Fiche de révision : Contrôle par courants de Foucault

📋 Plan du Cours

1. Généralités et usages du contrôle
2. Propriétés électriques et magnétiques
3. Création et détection des courants induits
4. Pénétration et paramètres d’influence
5. Sondes et modes de montage
6. Applications, avantages et limites

📖 1. Généralités et usages du contrôle

🔑 Notions clés & Définitions

• Contrôle par courants de Foucault : Méthode consistant à créer, au moyen d’un champ magnétique alternatif produit par un solénoïde, des courants induits dans un matériau conducteur.

★ À maîtriser

• Le contrôle par courants de Foucault détecte principalement les défauts surfaciques ou légèrement sous-cutanés.

• Le contrôle par courants de Foucault peut servir à :

  • détecter des fissures
  • mesurer des épaisseurs de revêtement
  • mesurer la conductivité
  • trier des matériaux
  • suivre des traitements thermiques

Compléments

• Le contrôle par courants de Foucault permet un contrôle automatique et à grande cadence de pièces de forme simple, telles que les tubes et les profilés.

• Le contrôle par courants de Foucault ne nécessite ni milieu de couplage ni contact entre la sonde et la pièce.

📖 2. Propriétés électriques et magnétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductivité électrique : La conductivité électrique, notée $\sigma$ et exprimée en S/m, mesure l’aptitude d’un matériau à conduire le courant électrique.

★ À maîtriser

📐 Formule - La résistivité et la conductivité sont liées par $\rho = \frac{1}{\sigma}$, avec $\rho$ en $\Omega\cdot\mathrm{m}$.

• La perméabilité relative vérifie $\mu_r=1+\chi$, où $\chi$ est la susceptibilité magnétique.

Compléments

📐 Formule - La conductivité varie avec la température selon $\sigma(T)=\frac{\sigma(T_0)}{1+\alpha(T-T_0)}$.

• L’échelle %IACS prend le cuivre comme référence, avec $100\ \%\mathrm{IACS}=58\ \mathrm{MS/m}$.

• Les matériaux ferromagnétiques cités sont :

  • le fer
  • l’acier
  • le cobalt
  • le nickel

💡 Astuce mémo

Le cuivre conduit bien sans être ferromagnétique ; le fer est ferromagnétique.

📖 3. Création et détection des courants induits

★ À maîtriser

• 🔄 La formation des courants induits suit ces étapes : la bobine est parcourue par un courant alternatif, la pièce est placée dans le champ magnétique de la bobine, un champ magnétique surfacique apparaît dans la pièce, des courants induits locaux se forment et la pièce devient une bobine fictive

• La distribution des courants induits dépend de :

  • du champ d’excitation
  • de la géométrie de la structure
  • de la conductivité électrique du matériau
  • de la perméabilité magnétique du matériau

📌 Dans une plaque homogène en géométrie, conductivité et perméabilité, les courants induits restent stables lorsque la bobine se déplace, tandis qu’une inhomogénéité rend leur répartition instable.

• Un défaut perturbe la circulation des courants de Foucault et entraîne une variation de l’impédance du solénoïde.

Compléments

📐 Formule - En courant alternatif, l’impédance du solénoïde s’écrit $Z=R+jL\omega$, avec $\omega=2\pi f$ et une réactance inductive $X_L=L\omega$.

• Une variation locale de conductivité, de perméabilité ou de géométrie peut faire varier l’impédance mesurée par la sonde.

💡 Astuce mémo

Bobine alimentée → champ dans la pièce → courants induits → variation d’impédance.

📖 4. Pénétration et paramètres d’influence

★ À maîtriser

📐 Formule - L’amplitude des courants induits décroît avec la profondeur selon $J(x)=J_0e^{-x/\delta}$.

📐 Formule - La profondeur de pénétration est donnée par $\delta=500\sqrt{\frac{1}{\sigma f\mu_r}}$ selon la relation présentée dans le cours.

• La profondeur perceptible des courants de Foucault est approximativement égale à $3\delta$.

• La production des courants de Foucault est conditionnée par :

  • la conductivité du matériau
  • la perméabilité du matériau
  • la fréquence d’excitation
  • la géométrie de la pièce et du défaut
  • la distance sonde-pièce

Compléments

• La fréquence des courants induits est identique à celle du champ excitateur, et leur déphasage varie linéairement avec la profondeur.

• Le lift-off désigne l’éloignement ou l’entrefer entre la sonde et la pièce, et sa variation peut servir à mesurer l’épaisseur d’un revêtement.

💡 Astuce mémo

Fréquence ou conductivité accrue → profondeur de pénétration réduite.

📖 5. Sondes et modes de montage

★ À maîtriser

• Les sondes peuvent être :

  • cylindriques
  • en forme de crayon
  • encerclantes
  • internes

• Une bobine encerclante contrôle les parois extérieures de tubes, de barres et de profilés, tandis qu’une sonde interne contrôle les parois intérieures de tubes et de profilés.

📌 Un montage absolu mesure les variations d’impédance d’une seule bobine, tandis qu’un montage différentiel compare généralement les mesures de deux bobines proches.

Compléments

• Les configurations de montage comprennent :

  • absolue
  • différentielle
  • émetteur-récepteur ou séparée

• Des cales de référence comportant des défauts calibrés servent à caractériser les signaux de contrôle par courants de Foucault.

💡 Astuce mémo

L’absolu mesure une bobine ; le différentiel compare deux bobines.

📖 6. Applications, avantages et limites

★ À maîtriser

• La technique permet :
  • la détection de fissures
  • la détection de dégradations thermiques
  • la mesure d’épaisseurs de matériaux
  • la mesure d’épaisseurs de revêtements
  • la mesure de conductivités
  • la vérification de traitements thermiques

📌 Le contrôle par courants de Foucault est rapide, sensible, automatisable et utilise des capteurs peu coûteux, mais il ne s’applique qu’aux pièces conductrices.

Compléments

• Les applications présentées comprennent : le contrôle aéronautique, le contrôle conventionnel ou robotisé de tubes, le contrôle de soudures et de profilés, les capteurs multiéléments, la cartographie 2D

• Le contrôle par courants de Foucault est surfacique en raison de l’épaisseur de peau et ses signaux sont difficiles à interpréter.

• Le contrôle par courants de Foucault est très sensible aux éléments parasites tels que l’état de surface et les dépôts.

💡 Astuce mémo

Sans contact et rapide, mais réservé aux pièces conductrices et sensible aux parasites.

📊 Tableaux de synthèse

Configurations de sondes