Bref historique de l’inspection par ultrasons multiéléments
Au cours de leurs vingt premières années de commercialisation, les appareils à ultrasons fonctionnaient uniquement avec des sondes monoélément comprenant un seul cristal piézo-électrique pour l’émission et la réception des ondes acoustiques, des sondes à émission-réception séparées équipées de cristaux différents pour l’émission et la réception des ondes ultrasonores et des systèmes à transmission directe utilisant deux sondes monoélément en tandem. Ces approches sont toujours utilisées dans la majorité d’appareils à ultrasons commerciaux destinés à la recherche de défauts et à la mesure d’épaisseur dans le domaine de l’industrie. Toutefois, les appareils à ultrasons multiéléments deviennent de plus en plus importants dans le domaine CND par ultrasons.
Le principe de l’interaction constructive et destructive des ondes a été démontré par le savant anglais Thomas Young en 1801 dans une expérience remarquable dans laquelle il a utilisé deux sources ponctuelles de lumière pour créer des interférences. En effet, il a démontré que les ondes qui sont combinées en phase se renforcent mutuellement, tandis que les vagues qui sont combinées hors phase s’annulent.
Le déphasage, ou phasage, est un moyen de contrôler ces interactions en phasant dans le temps des fronts d’ondes de deux ou plusieurs sources. Il peut être utilisé pour infléchir, orienter ou concentrer l’énergie d’un front d’onde. Dans les années 1960, les chercheurs ont commencé à concevoir des systèmes à ultrasons multiéléments qui utilisaient des sondes à multiples points sources qui généraient des faisceaux acoustiques basés sur ces modèles d’interférence contrôlée. Au début des années 1970, les premiers systèmes multiéléments commerciaux de diagnostic médical généraient des faisceaux dirigés qui créaient des images en coupe transversale du corps humain.
Au départ, l’utilisation des systèmes à ultrasons multiéléments a été confinée principalement au domaine médical, surtout parce que la composition et la structure prévisibles du corps humain rendent la conception des appareils et l’interprétation des images relativement faciles. Les applications industrielles, par contre, représentent un défi beaucoup plus grand en raison des propriétés acoustiques très variables des métaux, des composites, des céramiques, des plastiques et de la fibre de verre, ainsi que de l’énorme variété d’épaisseurs et de formes rencontrées dans le cadre des inspections industrielles. Le premier système multiélément industriel, commercialisé durant les années 1980, était de très grande taille et nécessitait un transfert des données vers un ordinateur pour le traitement et la présentation des images. Ces systèmes ont été le plus souvent utilisés pour l’inspection des centrales électriques en fonctionnement. Cette technologie a surtout été développée dans l’industrie du nucléaire, où l’évaluation critique favorise beaucoup l’utilisation des technologies de pointe pour améliorer les probabilités de détection. D’autres applications ont également été développées pour l’inspection des grands arbres forgés et des composants des turbines basse pression.
Les appareils multiéléments portables alimentés par batterie pour utilisation dans le domaine industriel ont fait leur apparence au début des années 1990. Les appareils analogiques avaient nécessité de la puissance et de l’espace pour créer les configurations multicanaux nécessaires à la déflexion des faisceaux, mais la transition vers le monde numérique et le développement rapide de microprocesseurs intégrés bon marché ont permis un développement plus rapide de la prochaine génération d’appareils à ultrasons multiéléments. De plus, la disponibilité des composants électroniques de faible puissance, dont l’architecture permet des économies d’énergie, et l’utilisation massive du montage en surface dans l’industrie a favorisé la miniaturisation de cette technologie de pointe. Cela a permis l’émergence d’appareils multiéléments portables intégrant la configuration, le traitement de données, l’affichage et l’analyse électronique et une utilisation à grande échelle dans le secteur industriel. Cela a également rendu possible la fabrication de sondes multiéléments standard pour les applications courantes.
