Titre de l’invention : Méthode de contrôle non destructif d’un ensemble de structures sensiblement identiques

[0001] L’invention concerne le domaine du contrôle non destructif de structures mécaniques ou contrôle de santé intégré et plus précisément les méthodes ayant pour objectif de détecter la présence de défauts sur ces structures et de les imager.

[0002] Plus précisément, l’invention concerne les méthodes basées sur des ondes élastiques ultrasonores guidées et le contrôle non destructif appliqué à des ensembles de structures sensiblement identiques, par exemple un ensemble de pales d’un réacteur d’avion ou un ensemble de pales d’une éolienne ou encore un ensemble de sections d’un même tuyau. Plus généralement, l’invention s’applique également aux ondes ultrasonores, telles que les ondes de volume.

[0003] En particulier, l’invention s’applique avantageusement aux structures qui sont géométriquement complexes et/ou dont les matériaux sont anisotropes.

[0004] Les méthodes de contrôle non destructif de structures, en particulier les méthodes utilisant des ondes guidées, sont généralement basées sur une comparaison entre une mesure initiale, réalisée lorsque la structure est considérée saine, et une mesure ultérieure réalisée à un instant où la structure est potentiellement endommagée.

[0005] Un problème se pose lorsque les conditions environnementales ou opérationnelles du contrôle varient par rapport à celles de l’état de référence. Les conditions environnementales concernent par exemple la température ou le taux d’humidité. Les conditions opérationnelles concernent des changements mécaniques impactant la structure lors de son fonctionnement opérationnel. De tels changements mécaniques peuvent influer sur la propagation des ondes. Par exemple, dans le cas de pales d’un moteur en rotation, la force centrifuge affecte la propagation des ondes de façon non uniforme, mais de manière sensiblement identique sur toutes les pales.

[0006] Ce problème se pose particulièrement pour les applications de contrôle de santé intégré de structures pour lesquelles on utilise des capteurs intégrés dans une structure à contrôler. Un avantage de cette technologie est de pouvoir réaliser le contrôle de la structure fréquemment et sans nécessité d’arrêter l’exploitation de la structure.

[0007] Dans un tel cas de figure, la comparaison entre la mesure initiale et la mesure ultérieure est faussée car il n’est pas possible de différencier la contribution, dans la mesure, d’un défaut, de celle d’une variation des conditions environnementales.

[0008] Ce phénomène est illustré à la figure 1 qui représente une structure ST à contrôler au moyen d’un couple de capteurs à ultrasons E,R.

[0009] Pour contrôler l’état de la structure entre les capteurs E et R, une onde ulltrasonore UL est émise par le capteur E et se propage dans la structure ST jusqu’à être mesurée par le capteur R.

[0010] A l’instant de référence (a), la structure ST est soumise à des conditions de température T° _o .

[0011] A un instant ultérieur (b), un défaut apparait entre le capteur E et le capteur R. Les conditions de température sont identiques à celles de l’état de référence.

[0012] Les signaux mesurés par le capteur R à l’instant de référence (a) et à l’instant (b) sont représentés superposés sur le diagramme 101. Le diagramme 102 représente le résultat de la soustraction des deux signaux du diagramme 101 qui laisse apparaitre la signature d’un défaut puisque les autres variations du signal liées aux conditions environnementales sont identiques pour les deux mesures.

[0013] A l’inverse, lorsque les conditions de température évoluent vers une valeur T°i à un instant c), les variations du signal liées aux conditions environnementales ne sont plus identiques entre l’état de référence et la mesure à l’instant c). Le diagramme 103 représente la superposition des signaux aux instants a) et c). Le diagramme 104 représente la différence entre les deux signaux. On remarque sur le diagramme 104 que la signature du défaut ne peut plus être différenciée par rapport aux différences de variations du signal liées à l’évolution de la température.

[0014] Il existe donc un besoin pour une méthode de contrôle non destructif d’une structure équipée de capteurs intégrés qui s’affranchit de l’évolution des conditions environnementales et opérationnelles de la structure à contrôler.

[0015] La référence [1] décrit une méthode de contrôle non destructif qui consiste à positionner plusieurs couples de capteurs émetteur-récepteur sur la structure à contrôler afin de définir plusieurs chemins de propagation sensiblement identiques entre les différents couples de capteurs. Par chemins de propagation sensiblement identiques, on entend des chemins entre deux points de la structure ayant la même distance, la même géométrie, les mêmes propriétés mécaniques et étant soumises aux mêmes conditions environnementales et opérationnelles. En comparant les mesures obtenues sur les différents chemins identiques, il est possible de détecter un défaut sur l’un des chemins lorsque la mesure correspondante diffère de celle des autres chemins.

