Quelles sont les méthodes de base du contrôle par ultrasons ?

Le son est un phénomène qui ne génère pas de modifications permanentes, bien que sa présence transitoire soit très perceptible. C'est pourquoi le son, à basse énergie, est particulièrement bien adapté aux essais non destructifs, c'est-à-dire lorsque l'objectif est d'obtenir des informations exactes sur l'état des échantillons contrôlés. À cet effet, il est nécessaire d'appliquer une méthode qui se traduit par une réaction claire dans l'échantillon, mais sans modifier son état. La « passivité » du son est la principale caractéristique qui le rend approprié au contrôle des matériaux.

Le secteur spécifique des émissions acoustiques met également à profit le son passif, les ondes sonores étant générées à l'intérieur du matériau par des modifications spontanées de son état. Les ondes sonores étant des ondes mécaniques, elles nécessitent un milieu qui leur permet de se propager. Tous les matériaux, qu'ils soient solides, liquides ou gazeux, peuvent être évalués selon leurs effets spécifiques sur les ondes sonores. Les contrôles par ultrasons dans leur ensemble sont basés sur l'influence subie par les ondes sonores lorsqu'elles se propagent dans le milieu qui fait l'objet du contrôle. L'onde sonore subit des modifications qui peuvent faire l'objet de mesures, à partir desquelles il est possible d'évaluer l'état du matériau. Une évaluation des propriétés du matériau peut ensuite en être déduite indirectement. À l'aide de modèles et de corrélations empiriques, il est possible d'interpréter certaines modifications du signal sonore comme des modifications de structure du matériau ou la présence d'inclusions, par exemple. L'évaluation de la qualité d'un matériau dépend toujours de la fiabilité du principe d'interprétation du signal.

Les interférences subies par la propagation du son utilisé pour évaluer les matériaux reposent toujours sur les mêmes principes :

2.1 Les interférences dues aux interfaces. Ces interférences résultent par exemple des surfaces qui délimitent la pièce, ou d'interfaces macroscopiques (fissures) ou microscopiques (interfaces de grains).

2.2 Les interférences dues à l'absorption. Il s'agit pour l'essentiel d'une transformation d'énergie découlant d'une friction interne. Dans ce cas, l'évaluation se fait par le signal modifié qui traverse l'environnement, ou par le signal réfléchi au niveau d'une interface.

Ces effets fondamentaux des interférences ont donné lieu aux différentes méthodes de contrôle par ultrasons qui suivent :

2.3 Méthode par résonance, qui se base sur la réflexion entre deux faces extérieures parallèles de la pièce contrôlée (fig. 1).

2.4 Méthode par transmission, qui dans certaines langues porte le nom plus parlant de « méthode par ombre ». Cette méthode est fondée sur l'effet d'ombre acoustique d'une interface (c'est-à-dire une discontinuité du matériau). On peut utiliser deux sondes opposées (fig. 2), ou la « méthode miroir-ombre », avec les sondes du même côté de l'échantillon (fig. 3).

2.5 Méthode à échos, qui utilise le signal réfléchi par une discontinuité du matériau (fig. 4). Il est possible d'utiliser une seule sonde émettrice-réceptrice, ou bien une sonde émettrice et une sonde réceptrice distinctes.

La plus importante des méthodes à échos, et de toutes les méthodes de contrôle par ultrasons, est la méthode pulse-écho. Les impulsions ultrasonores permettent d'évaluer non seulement l'indication de réflexion (amplitude de l'écho), mais aussi le temps d'écho. Ainsi, on obtient des données relatives à la taille du réflecteur et à sa position. Si la position du réflecteur est connue (écho de fond), le temps d'écho permet d'évaluer la structure du matériau. Si la position du réflecteur n'est pas connue mais que les propriétés du matériau le sont (atténuation, vitesse du son), alors il est possible de mesurer l'épaisseur d'une paroi.