales telles que le traitement des varices, de certains organes ou des doigts par exemple.
Dans l’industrie manufacturière des convoyeurs peuvent être équipées d’un système de transillumination permettant une inspection automatisée. La transillumination des objets manufacturés est toutefois d’une efficacité limitée. Dans certains cas la lumière se diffuse trop dans le corps inspecté ne permettant pas de détecter de petits défauts. À titre d’exemple, une bulle d’un diamètre inférieur à 1 mm dans du plastique blanc ne peut pas être détectée. Dans d’autres cas, tels que le béton, la brique ou le bois, la matière est trop opaque pour permettre la pénétration de la lumière.
La thermographie active
La thermographie active ou thermographie par infrarouge, permet de mesurer les perturbations détectées dans les ondes thermiques, qui sont créées par des défauts présents dans les matériaux inspectés affectant localement la conductivité thermique. Cette technologie consiste à chauffer la surface des matériaux à inspecter et d’ensuite mesurer son évolution en température avec une caméra infrarouge.
La thermographie active permet notamment de détecter les fuites de liquide dans les emballages (transparents ou opaques), ce qui est particulièrement intéressant pour certains produits pharmaceutiques. Pour en savoir plus sur cette application, lisez l’article Sacs pour perfusion intraveineuse.
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L’imagerie hyperspectrale
La technologie hyperspectrale décompose la lumière réfléchie par la scène en de nombreuses bandes de longueurs d’onde contiguës. L’imagerie hyperspectrale véhicule de l’information sur la chimie à la surface des objets. L’analyse spectrale permet une certaine identification des composés chimiques (ex : les types de plastiques). Dans les longueurs d’onde 400nm-2500nm, on mesure des spectres qui proviennent des vibrations et rotations des molécules. Si les molécules sont assez différenciées, on perçoit les différences. Les applications de cette technologie sont nombreuses, par exemple la détection de contaminants sur des produits, la détection de défauts, la validation en temps réel de procédés.
L’imagerie hyperspectrale permet de détecter un morceau de plastique dans du sucre 1 cm sous la surface, là où le THz et rayons X sont inefficaces.
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Conclusion
L’inspection non destructive est attrayante pour de nombreuses industries car les technologies utilisées sont sans danger pour la santé, à l’exception de la radiographie par rayons X.
Intégrées dans des chaines de production et d’assemblage robotisées, ces technologies permettent d’automatiser l’inspection et la conformité de 100% des extrants, sans les altérer. L’inspection non destructive permet à l’industrie manufacturière de tendre vers le zéro défaut et permet la réaffectation du personnel à d’autres tâches que l’inspection.
De plus, l’inspection NDT permet d’éviter nombre de retours et de ce fait limite les pénalités contractuelles et les pertes de contrats qui peuvent en résulter. Le coût du contrôle qualité est ainsi réduit et sa performance augmentée.