[0016] Cette méthode présente l’avantage de ne pas dépendre de l’évolution des conditions environnementales affectant la structure au cours du temps puisque la similitude des chemins choisis implique l’hypothèse qu’ils sont tous impactés de façon identique par les changements d’état de la structure.

[0017] La méthode précitée est illustrée à la figure 2 qui représente un exemple de structure équipée de trois couples de capteurs définissant trois chemins identiques 201 ,202,203. Les chemins 201 ,202 sont sains tandis que le chemin 203 est impacté par un défaut. Les mesures 211 ,212 réalisées à l’aide des capteurs définissant les chemins sains 201 ,202 permettent de générer une mesure de référence 213 caractérisant l’état sain de la structure. En calculant la différence entre cette mesure de référence 213 et une mesure 214 réalisée sur le chemin 203, on obtient une signature 215 du défaut.

[0018] Une application de cette méthode à un panneau composite est décrite dans la référence [2],

[0019] Un inconvénient de cette méthode est qu’elle nécessite de définir des chemins strictement identiques du point de vue de la propagation des ondes ultrasonores le long de ces chemins et des conditions opérationnelles de fonctionnement de la structure. En pratique, cette contrainte ne peut pas toujours être respectée pour toutes les structures par exemple si le matériau de la structure est anisotrope ou si la géométrie de la structure est complexe et présente des variations d’épaisseur et des courbures ou encore du fait de variabilités liées aux capteurs et à leur couplage sur la structure. [0020] Un autre inconvénient de cette méthode est qu’elle nécessite de comparer les mesures brutes des signaux entre elles, ce qui ne conduit pas toujours à un résultat fiable.

[0021 ] L’invention propose de résoudre les limitations des méthodes précitées en exploitant plusieurs structures sensiblement identiques ou plusieurs parties sensiblement identiques d’une même structure qui sont soumises aux mêmes conditions environnementales. L’invention est particulièrement adaptée au contrôle non destructif de systèmes composés de plusieurs structures sensiblement identiques tels que les ensembles de pales d’un réacteur d’avion.

[0022] L’invention a pour objet une méthode de contrôle non destructif d’un ensemble de plusieurs structures supportant des modes de propagation d’ondes élastiques ultrasonores, les structures dudit ensemble étant sensiblement identiques, chaque structure étant équipée d’une pluralité de capteurs d’ondes élastiques identiques et positionnés à des emplacements sensiblement identiques sur chacune des structures, la méthode comprenant les étapes de :

- Pour chaque couple de capteurs, déterminer un signal caractéristique de la propagation d’une onde élastique ultrasonore dans la structure le long d’un chemin reliant les capteurs du couple,

- Regrouper les signaux obtenus par groupes correspondant à des chemins entre capteurs sensiblement identiques du point de vue de la propagation de l’onde le long du chemin,

- Extraire de chaque signal, une pluralité de caractéristiques représentatives du signal sous forme d’un vecteur de caractéristiques,

- Au sein de chaque groupe de signaux, déterminer un indicateur de dommage représentatif d’une distance entre chaque vecteur de caractéristiques associé à un couple de capteurs et une moyenne desdits vecteurs de caractéristiques sur l’ensemble des signaux du groupe,

- Comparer l’indicateur de dommage à un seuil prédéterminé et conclure à la présence d’un défaut sur le chemin entre un couple de capteurs si l’indicateur de dommage associé à ce couple est supérieur audit seuil. [0023] Dans une variante de réalisation, la méthode comprend en outre une étape préalable de définir plusieurs groupes de chemins entre capteurs sensiblement identiques du point de vue de la propagation de l’onde le long du chemin en prenant en compte au moins une des contraintes parmi : une contrainte de similitude géométrique, une contrainte de similitude de la composition des matériaux formant les structures, une contrainte de similitude de l’environnement auquel sont soumis les structures, une contrainte de similitude des conditions opérationnelles auxquelles sont soumises les structures.

[0024] Selon un aspect particulier de l’invention, les caractéristiques représentatives extraites du signal sont prises parmi : l’énergie du signal, I’ amplitude maximale du signal, un instant correspondant à un point particulier du signal, la fréquence du maximum du signal, la valeur du maximum du signal en fréquence, les coefficients d’ une décomposition en ondelettes appliquée aux signaux, des centroïdes fréquentiels et temporels.

