Méthodes ultrasonores pour la caractérisation de matériaux de composants nucléaires pour l’amélioration du Diagnostic – MUSCAD

Le projet MUSCAD relève de l’orientation de la SNR intitulée Capteurs et instrumentation (Orientation 15) et de l’axe Matériaux et procédés (Axe 3) rattaché au défi Stimuler le renouveau industriel (Défi 3). Il s’agit d’un Projet de Recherche Collaborative – Entreprises (PRCE) qui rassemble des laboratoires publics de l’INSA de Lyon, de Aix-Marseille Université (AMU) et du CEA, un partenaire industriel EDF et une PME EXTENDE.
Le Contrôle Non Destructif (CND) rassemble l’ensemble des techniques, essais, examens, mis en œuvre lors de la fabrication ou en maintenance, pour s’assurer de l’intégrité d’un produit manufacturé ou d’une installation industrielle. Ces contrôles consistent en général à rechercher la présence d’éventuels défauts estimés critiques pour la sûreté et/ou le bon fonctionnement de l’objet inspecté. Les méthodes de CND font partie des outils industriels qui participent à l’amélioration de la productivité et permettent de garantir la conformité des produits aux impératifs de qualité et de sécurité.
Les techniques de CND reposant sur les ondes élastiques ultrasonores sont très largement répandues dans l’industrie nucléaire car elles permettent en particulier le contrôle dans le volume du composant. Cependant, des structures complexes et hétérogènes (aciers à gros grain, soudures, liaisons bimétalliques…) se rencontrent couramment dans les circuits de refroidissement des Réacteurs nucléaires à Eau sous Pression (REP) qui équipent tout le parc électronucléaire français. L’hétérogénéité de ces matériaux dégrade les performances des contrôles en raison des nombreux effets de diffusion (atténuation, bruit de structure, dispersion), subis par l’onde ultrasonore. En outre, les variations locales de leurs propriétés mécaniques (taille de grain, orientation cristallographique…) conduisent à des différences de réponse selon les positions d’inspection.
Pour évaluer la fiabilité des techniques d’inspection sur ce type de composants, la simulation est de plus en plus utilisée mais requiert au préalable la connaissance précise de la structure à contrôler.
Le projet MUSCAD vise donc à développer de nouveaux outils de caractérisation de milieux complexes, notamment comportant une microstructure hétérogène et anisotrope, par inversion de mesures ultrasonores. L'objectif de cette démarche est d’évaluer les propriétés mécaniques de ces matériaux directement utilisables en entrée des logiciels de simulation dans le but d’améliorer le diagnostic et la contrôlabilité des composants. La sensibilité de la modélisation aux paramètres mécaniques sera alors quantifiée sur un cas d’étude réaliste représentatif d’un contrôle de cordon de soudure.
Cette double démarche couplant la simulation et la caractérisation doit permettre de progresser sur la compréhension des phénomènes de propagation et de diffusion ultrasonore dans soudures austénitiques. On cherchera à mieux quantifier l’influence de la structure des soudures sur les performances du contrôle non destructif par ultrasons. Les axes principaux d’étude sont :
- Le développement de codes dédiés à la modélisation de la propagation de faisceaux ultrasonore dans des matériaux aux lois de comportement viscoélastiques et anisotropes afin de simuler des plans d'expérience d'évaluation non-destructive (END).
- Le perfectionnement des outils de caractérisation ultrasonore développés par l'INSA afin de fiabiliser les mesures par la détermination d'un intervalle de confiance.
- L’étude en sensibilité aux paramètres mécaniques d’un procédé de contrôle sur un cas concret de CND par ultrasons.
Les résultats des études menées dans le projet seront directement exploitables dans le cadre du montage de dossiers de qualification de procédés de contrôle. L’intégration des développements réalisés dans la plate-forme logicielle CIVA ouvre des perspectives pérennes pour élaborer de nouvelles stratégies d’acquisition et d’inversion. La dissémination des travaux sera réalisée par EXTENDE distributeur de CIVA.