La shearographie (ST – Shearography en anglais) est une méthode globale, sans contact, d’essai non destructif, qui peut s’appliquer sur des assemblages complexes. Elle permet de visualiser le champ de déplacement, indécelable à l’œil, de la surface d’un objet soumis à une contrainte permettant ainsi de détecter des zones présentant des faiblesses dans l’objet ou la structure.

1. Principe

La visualisation est obtenue par un montage optique de type interférométrique comme décrit en figure 1. L’interférence optique est possible lorsqu’en illuminant une surface à l’aide d’un faisceau laser, on observe une granularité lumineuse appelée speckle. Cette granularité sera différente lorsque l’objet se déformera.

Les lasers utilisés sont de moyenne puissance, entre 50 à 200 milliwatts suivant la surface que l’on veut inspecter en une opération.

Les images seront capturées à des étapes différentes de chargement de l’objet inspecté. Leurs combinaisons permettront de visualiser toute zone se déformant différemment du reste de la surface parce que défectueuse, comme visible sur l’image N° 3 en figure 2. On pourra également obtenir une analyse de décalage de phase des images résultantes par une combinaison plus complexe des images.

(Note définition du terme speckle : Aspect de granulation, de tacheture ou de tavelure présenté par une image et dû soit à l'observation à l'aide d'un faisceau cohérent d'une cible présentant des irrégularités à l'échelle de la longueur d'onde, soit à la propagation du faisceau cohérent dans une atmosphère caractérisée par des variations aléatoires d'indice de réfraction.

Référence : CNES 1985, lien : http://gdt.oqlf.gouv.qc.ca/ficheOqlf.aspx?Id_Fiche=8420619)

Le processus complet de prise d’image varie de 4 à 45 secondes respectivement pour la détection de défauts surfaciques ou en profondeur.

Le niveau de sensibilité de la shearographie est directement lié au type et niveau de contrainte qui sera mis en œuvre soit naturellement en cours d’utilisation, soit simulé. A titre d’exemple, le niveau de contrainte suffisant pour détecter des délaminages dans un matériau composite peut être par exemple une augmentation de la température de 5 °C.

2. Mode d'examen

La mise en œuvre est très simple, le système optique est inclus dans un boîtier appelé « caméra de shearographie », et sera positionné de manière à observer la zone à contrôler. Cela peut se faire par le biais de renvois de l’image par miroirs successifs, comme par exemple dans l’industrie des pneumatiques, une seule caméra enregistre l’entièreté de tout le cylindre du pneu en une opération. L’opérateur aura juste à ajuster la focalisation et la luminosité reçue par le détecteur.

Comme toute méthode d’END, une pièce de calibration est nécessaire pour vérifier le bon fonctionnement et confirmer que le niveau de sensibilité est atteint. Elle doit comprendre des défauts réels et non des défauts artificiels comme utilisés pour les ultrasons, même s’ils peuvent être détectés, ils présentent une déformation beaucoup plus faible, donc non représentative.

L’opérateur lancera le processus de chargement et la séquence de capture d’image qui aura été prédéfinie dans la procédure de contrôle.

3. Domaines d'application

Cette technologie permet de contrôler tous types de matériaux, à l’exception des liquides ou des substances amorphes, ainsi que les assemblages complexes. Sa seule limitation à ce jour est la quantification des défauts dans l’épaisseur, comme par exemple le taux de porosité dans un composite.

Les défauts plans, tridimensionnels, parallèles et perpendiculaires à la surface inspectée, peuvent être détectés. Selon le mode de chargement, il est également possible de localiser des décollements d’éléments perpendiculaires à la surface inspectée même s’ils sont toujours en contact.

4. Intérêts de la méthode

Cette méthode ne nécessite pas de contact avec la surface à contrôler. La recherche des défauts est possible jusqu’à 50 cm dans des structures sandwiches.

Elle est plus rapide que les méthodes classiques et permet de contrôler de très grandes structures complexes, comme par exemple les éléments de fusées.

Elle permet d’atteindre un niveau de probabilité de détection et de fiabilité au moins aussi efficace voire même meilleur que les méthodes classiques, comme démontré par le centre d’essais SANDIA pour le secteur aéronautique aux États-Unis.

5. Norme associée

ASTM E 2581– Standard Practice for Shearography of Polymer Matrix Composites, Sandwich Core Materials and Filament-Wound Pressure Vessels in Aerospace Applications

Texte élaboré par la COFREND en collaboration avec Marie-Anne DE SMET (Airbus).