[0025] Dans une variante de réalisation, la méthode comprend en outre les étapes de :

- Echantillonner spatialement chaque structure en une pluralité de points,

- Calculer une ellipse autour de chaque couple de capteurs,

- Affecter à chaque point situé à l’intérieur d’une ellipse la valeur de l’indicateur de dommage calculé pour le couple de capteurs,

- Pour chaque point situé à l’intérieur de plusieurs ellipses, sommer les valeurs d’indicateur de dommage correspondantes,

- Comparer l’indicateur de dommage à un seuil prédéterminé et conclure à la présence d’un défaut aux alentours du point si l’indicateur de dommage associé à ce point est supérieur audit seuil.

[0026] Dans une variante de réalisation, la méthode comprend en outre : une étape préalable de détermination d’indicateurs de dommages initiaux pour les mêmes structures dans un état initial sain, une étape de soustraction des indicateurs de dommages initiaux aux indicateurs de dommages déterminés pour lesdites structures dans un état ultérieur.

[0027] Dans une variante de réalisation, la méthode comprend une étape de calcul, pour chaque groupe de signaux, de moments statistiques appliqués aux vecteurs de caractéristiques et comprenant au moins un calcul de moyenne et d’une matrice de covariance.

[0028] Dans une variante de réalisation, l’étape de calcul de moments statistiques est réalisée de façon itérative en supprimant, à chaque itération, le vecteur de caractéristiques présentant une distance supérieure à un seuil prédéterminé la plus élevée par rapport à la moyenne desdits vecteurs.

[0029] Selon un aspect particulier de l’invention, l’étape de déterminer un signal caractéristique de la propagation d’une onde élastique ultrasonore dans la structure le long d’un chemin reliant les capteurs du couple est réalisée en émettant une onde élastique ultrasonore depuis le premier capteur du couple et mesurant à l’aide du second capteur du couple l’onde élastique ultrasonore propagée dans la structure.

[0030] Selon un aspect particulier de l’invention, l’étape de déterminer un signal caractéristique de la propagation d’une onde élastique ultrasonore dans la structure le long d’un chemin reliant les capteurs du couple est réalisée en :

- Mesurant à l’aide des deux capteurs du couple, la propagation d’une onde élastique ultrasonore dans la structure, issue de vibrations mécaniques impactant la structure dans son comportement opérationnel ;

- Calculant une corrélation entre les signaux mesurés par les deux capteurs du couple.

- Convoluant le résultant de la corrélation avec un signal de spectre prédéterminé.

[0031] L’invention a aussi pour objet un système de contrôle non destructif d’un ensemble de plusieurs structures supportant des modes de propagation guidée d’ondes élastiques ultrasonores, les structures dudit ensemble étant sensiblement identiques, le système comprenant une pluralité de capteurs d’ondes élastiques destinés à être positionnés à des emplacements sensiblement identiques sur chacune des structures et une unité de calcul configurée pour exécuter les étapes de la méthode de contrôle non destructif selon l’invention à partir des signaux mesurés par lesdits capteurs.

[0032] Dans une variante de réalisation le système selon l’invention comprend en outre une interface d’affichage pour afficher une cartographie desdites structures à partir des indices de dommage calculés.

[0033] Selon un aspect particulier de l’invention, les capteurs d’ondes élastiques sont choisis parmi des transducteurs piézoélectriques, des transducteurs acoustiques électromagnétiques ou des capteurs à réseau de Bragg sur fibre optique.

[0034] L’invention a aussi pour objet un ensemble de plusieurs structures supportant des modes de propagation guidée d’ondes élastiques ultrasonores, les structures dudit ensemble étant sensiblement identiques et étant équipées du système de contrôle non destructif selon l’invention, les capteurs d’ondes élastiques dudit système étant à des emplacements sensiblement identiques sur chacune des structures.

[0035] Selon un aspect particulier de l’invention, ledit ensemble étant constitué par un ensemble de pales d’un réacteur d’avion.

[0036] Selon un aspect particulier de l’invention,, ledit ensemble étant constitué par un ensemble de sections cylindriques identiques connectées pour former un tuyau.

[0037] D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés suivants.

