La technologie d'inspection par ultrasons d'ABS améliore la sécurité des inspections de coques de navires

L'un des marchés que le groupe ABS vise avec sa technologie d'inspection par ultrasons pour matériaux composites est l'industrie de la réparation navale, où elle peut évaluer les dommages ou défauts qui ne sont pas visibles en surface. (Image : Getty Images)

De l'espace à la mer

Les constructeurs navals n'avaient pas l'option de la fibre de verre lorsque le Bureau américain de navigation (ABS), organisation à but non lucratif, a été créé il y a 160 ans pour aider à sauvegarder la vie et les biens en mer. Heureusement, la technologie pour mieux assurer la sécurité des navires océaniques a également beaucoup progressé depuis, en partie parce que les humains sont devenus une espèce spatiale.

ABS Group of Companies Inc. de Spring, TX, une filiale d'ABS qui fournit des solutions de gestion des risques et étend les services techniques maritimes aux navires plus petits comme les yachts et les bateaux de pêche, a maintenant repris une technologie développée pour inspecter le bouclier thermique du vaisseau spatial Orion de la NASA et l'offre pour évaluer les coques de navires fabriquées avec des matériaux composites avancés.

Une inspection par ultrasons brute d'un bloc d'Avcocat, la résine époxy sur le bouclier thermique du vaisseau spatial Orion, fournit peu d'informations utiles (en haut). Un traitement de signal approfondi développé par Aerospace Corporation pour la NASA est cependant capable de détecter des défauts comme un collage manquant et un « baiser sans collage » — un point où les surfaces se rejoignent mais ne sont pas collées l'une à l'autre (en bas). (Image : NASA)

Le défi des matériaux composites

Les navires de plus de 53 mètres (175 pieds) environ nécessitent la résistance d'une coque en métal. Comme le métal conduit facilement le son, ceux-ci peuvent être inspectés par ultrasons traditionnels, qui envoient des ultrasons dans le matériau et détectent les dommages en repérant les irrégularités dans les échos renvoyés au dispositif. Les navires plus petits peuvent économiser du poids avec des coques en composite, souvent faites de couches de fibre de verre, de résine époxy ou de fibre de carbone, mais ces matériaux absorbent et amortissent le son, les rendant beaucoup plus difficiles à évaluer avec la technologie ultrasonique.

« Nous avons regardé les industries qui étaient déjà plus avancées dans leur capacité à détecter les défauts dans les matériaux non métalliques, et l'industrie aérospatiale mène vraiment ce secteur », a déclaré Nick Obando, Directeur de la gestion de l'intégrité des actifs chez ABS Group.

L'origine spatiale de la technologie

Les économies de poids fournies par les matériaux composites, ainsi que des inspections fiables pour garantir la sécurité, font partie des priorités les plus élevées pour la NASA et d'autres concepteurs de vaisseaux spatiaux. Ainsi, lorsque l'agence spatiale a choisi une nouvelle méthode de construction pour le bouclier thermique du module Orion, ses ingénieurs avaient besoin d'une technique d'inspection capable de garantir son intégrité. Ils se sont tournés vers l'entreprise de R&D à but non lucratif Aerospace Corporation pour créer une nouvelle technologie ultrasonique pour examiner les composites — une technologie qui s'est avérée également adaptée aux besoins d'ABS Group et de sa clientèle plus petite et plus légère.

Un marché potentiel pour l'inspection de matériaux composites se trouve dans les plateformes offshore, où des vaisseaux sous pression composites endommagés peuvent poser un danger, et les matériaux composites pourraient mieux réparer les tuyaux et les structures de surface s'il existait un moyen de tester leur intégrité. (Image : Getty Images)

Le bouclier thermique d'Orion

Orion est le vaisseau spatial qui transportera des astronautes vers la Lune et retour dans le cadre des missions Artemis de la NASA dans les années à venir. Son bouclier thermique le protégera lors de son retour, alors qu'il traverse l'atmosphère terrestre en générant des températures allant jusqu'à 5 000 °F. Le bouclier devait à l'origine être fabriqué en injectant de l'Avcocat, une résine époxy légère précédemment utilisée pour le bouclier thermique de la capsule Apollo, dans les cellules d'une structure en nid d'abeille. Cependant, lorsqu'un bouclier de test a été construit, des fissures se sont formées à certains joints, alors la NASA et le contractant Lockheed Martin ont décidé de coller des blocs d'Avcocat directement sur la base du bouclier.

