Soutenance de thèse de Arthur PERRIN

L'objectif de cette thèse est de mettre au point une méthode de Contrôle Non Destructive (CND) permettant de détecter et de caractériser les fissures de fatigue dans des composants métalliques. La première partie de ces fissures est ouverte et débouchante, détectable par méthode ultrasonore conventionnelle. Cependant, selon le type de sollicitation subie par le composant mécanique, une partie de cette fissure peut être fermée, invisible aux ultrasons. Les conséquences de la sous-estimation de la profondeur des fissures peuvent être dramatiques car la durée de vie des composants mécaniques s'en trouve largement diminuée. L'enjeu de cette thèse est de mettre au point une méthode de CND ultrasonore permettant de détecter et de caractériser la partie fermée de ces fissures. Le premier chapitre de ce manuscrit traite de la description et du contrôle non destructif des fissures dans les pièces métalliques, notamment de la fermeture des fissures et de son impact sur les performances des différentes méthodes de CND. Après avoir mis en évidence l’intérêt des méthodes d’acoustique non linéaire pour le dimensionnement des fissures fermées, le deuxième chapitre fait l’état de l’art de ce type de méthode de CND. Il a pour but de sélectionner les méthodes aux meilleures capacités de dimensionnement, et dont l’industrialisation est envisageable. Au chapitre 3, la première méthode sectionnée dite de « l’onde pompe » est mise en place sur des échantillons fissurés. Elle a pour but d’alternativement ouvrir et fermer les fissures à l’aide d’une forte onde basse fréquence. Ses résultats sont ensuite discutés grâce à une modélisation analytique du comportement des fissures fermées. Au chapitre 4, l’attention est portée sur la « sollicitation thermique » des fissures fermées qui vise à ouvrir les fissures grâce à la contraction du matériau générée par un refroidissement local de la pièce à contrôler. Sa meilleure capacité d’ouverture des fissures par rapport à l’onde pompe est mise en avant, et les différents phénomènes physiques en jeu tout au long de l’ouverture de la fissure sont étudiés pour caractériser cette méthode innovante. L’industrialisation de la méthode est finalement envisagée avec des essais sur une pièce réelle dans des conditions expérimentales de contrôle industriel.

The aim of this thesis is to develop a non-destructive testing (NDT) method for detecting and characterizing fatigue cracks in metal components. The first part of these cracks is open, detectable by conventional ultrasonic methods. However, depending on the type of stress to which the mechanical component is subjected, part of the crack may be closed, making it invisible to ultrasound. The consequences of underestimating crack depth can be dramatic, as the service life of mechanical components is greatly reduced. The focus of this thesis is to develop an ultrasonic NDT method for detecting and characterizing the closed part of these cracks. The first chapter of this manuscript deals with the description and non-destructive testing of cracks in metal parts, especially crack closure, and its impact on the performance of different NDT methods. After highlighting the interest of non-linear acoustic methods for the dimensioning of closed cracks, the state of the art of these methods is reviewed in the second chapter. Those with the best sizing capabilities, also considering the possibility of industrialization are then selected for our study. In Chapter 3, the first sectioned "pump wave" method is implemented experimentally on cracked samples and the results are discussed using analytical modelling of the behaviour of closed cracks. Chapter 4 is focused on the "thermal solicitation" of closed cracks using local cooling of the test specimen. The better crack-opening capabilities of this method compared with the pump wave are highlighted. The various physical phenomena involved are studied, and the industrialization of the method envisaged with tests on a real part under industrial control experimental conditions.