[0038] [Fig. 1] illustre le principe d’une méthode de contrôle non destructif basée sur un état de référence selon l’art antérieur,

[0039] [Fig. 2] illustre une autre méthode de contrôle non destructif basée sur une comparaison entre chemins identiques sur une même structure,

[0040] [Fig. 3] illustre, sur un schéma, le principe sur lequel est basée l’invention,

[0041] [Fig. 4] illustre un exemple d’agencement de capteurs sur deux structures sensiblement identiques, [0042] [Fig. 5] schématise, sur un organigramme, les étapes de mise en œuvre d’un procédé de contrôle non destructif selon l’invention,

[0043] Fig. 6] illustre un exemple de cartographie d’une structure obtenue avec l’invention.,

[0044] [Fig. 7] représente un schéma d’une application préférentielle de l’invention pour contrôler l’état de santé de pales d’un réacteur d’avion.

[0045] Par la suite, l’invention est décrite dans le cas d’application d’ondes ultrasonores guidées, cependant l’invention s’applique à l’identique en utilisant des ondes de volumes.

[0046] Le principe de l’invention consiste à réaliser plusieurs mesures d’ondes ultrasonores guidées entre des paires de capteurs émetteur-récepteur situés aux mêmes positions sur des structures sensiblement identiques de telle manière que la propagation de l’onde parcourt des chemins identiques vis-à-vis de la géométrie de la pièce, des propriétés du matériau mais aussi des conditions environnementales et opérationnelles. Par exemple, dans le cas d’une structure correspondant à un tuyau, on peut considérer que le tuyau, de section constante, est formé de plusieurs parties identiques entre elles d’un point de vue géométrique et étant composées des mêmes matériaux. Cependant, ces différentes parties d’un même tuyau peuvent être soumises à des conditions environnementales différentes. C’est le cas par exemple lorsqu’une partie du tuyau est au soleil et une autre partie à l’ombre. Dans ce cas, les différentes parties du tuyau sont soumises à des températures différentes ce qui peut impacter la propagation des ondes même sur des chemins identiques géométriquement. En outre, les conditions opérationnelles de fonctionnement de la structure peuvent également avoir un impact sur la propagation des ondes. Par exemple, si une partie du tuyau comporte un contenu chaud et une autre partie du tuyau comporte un contenu froid, les différences de température vont aussi impacter la propagation des signaux. Les variabilités de propagation des ondes peuvent également provenir de vibrations impactant différemment les différentes parties du tuyau.

[0047] Par la suite, la notion de chemins sensiblement identiques doit être comprise comme signifiant des chemins ayant sensiblement la même géométrie, parcourant des structures composées des mêmes matériaux et étant soumises aux mêmes conditions environnementales et opérationnelles. Bien entendu, l’expression « sensiblement identique » doit être comprise comme signifiant identique aux tolérances prêt de fabrication, d’intégration des capteurs sur la structure et de mesures de l’impact des conditions environnementales et opérationnelles.

[0048] Par ailleurs, les capteurs positionnés sur les structures pour définir les chemins doivent également être sensiblement identiques pour limiter la variabilité des conditions de fonctionnement des capteurs.

[0049] La figure 3 schématise N structures sensiblement identiques qui subissent les mêmes conditions opérationnelles et environnementales (notamment température, humidité) au cours du temps. Sur chacune de ces structures, un couple de capteurs E,R est positionné aux mêmes positions. Un chemin de propagation identique est donc défini sur l’ensemble des structures. En l’absence de défaut, les signaux mesurés sont censés être très similaires, quel que soit l’instant de mesure puisque l’influence des conditions environnementales sur les signaux est identique sur chaque structure.

[0050] Dès lors, l’apparition d’un défaut sur l’un des chemins (par exemple sur la structure i identifiée à la figure 3 modifie le signal correspondant. Une comparaison entre toutes les mesures permet d’identifier celle qui se démarque des autres et qui correspond à un potentiel défaut. Pour cela, un calcul d’indicateur de dommage est réalisé pour chaque structure et comparé à un seuil de détection de défaut comme illustré sur le diagramme du bas de la figure 3.

[0051] La figure 4 schématise une vue de dessus de deux structures sensiblement identiques 401 ,402 du type de celles décrites à la figure 3. Ces structures présentent une variation d’épaisseur et une courbure dans le sens latéral et une invariance dans le sens longitudinal comme cela peut être visualisé sur la figure 3.

[0052] Sur l’exemple de la figure 4, douze capteurs sont positionnés sur chacune des structures 401 ,402 à des positions identiques. Sur la droite de la figure 4 on a représenté quelques chemins identiques entre couples de capteurs au vu des propriétés mécaniques et de la géométrie des structures. [0053] Par exemple, les 8 chemins de propagation horizontaux 0-1 ,3-4,6-7,9-10,12- 13, 15-16, 18-19 et 21-22 sont identiques entre eux.

