Type d’application
Mesure de la vitesse et de l’atténuation des ultrasons dans les échantillons géologiques, comme les roches et les minéraux.
Contexte
Les techniques de transmission du son par ultrasons ont été utilisées pour définir les propriétés mécaniques de matériaux géologiques. Plus précisément, ces techniques ont été utilisées pour quantifier les paramètres physiques du matériau, tels que la dureté, le module d’élasticité et la structure du grain. Ces techniques ont également été utilisées pour contrôler la compaction du sol ou du sable dans des conditions de laboratoire. Ces tests peuvent généralement être réalisés sur des échantillons préparés présentant deux surfaces planes et parallèles en utilisant des techniques de transmission directe réalisées au moyen de sondes à basse fréquence, comme indiqué ci-dessous. Les tests sur le terrain sont normalement réalisés à des fréquences sismiques bien inférieures à celle de la gamme des ultrasons.
Équipement
Les échantillons géologiques préparés peuvent généralement être testés au moyen d’instruments à ultrasons comme l’appareil de recherche de défauts EPOCH 650™ d’Olympus. On utilise des paires de sondes de contact à basse fréquence en mode d’ondes longitudinales et d’ondes transversales. Les sondes particulières utilisées pour une situation donnée dépendront des propriétés acoustiques des matériaux testés et des dimensions de l’échantillon ; toutefois, le plus souvent, il faut utiliser des fréquences de 1 MHz et moins. La fréquence doit être choisie de manière à générer des formes d’onde non déformées en plus d’assurer une pénétration adéquate.
Procédure
Les échantillons peuvent être préparés dans une variété de formes et de tailles, tant qu’ils offrent deux surfaces plates et parallèles assurant un bon couplage avec la sonde. En général, on utilise des cylindres ou des blocs dont l’épaisseur varie de 50 mm à 250 mm dans la direction de la mesure. Le diamètre ou la largeur de l’échantillon doit être supérieur à la taille de l’élément de la sonde utilisée. Normalement, on effectue une inspection en transmission directe avec des sondes à émission-réception séparées en raison du niveau élevé de diffusion que présentent la plupart des matériaux géologiques soumis à des fréquences ultrasonores. Réglez l’émetteur d’impulsions de l’appareil en mode par transmission directe, puis réglez le gain et le filtrage de manière à obtenir la meilleure réponse. Dans le cas des inspections en transmission directe, le délai zéro de la sonde peut être déterminé en faisant se toucher les deux sondes et en considérant le signal obtenu comme point zéro. Pour les inspections en mode d’ondes longitudinales, le gel de couplage est utile afin de minimiser l’absorption dans les échantillons poreux. Pour l’inspection en mode d’ondes transversales, un gel de couplage spécial à haute viscosité doit être utilisé, par exemple le gel SWC-2 d’Olympus.
Le temps de transit des impulsions peut être mesuré à l’aide d’un appareil de recherche de défauts, d’un oscilloscope ou d’un afficheur numérique de formes d’onde connecté à un émetteur-récepteur. Le logiciel de l’appareil de recherche de défauts peut également calculer et mesurer la vitesse.
Ondes longitudinales | Ondes transversales |
Mesure du temps de transit unidirectionnel dans un grès de 95 mm (3,75 po) testé avec un appareil de recherche de défauts EPOCH 650, deux sondes d’ondes longitudinales V102-SB et deux sondes d’ondes transversales V152-RB (1 MHz et diamètre de 1 po pour les deux).
Les vitesses et la densité mesurées du matériau peuvent être utilisées pour le calcul des propriétés élastiques, comme l’indique la note d’application Mesure des modules d'élasticité à l'aide d'appareils de recherche de défauts et de mesure d'épaisseur. L’atténuation est corrélée aux propriétés physiques comme la structure du grain ou la microfissuration de manière expérimentale, en utilisant des échantillons de référence représentant des conditions connues permettant d’établir une courbe d’étalonnage.
