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

L’un des marchés ciblés par ABS Group pour sa technologie de balayage par ultrasons pour les matériaux composites est celui de la réparation de bateaux, où il peut évaluer les dommages ou les défauts qui ne sont pas visibles en surface. (Image :Getty Images)

Les constructeurs navals n’avaient pas la possibilité d’utiliser la fibre de verre lorsque l’American Bureau of Shipping (ABS), une organisation à but non lucratif, a été créée il y a 160 ans pour aider à protéger la vie et les biens en mer. Heureusement, la technologie permettant de mieux garantir la sécurité des navires océaniques a également beaucoup progressé au cours de cette période, en partie parce que les humains sont devenus une espèce spatiale.

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

Une analyse ultrasonore brute d’un bloc d’Avcoat, la résine époxy présente sur le bouclier thermique du vaisseau spatial Orion, donne peu d’informations utiles (en haut). Le traitement du signal approfondi développé par Aerospace Corporation pour la NASA est cependant capable de détecter des défauts tels qu'une liaison manquante et un « baiser détaché » - un endroit où les surfaces se rencontrent mais ne sont pas liées les unes aux autres (en bas). (Image :NASA)

Les navires de plus de 175 pieds de long nécessitent la résistance d’une coque métallique. Étant donné que le métal conduit facilement le son, ceux-ci peuvent être inspectés à l'aide d'un balayage ultrasonique traditionnel, qui envoie un son à haute fréquence dans le matériau et détecte les dommages en repérant les irrégularités dans les échos renvoyés à l'appareil. Les petits navires peuvent gagner du poids grâce aux coques composites, souvent constituées de couches de fibre de verre, de résine époxy ou de fibre de carbone, mais ces matériaux absorbent et atténuent le son, ce qui les rend beaucoup plus difficiles à évaluer avec la technologie ultrasonique.

"Nous avons examiné des industries déjà plus avancées dans leur capacité à détecter les défauts des matériaux non métalliques, et l'industrie aérospatiale est vraiment à la pointe de ce secteur", a déclaré Nick Obando, directeur de la gestion de l'intégrité des actifs chez ABS Group.

Les économies de poids apportées par les matériaux composites, ainsi que les inspections fiables pour garantir la sécurité, comptent parmi les plus grandes priorités de la NASA et d'autres concepteurs d'engins 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 ont fini par se tourner vers la société de R&D à but non lucratif Aerospace Corporation pour créer une nouvelle technologie ultrasonique pour examiner les composites – une technologie qui s'avérerait également adaptée aux besoins du groupe ABS et de sa clientèle plus petite et plus légère.

Un marché potentiel pour l'inspection des matériaux composites réside dans les plates-formes offshore, où les récipients sous pression composites endommagés peuvent présenter un danger, et les matériaux composites pourraient mieux réparer les tuyaux et les structures supérieures s'il existait un moyen de tester leur intégrité. (Image :Getty Images)

Orion est le vaisseau spatial qui transportera les 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 à son retour, alors qu’il traverse l’atmosphère terrestre en générant des températures pouvant atteindre 5 000 °F. Le bouclier devait à l’origine être fabriqué en injectant de l’Avcoat, 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 d'essai a été construit, des fissures se sont formées au niveau de certaines coutures. La NASA et l'entrepreneur Lockheed Martin ont donc décidé de coller des blocs d'Avcoat directement à la base du bouclier.

"Ce faisant, ils ont créé une situation dans laquelle cette ligne de liaison est devenue critique", a déclaré William Prosser, chercheur 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, en Virginie. "Et ils ne disposaient pas d'un bon moyen de le tester car la résistance de la liaison était supérieure à la résistance du matériau Avcoat, ils ne pouvaient donc pas effectuer de tests de traction sur eux comme ils l'ont fait avec les dalles navettes."

Le Centre d'ingénierie et de sécurité entretient 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 essayait déjà une technologie susceptible de résoudre le problème. Toby Case, récemment embauché, avait apporté une technologie de numérisation avancée qu'il avait développée en tant qu'étudiant diplômé, et l'équipe a démontré qu'elle pouvait effectuer une simple vérification ponctuelle sur un échantillon de bouclier thermique. "Mais faire une analyse à grande échelle à l'échelle de la production, c'est un niveau de robustesse complètement différent", a déclaré Kenderian.

Les techniciens du Kennedy Space Center finissent d'appliquer des blocs d'Avcoat, une résine époxy légère, sur le bouclier thermique du module d'équipage Orion. Pour examiner l’adhérence des blocs au bouclier, la NASA s’est tournée vers Aerospace Corporation pour développer un capteur à ultrasons capable de détecter les défauts dans ou sous le matériau malgré sa résistance au son. (Image :NASA)

Ce qui a suivi a été deux années de perfectionnement des techniques de mise au point et de traitement du signal, et même du matériel, jusqu'à ce qu'un utilisateur puisse numériser manuellement une vaste zone de matériaux composites et obtenir une image claire de tout dommage ou défaut sous la surface. "Toutes ces astuces ou étapes de traitement du signal 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 produit grâce au financement de la NASA."

Les ingénieurs de la NASA et de Lockheed Martin ont également participé à l'effort, notamment lorsque le moment est venu de tester et de valider la technologie. "Et puis nous avons dû traduire cela en un système qui pourrait être utilisé sur le matériel de vol du Kennedy Space Center par les inspecteurs", a déclaré Prosser. "Et c'était une autre activité importante."

Aerospace Corporation a reçu un brevet sur la technique fin 2019, et il n’a pas fallu longtemps avant qu’ABS Group fasse appel, octroyant une licence pour la technologie début 2021 et la transformant en service commercial l’année suivante. "Donc, 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 déclaré que l'entreprise cible trois principaux types d'utilisateurs :les fabricants et les détaillants, qui peuvent tous deux utiliser la technologie pour l'assurance qualité, et les ateliers de réparation qui doivent évaluer les dommages ou les défauts. "Il s'agit de protéger toutes les parties impliquées, avec une meilleure assurance quant à l'intégrité de l'actif pendant la fabrication et après la fabrication", a déclaré Obando. Le fabricant ou le revendeur peuvent mieux garantir la qualité et les clients peuvent avoir plus confiance en leur achat. Il a également noté que les assureurs pourraient avoir besoin de ces inspections approfondies.

Mais il a déclaré que l'entreprise travaillait toujours à déterminer d'autres niches qu'elle pourrait combler dans l'industrie nautique et au-delà. "Nous sommes enthousiasmés par cette technologie", a déclaré Obando. « Il s'agit maintenant vraiment de traduire cet enthousiasme auprès de nos clients et de leur dire :« Hé, nous pensons que cela pourrait vous aider, pouvez-vous nous aider à montrer où il existe un cas d'utilisation pour cela dans cette industrie qui est vraiment mal desservie ? » »

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