[0054] Les 8 chemins de propagation horizontaux 1-2, 4-5, ... 22-23 sont identiques entre eux. Ils sont différents des chemins précédents car les structures 401 ,402 ne sont pas symétriques par rapport à leur axe longitudinal.

[0055] Les 6 chemins de propagation verticaux 0-3, 3-6, ... 18-21 sont identiques entre eux.

[0056] Les 6 chemins de propagation diagonaux 0-4, 3-7, ... 18-22 sont identiques entre eux.

[0057] Les 6 chemins de propagation diagonaux 0-5, 3-8, ... 18-23 sont identiques entre eux.

[0058] La liste ci-dessus n’est pas exhaustive et d’autres groupes de chemins de propagation identiques peuvent être définis.

[0059] L’organigramme de la figure 5 détaille les étapes de mise en œuvre de la méthode de contrôle non destructif selon un mode de réalisation de l’invention.

[0060] La première étape 501 consiste à acquérir un ensemble de signaux au moyen des capteurs positionnés sur les structures 401 ,402. Par exemple, l’acquisition de signaux 501 est une acquisition simultanée multivoies. Au sein de chaque structure 401 ,402, chaque capteur est excité tour à tour pour émettre une onde élastique ultrasonore qui se propage dans la structure. Les autres capteurs mesurent les signaux ultrasonores propagés. Par exemple, les capteurs sont des transducteurs piézoélectriques ou des transducteurs acoustiques électromagnétiques ou des capteurs à réseau de Bragg sur fibre optique.

[0061] Les signaux d’excitation sont, par exemple, des signaux comprenant une série d’impulsions carrées centrées à une fréquence choisie ou des cycles de sinusoïde.

[0062] Dans une étape de pré-traitement, on applique une fenêtre temporelle de filtrage aux signaux mesurés afin de ne conserver que la partie utile du signal et de supprimer éventuellement les réflexions des ondes en bout de pièce ainsi que le début du signal qui correspond au couplage électronique avec le système d’acquisition. [0063] Dans une variante de réalisation de l’invention, aucun signal d’excitation n’est utilisé mais les capteurs réalisent chacun une acquisition passive des ondes ultrasonores générées par des perturbations mécaniques de la structure. Ces perturbations proviennent par exemple du bruit ambiant, ou d’un frottement de l’air sur la structure ou d’une vibration de la structure. Tous les capteurs positionnés sur les structures 401 ,402 fonctionnent alors en réception pour mesurer la propagation de ces signaux dans la structure. L’étape 501 d’acquisition comporte alors des étapes supplémentaires. Pour chaque couple de capteurs définissant un chemin, les signaux mesurés par les deux capteurs du couple sont corrélés, puis le résultat de la corrélation est convolué avec un signal d’excitation pour obtenir une réponse sur une bande de fréquences limitée. En réalisant ces deux étapes de traitement supplémentaires, on obtient un signal comparable à celui obtenu avec le premier mode de réalisation (capteurs fonctionnant en émetteur et récepteur successivement). L’Homme du métier trouvera plus d’indications sur la mise en œuvre d’acquisition passive à l’aide de capteurs d’ondes ultrasonores par exemple dans les demandes de brevet FR3060743A1 , FR3105554A1 , W02019091705A1 .

[0064] A l’étape 502, on sépare ensuite les différents signaux mesurés en groupes de signaux correspondant à une famille de chemins identiques pour lesquels les signaux peuvent être comparés. La notion de chemins identiques dépend des spécificités géométriques de la structure ainsi que du matériau qui la compose. Par exemple, des trajets horizontaux et verticaux peuvent être comparables si la pièce est isotrope et non comparables sinon. Dans l’exemple des figures 3 et 4, la structure considérée comporte une absence de symétrie gauche droite, mais une invariance selon la hauteur. Dans un tel exemple, les chemins suivants constituent une famille : 0-1 , 3-4, 6-7, 9-10, 12-13, 15-16, 18-19, 21-22. Une seconde famille distincte est constituée par 1-2, 4-5... 22-23 en raison de l’absence de symétrie.

[0065] A l’issue de l’étape 502, on obtient donc des groupes de signaux comparables.

[0066] Un critère supplémentaire à considérer dans la définition des chemins de propagation retenus est le nombre de chemins identiques. En effet, lorsque le nombre de chemins identiques dans un groupe est trop faible, ce groupe de chemins n’est pas retenu car les traitements statistiques appliqués aux signaux sont soumis à trop de biais. Dans l’exemple de la figure 4, les quatre chemins 0-8, 3-11 , 12-20 et 15-23 sont identiques entre eux, mais seulement au nombre de quatre. Le nombre minimum de chemins dans un groupe dépend du degré de similitude entre les chemins.