« Ce faisant, ils ont créé une situation où cette ligne de collage est devenue critique », a déclaré William Prosser, Expert technique pour l'évaluation non destructive au Centre d'ingénierie et de sécurité de la NASA au centre de recherche Langley de l'agence à Hampton, VA. « Et ils n'avaient pas un bon moyen de le tester car la résistance du collage était supérieure à la résistance du matériau Avcocat, donc ils ne pouvaient pas faire des tests de traction comme ils le faisaient avec les tuiles de la navette. »

Développement de la technologie d'inspection

Le Centre d'ingénierie et de sécurité maintient des réseaux d'experts qui s'étendent au-delà de la NASA et incluent Shant Kenderian, Directeur du Département de traitement des matériaux d'Aerospace Corporation et du Laboratoire d'évaluation non destructive de l'entreprise.

Lorsque Prosser a contacté Kenderian en 2015, Aerospace Corporation expérimentait déjà une technologie qui avait le potentiel de résoudre le problème. La recrue récente Toby Case avait apporté une technologie de balayage avancée qu'il avait développée en tant qu'étudiant diplômé, et l'équipe a démontré qu'elle pouvait effectuer une vérification ponctuelle simple sur un échantillon de bouclier thermique. « Mais pour faire un grand balayage à l'échelle de la production, c'est un niveau de robustesse complètement différent », a déclaré Kenderian.

Des techniciens au Centre spatial Kennedy terminent l'application de blocs d'Avcocat, une résine époxy légère, sur le bouclier thermique pour le module d'équipage Orion. Pour examiner le collage des blocs au bouclier, la NASA s'est tournée vers Aerospace Corporation pour développer un capteur ultrasonique capable de repérer les défauts dans ou sous le matériau malgré sa résistance au son. (Image : NASA)

Ce qui a suivi a été deux ans d'affinage des techniques de focalisation et de traitement du signal, et même du matériel, jusqu'à ce qu'un utilisateur puisse balayer manuellement une grande zone de matériaux composites et obtenir une image claire de tout dommage ou défaut sous la surface. « Tous ces tours de traitement du signal ou étapes que nous avons appliquées, chaque étape a amélioré le signal de plus en plus jusqu'à ce qu'il devienne clair », a déclaré Kenderian. « Ce niveau de développement s'est tout fait sous le financement de la NASA. »

Les ingénieurs de la NASA et de Lockheed Martin étaient également impliqués dans l'effort, surtout quand est venu le moment de tester et valider la technologie. « Et puis nous avons dû réellement traduire cela en un système qui pouvait être utilisé sur le matériel de vol réel au Centre spatial Kennedy par les inspecteurs », a déclaré Prosser. « Et c'était une autre activité significative. »

Commercialisation par ABS Group

Aerospace Corporation a obtenu un brevet sur la technique à la fin de 2019, et il n'a pas fallu longtemps avant qu'ABS Group ne vienne frapper à la porte, licenciant la technologie début 2021 et la proposant en service commercial l'année suivante. « Pour autant que je sache, nous sommes les premiers à apporter une véritable capacité d'évaluation à travers l'épaisseur de ces composites non métalliques pour l'industrie maritime », a déclaré Obando.

Il a dit que l'entreprise vise trois principaux types d'utilisateurs : les fabricants et les revendeurs, qui peuvent tous deux utiliser la technologie pour l'assurance qualité, et les ateliers de réparation qui ont besoin d'évaluer les dommages ou défauts. « Il s'agit d'essayer de protéger toutes les parties impliquées, avec une meilleure assurance sur l'intégrité de l'actif pendant la fabrication et après la fabrication », a déclaré Obando. Le fabricant ou le revendeur peut mieux garantir la qualité, et les clients peuvent avoir plus confiance dans leur achat. Il a également noté que les assureurs pourraient avoir une utilité pour ces inspections approfondies.

Mais il a dit que l'entreprise travaille encore à déterminer d'autres niches qu'elle peut combler dans l'industrie nautique et au-delà. « Nous sommes enthousiastes à propos de la technologie », a dit Obando. « Alors maintenant, il s'agit vraiment de traduire cet enthousiasme à nos clients pour dire : 'Hé, nous pensons que cela pourrait vous aider, pouvez-vous nous montrer où il y a un cas d'utilisation pour cela dans cette industrie vraiment mal desservie ?' »

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