Imagerie Térahertz pour le contrôle non destructif des composites

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Les fréquences des ondes térahertz se situent entre 300 GHz et 10 THz

Elles sont peu énergétiques et non ionisantes, permettant ainsi une inspection sans danger sur une variété de matériaux et d’objets. Aujourd’hui, ce rayonnement attire de plus en plus l’attention en raison de ces propriétés exceptionnelles. Par ces propriétés uniques, les ondes térahertz peuvent pénétrer à travers des matériaux non-polaires comme le plastique, la céramique, le bois sec, le tissu, le carton, offrant la détection de matériaux indétectables à d’autres fréquences.

Ainsi, l’imagerie térahertz est exploitée pour effectuer un contrôle non destructif (CND) sur un vaste type de matériaux pour voir des défauts masqués, des inclusions et des contaminations à l’intérieur de ces matériaux.

Contrôle non destructif – Térahertz et autres méthodes

Actuellement, les méthodes de CND (contrôle non destructif) largement utilisé comprennent les ultrasons, les rayons X, les courants de Foucault, la thermogravure IR, les émissions micro-ondes etc. Cependant, ces méthodes sont souvent limitées au type d’objets pouvant être inspectés ou au type de défaut détecté. La technologie Térahertz offre une nouvelle opportunité de surmonter ces limitations et ouvre une nouvelle direction de CND interne en raison de son excellente capacité de pénétration de la plupart des matériaux non conducteurs (mousse, céramique, verre, résine, peinture, caoutchouc et matériaux composites, etc.). Dans le tableau au-dessous, nous avons réuni des avantages et des limites de diverses techniques de CND.

MéthodeAvantageInconvénient
ThermographieFonctionne sur différents matériauxLimité aux défauts de surface ou de faible profondeur
Rayon XFonctionne sur différents matériaux Surface/ProfondeurIonisant donc dangereux et couteux  
UltrasonsSurface/ProfondeurContact nécessaire
ShearographieBonne résolutionMatériau à mettre sous contraintes mécaniques
Courant de FoucaultEfficaceSeulement pour matériaux conducteurs
Inspection visuellePeu couteuxSeulement pour les défauts visibles en surface
Imagerie TérahertzRobuste et répétableNouvelle technologie

Quelles applications pour les matériaux composites ?

Les matériaux composites tels que des polymères renforcés à la fibre de carbone ou fibre de verre, des thermoplastiques, des composites plastiques et bois sont de plus en plus utilisés de nos jours et se sont très fortement développés ces 10 dernières années. Leur utilisation en Aéronautique est maintenant devenue incontournable. Par exemple, l’utilisation de ce type de matériau sur l’Airbus A380 a permis d’alléger la structure et de faire en sorte que cet avion consomme 17% de carburant en moins qu’un avion de même capacité.

Ainsi, au cours de la dernière décennie, il y a une forte demande de THz pour le contrôle non destructif (CND), particulièrement dans le domaine de l’aérospatiale. L’une des applications phares de l’imagerie Térahertz pour le contrôle non destructif (CND) est la détection des défauts dans les couches d’isolation en mousse pulvérisée (SOFI) sur le réservoir de carburant de la navette spatiale. En raison de la très faible absorption et de l’indice de réfraction de la mousse dans la région THz, les ondes térahertz pénètrent dans une mousse de quelques centimètres d’épaisseur et détecter les défauts et les non-uniformités. Ce n’est pas par hasard que l’imagerie THz était l’une des quatre technologies sélectionnées par la NASA pour détecter les défauts de lancement des navettes.

En plus de la détection de la mousse, la technologie THz est utilisée pour les tests structuraux et la détection des défauts sur d’autres matériaux. Parmi eux, la détection des défauts de décollement dans la couche adhésive de matériaux de protection thermique, détection de corrosion sous peinture, détection de fissures dans les matériaux céramiques.

  • Contrôle qualité au niveau production

Lors de la fabrication des matériaux composites, il est essentiel qu’un contrôle qualité à 100% soit effectué, surtout lorsque ces matériaux sont utilisés pour des industries comme l’aéronautique, le domaine spatial ou la défense. De tels contrôles sont parfois très compliqués à réaliser car le matériau lui-même fait que les méthodes classiques de contrôle non destructif sont, soit trop onéreuses, soit inadaptées à la problématique.

Aujourd’hui, l’imagerie térahertz ouvre de nouvelles pistes pour effectuer de tels contrôles car l’éventuel « transparence » de ces matériaux aux ondes térahertz permettent d’identifier les défauts internes et invisibles avec des méthodes classiques.

  • Contrôle qualité au niveau de maintenance

Le contrôle de qualité est effectué aussi bien au niveau de la production qu’au niveau de la maintenance. Exploités dans des conditions extrêmes, l’usage des composites peut créer des défauts dont eux-mêmes sont les principales sources de défaillances de ces matériaux. Les structures des composites étant complexes et les dommages n’étant souvent pas visibles à l’œil nu rend plus difficile la détection et l’évaluation des dommages dans les composites.

Les dommages résultant d’une défaillance des matériaux composites peuvent se produire sous différentes formes et peuvent se manifester par le craquage de la matrice, le décollement de la fibre, l’arrachement de la fibre, la délamination, la corrosion, etc. La technologie térahertz est avantageuse pour la détection des craquages sur la surface ou défauts sous la surface des composites.

L’imagerie térahertz offre la possibilité d’une inspection sans contact de défauts interne dans des matériaux, elle réduit aussi considérablement le temps d’inspection en comparaison aux méthodes nécessitant un “scan” point par point.

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