[0067] Plus les chemins sont similaires entre eux, c’est-à-dire moins il y a de variations au niveau des conditions environnementales et opérationnelles, du matériau et des capteurs, plus les signaux acquis pour ces chemins sont similaires. Par conséquent, l’impact d’un endommagement de la structure sur l’un de ces signaux sera alors facilement détectable par comparaison. Si les chemins ont des variations importantes entre eux, alors il est nécessaire d’avoir un échantillon statistique de chemins en nombre plus important pour être représentatif de ces variations.

[0068] A l’étape 503, pour chaque signal, un ensemble de caractéristiques représentatives des signaux sont générées. Elles peuvent être, sans être limitées à celles-ci, l’énergie du signal calculée dans tout ou partie de la bande de fréquence utile et/ou dans une fenêtre temporelle d’intérêt, l’amplitude maximale du signal, des instants correspondants à des points particuliers du signal (par exemple le maximum ou un passage à 0), la fréquence du maximum et la valeur du maximum en fréquence, les coefficients d’une décomposition en ondelettes, les centroïdes fréquentiels et temporels. Le document [3] liste un ensemble de caractéristiques possibles.

[0069] A l’issue de l’étape 503, chaque signal indicé par i est représenté par un vecteur de caractéristiques Xi qui correspond à un point dans un espace multidimensionnel.

[0070] A l’étape 504 on calcule ensuite, pour chaque groupe de signaux déterminé à l’étape 502, un ensemble de premiers moments statistiques à partir des vecteurs de caractéristiques X du groupe. Plus précisément on calcule la moyenne et la matrice de covariance des vecteurs X pour chaque groupe.

[0071] Optionnellement, le calcul des premiers moments statistiques est réalisé sur un sous ensemble de points en filtrant certains points jugés aberrants. En effet, en raison du nombre limité de chemins dans un groupe, il est possible que la présence d’un défaut altère les moments statistiques d’un groupe entier. Ainsi les moments statistiques calculés peuvent être relativement éloignés de ceux correspondant à un ensemble sain, ce qui peut avoir pour effet de détecter comme endommagé un signal sain du fait que la statistique soit « déplacée » vers le cas endommagé. Pour éviter ce cas de figure, dans un mode de réalisation particulier de l’étape 504, un calcul itératif des moments est réalisé. Une fois la statistique calculée une première fois, on vérifie si un point Xi se trouve à une distance trop importante de la moyenne en termes d’écarts types dans la direction associée (par exemple 3 écarts-types). A noter que, comme la statistique est multi-dimensionnelle, il faut calculer l’écart-type dans la direction du point considéré. Plus précisément, si C est la matrice de covariance, Xi le point considéré et X _m la moyenne des points, l’écart-type ou déviation standard dans la direction du point Xi est donnée par la relation : a =

[0072] Le point le plus éloigné est retiré de l’ensemble pour recalculer les moments. On itère ce procédé jusqu’à avoir convergé vers un ensemble, et donc une statistique, stable, c’est-à-dire jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de points au-delà d’une distance prédéterminée à la moyenne ou jusqu’à ce que le nombre de points restants dans le groupe passe en dessous d’un seuil minimum.

[0073] A l’issue de l’étape 504, on obtient pour chaque groupe de signaux, une moyenne des vecteurs de caractéristiques ainsi qu’une matrice de covariance. A l’étape 505, on calcule ensuite, pour chaque point Xi de chaque groupe de signaux, un indicateur de dommage égal à une distance du point à la moyenne calculée à l’étape 503. La distance X _m est normalisée par l’écart-type o calculé dans la direction du point.

[0074] Selon un premier mode de réalisation de l’invention, les indicateurs de dommages calculés à l’étape 505 sont comparés (étape 507) à un seuil de détection de défaut prédéterminé. Si un indicateur de dommages dépasse le seuil de détection, un défaut est détecté au voisinage du chemin reliant les deux capteurs du couple associé au point considéré. Le seuil de détection de défauts est, par exemple, égal à trois fois la valeur de l’écart type calculé sur les indicateurs de dommage. Cet écart type peut être calculé par groupe de signaux ou globalement pour tous les signaux pour lesquels l’indicateur de dommage a été calculé. [0075] Afin d’améliorer la probabilité de bonne détection et de diminuer la probabilité de fausse alarme, une étape optionnelle 506 supplémentaire est envisagée dans un second mode de réalisation. L’étape 506 consiste à cartographier les structures 401 , 402 à partir des indicateurs de dommages calculés à l’étape 505. Autrement dit, on définit une grille d’échantillonnage spatial de chaque structure 401 ,402, la grille définissant un ensemble de points de la structure pour lesquels on souhaite calculer un indicateur de dommage. Ensuite, pour chaque indicateur de dommage calculé à l’étape 505 et associé à un couple de capteurs, on détermine une ellipse autour du couple de capteurs, cette ellipse définissant une zone dans laquelle sont situés des points de la grille d’échantillonnage spatial. On détermine des ellipses pour chaque couple de capteurs de la structure pour lesquels un indicateur de dommages a été calculé à l’étape 505. On affecte à toute l’ellipse l’indicateur de dommages calculé pour le couple de capteurs. Ensuite, lorsqu’un point de la grille d’échantillonnage spatial est situé dans plusieurs ellipses, on calcule un indicateur de dommages pour ce point égal à la somme des indicateurs de dommages des différentes ellipses. Si un point n’est situé que dans une seule ellipse, son indicateur de dommages est égal à celui de l’ellipse.

[0076] La figure 6 schématise, sur la gauche, un exemple d’ellipse 600 définie autour d’un couple de capteurs E,R. La taille de l’ellipse 600 est définie de sorte à prendre en compte des trajets indirects de l’onde 602 en plus du trajet direct 601 .

[0077] A l’issue de l’étape 506, on obtient une cartographie des structures 401 ,402 qui donne, pour chaque point de la structure une valeur d’indicateur de dommages qui est ensuite comparée à un seuil de détection de défaut à l’étape 507. Un exemple de cartographie 610 est représenté sur la droite de la figure 6 où l’on peut identifier la présence d’un défaut 611 à l’intersection de plusieurs ellipses. Le seuil de détection de défaut est par exemple égal à la moitié de la valeur maximale possible pour un point de la cartographie. Il peut être obtenu plus généralement par calibration dans une phase préalable. L’étape 507 de comparaison à un seuil de détection de défaut peut être remplacée par un moteur d’apprentissage automatique entrainé pour reconnaître les caractéristiques fines des cartographies issues de l’étape 506 ou des valeurs d’indicateur de dommage issues de l’étape 505. Le moteur d’apprentissage est, par exemple s’agirait un classifieur mis en œuvre par un réseau de neurones artificiels ou un algorithme de type machine à vecteur de support ou un algorithme du type forêt aléatoire ou« random forest » en anglais. Le moteur d’apprentissage est entrainé à partir de données réelles ou simulées pour reconnaître les caractéristiques représentatives d’un défaut. Dans cette variante, l’invention peut être vue comme une opération de réduction de dimensionnalité réalisée en amont de l’étape d’apprentissage automatique.

[0078] Dans une autre variante de réalisation, dans le cas où les mesures réalisées sur les structures présentent une grande variabilité liée par exemple aux types de matériaux, ou à l’instrumentation des capteurs, on exploite une acquisition ayant été réalisée lorsque les structures étaient saines, par exemple à un instant initial de mise en service. Le même procédé décrit à la figure 5 est appliqué, permettant de déterminer les indicateurs de dommages pour les structures dans leur état de référence, ce qui permet de prendre en compte la variabilité des structures et de l’instrumentation. En soustrayant ces indicateurs de dommages initiaux aux indicateurs de dommages calculés à un instant ultérieur, la variabilité des mesures liée à l’instrumentation et aux pièces est réduite. Contrairement à un état de référence usuel tel qu’envisagé dans l’état de l’art, l’invention ne compare pas directement les signaux entre eux mais utilise des indicateurs statistiques calculés à partir de certaines caractéristiques des signaux, cette stratégie est donc plus robuste (en particulier si on fait l’hypothèse que les variabilités sont insensibles aux conditions environnementales venant modifier les signaux). Cette variante de réalisation correspond à une calibration du degré de similitude entre les chemins. Elle présente l’avantage de ne pas nécessiter de conditions environnementales ou opérationnelles identiques pour l’état de référence et pour l’état ultérieur.

[0079] L’invention est mise en œuvre au moyen de capteurs d’ondes ultrasonores élastiques.

[0080] Les capteurs sont choisis parmi des transducteurs piézoélectriques tels que des films en Polyfluorure de vinylidène ou des céramiques à base de titano- zirconates de plomb, des transducteurs acoustiques électromagnétiques (par exemple de type EMAT ou patchs magnétostrictifs) ou des capteurs à réseau de Bragg sur fibre optique. [0081 ] Les capteurs sont positionnés à des endroits prédéterminés des structures 401 et 402. Les agencements de capteurs sont identiques sur chacune des structures 401 ,402 de façon aussi similaire que possible compte tenu des contraintes de fabrication. Par exemple, si les longueurs d’onde d’intérêt des ondes utilisées sont de l’ordre de 10 millimètres, alors une erreur de positionnement des capteurs de l’ordre de 1 millimètre entraine un changement des signaux mesuré d’un dixième de cycle, ce qui peut être significatif.

[0082] Les capteurs sont identiques entre eux dans les limites des contraintes de fabrication. En particulier, des variations peuvent exister entre les capteurs dues à des défauts de calibration ou des imperfections de fabrication.

[0083] Les capteurs peuvent être fixés sur la structure ou directement intégrés dans le matériau de la structure.

[0084] Chaque capteur est relié à une chaine d’acquisition de signal et l’ensemble des capteurs sont reliés à une unité de traitement qui est configurée pour exécuter la méthode de calcul d’indice de dommage et de détection de défaut décrite ci-dessus.

[0085] L’unité de traitement peut être située à distance des structures à contrôler. Chaque structure est munie de capteurs et d’une chaine d’acquisition de signal qui réalise également l’extraction des caractéristiques des signaux (étape 504). Ces caractéristiques représentent des données à faible débit comparées aux signaux bruts mesurés et peuvent donc être transmis à l’unité de traitement distante au moyen d’une technologie sans fil bas débit, par exemple la technologie LoRa ^tm .

[0086] L’unité de traitement peut être réalisée sous forme logicielle et/ou matérielle à partir d’un processeur et une mémoire. Le processeur peut être un processeur générique , un processeur spécifique, un processeur graphique GPU (Graphie Processing Unit), un circuit intégré propre à une application (connu aussi sous le nom anglais d’ASIC pour « Application-Specific Integrated Circuit ») ou un réseau de portes programmables in situ (connu aussi sous le nom anglais de FPGA pour « Field-Programmable Gate Array »)

[0087] Les résultats fournis par l’unité de traitement peuvent être affichés sur un écran d’ordinateur ou directement sur une interface faisant partie du dispositif. [0088] Chaque capteur peut cumuler à la fois la fonction d’émetteur et de récepteur ou seulement l’une des deux fonctions. Dans ce second cas, il y a au moins un capteur ayant la fonction d’émetteur et au moins un capteur ayant la fonction de récepteur parmi l’ensemble des capteurs. Avantageusement, l’ensemble des capteurs comprend une moitié de capteurs ayant la fonction d’émetteur et une moitié de capteurs ayant la fonction de récepteur.

[0089] Un avantage de l’invention est qu’elle constitue une réduction de dimensionnalité physiquement pertinente. Les valeurs d’indicateurs de dommages calculés correspondent à une compression des mesures brutes et par conséquent, cela est avantageux pour transférer des données en format réduit et/ou pour les stocker et/ou entrainer des algorithmes d’apprentissage machine.

[0090] La figure 7 schématise une application préférentielle de l’invention qui concerne le contrôle de santé d’un ensemble de pales P1 ,P2,P3 d’un réacteur R d’avion. Comme cela peut être visualisé sur la figure 7, les pales d’un réacteur constituent des structures sensiblement identiques d’un point de vue géométrique mais aussi soumises à des conditions opérationnelles et environnementales similaires. Par ailleurs ce type de structure présente une géométrie complexe avec des courbures et des variations d’épaisseur qui ne rendent pas possibles l’utilisation des méthodes de contrôle de santé selon l’art antérieur. L’invention permet avantageusement de contrôler l’apparition de défauts sur ce type de structures.

[0091 ] Références

[0092] [1] Anton, S. R., Inman, D. J., & Park, G. (2009). Reference-free damage detection using instantaneous baseline measurements. AIAA journal, 47(8), 1952- 1964.

[0093] [2] Salmanpour, M. S., Khodaei, Z. S., & Aliabadi, M. H. (2016). Instantaneous baseline damage localization using sensor mapping. IEEE Sensors Journal, 17(2), 295-301 .

[0094] [3] Morizet, Nicolas, et al. "Classification of acoustic emission signals using wavelets and Random Forests: Application to localized corrosion." Mechanical Systems and Signal Processing 70 (2016): 1026-1037.