FR2918750A1 - Systeme, procede, et capteur de controle de l'alteration de materiaux par voie humide. - Google Patents

Abstract

Système, procédé et capteur de contrôle de l'altération de matériaux comprenant un appareil de contrôle (1,16) et un capteur (2), ledit capteur (2) comportant des moyens de liaisons (7,19,20) avec l'appareil de contrôle (1,16), dans lequel le capteur (2) comporte un substrat (9) résistant à la corrosion sur lequel est appliqué un élément métallique (10), ledit élément métallique (10) comprenant au moins une structure (13) permettant d'initier et de guider sa corrosion.

Description

SYSTÈME, PROCÉDÉ, ET CAPTEUR DE CONTRâLE DE L'ALTERATION DE MATERIAUX PAR

VOIE HUMIDE

L'invention concerne un système, un procédé et un capteur de contrôle de l'altération de matériaux par voie humide pour la prévention de la dégradation d'ouvrage d'architecture, de moyen de transport ou de tout type de structure à base de métal ou de bois. Ces matériaux à base de bois ou de métal s'altèrent durant leur cycle d'utilisation du fait notamment d'agression d'éléments lo environnementaux, en particulier de I 'eau. Dans le cadre, par exemple, de la construction d'ouvrage d'architecture, des armatures métalliques sont coulées dans du béton. Ces armatures sont sujettes à la corrosion, du fait de la pénétration, au travers de la surface poreuse du béton, d'agents actifs tels que des chlorures de sodium 15 ou du dioxyde de carbone. Ces agents agressifs ont pour effet de provoquer la corrosion de ces armatures lors d'un processus nommé carbonatation. Ces armatures en se corrodant augmentent de volume, et provoquent l'éclatement du béton d'enrobage, engendrant alors de graves dommages structurels, et réduisant par conséquent la durée de vie de ces ouvrages. 20 De même, pour un ouvrage d'architecture en bois des altérations se rapportant au pourrissement et à la moisissure sont engendrés par l'humidité et les intempéries. Un problème se pose alors de pouvoir contrôler l'état de ces armatures afin de prévenir ou de suivre ces différentes altérations. 25 II est connu dans le domaine de la construction d'ouvrage d'architecture en béton de procéder à une inspection régulière des armatures métalliques. Cette inspection est réalisée à partir d'opérations de dégradation de blocs de béton enrobant ces armatures, afin de pouvoir contrôler leur état 30 par un accès visuel. De même, pour des ouvrages d'architectures en bois des inspections de contrôle peuvent être menées à partir d'opérations de

prélèvement, destiné à être analysé, ou encore de prise de mesure du taux d'humidité du bois. Mais de telles inspections revêtent un caractère destructif pour ces ouvrages, à cause des dommages matériels créés par des opérations de dégradation, de prélèvement ou de prise de mesure. De plus ces inspections engendrent de nombreuses contraintes pour leur mise en oeuvre.

Pour pallier ces inconvénients, le document de brevet io US5015355 enseigne un système comprenant un capteur placé dans du béton d'enrobage, situé entre la première couche d'armatures et la surface de l'ouvrage d'architecture. Ce capteur est constitué d'au moins une anode en acier de composition voisine des armatures métalliques et d'une cathode de référence. Ce capteur est connecté à un appareil permettant d'effectuer des 15 mesures galvanométriques par des liaisons filaires. Après une dépassivation de l'anode par les agents agressifs, la solution interstitielle du béton se comporte comme une solution électrolytique, et un courant d'électrons apparaît entre l'anode et la cathode. Ce courant est alors mesuré. L'intensité obtenue permet de déterminer une mesure de la corrosion de l'anode et 20 indique le risque d'altération encouru par ces armatures métalliques. Cependant, les valeurs de ces mesures ne sont pas fiables. L'humidité et/ou la température de l'environnement dans lequel est exposé l'ouvrage, rendent ces mesures inexploitables, si celles-ci ne sont pas renouvelées régulièrement et ne sont pas corrigées en fonction de l'historique 25 climatique de cet environnement. De plus les agents agressifs pénètrent dans le béton jusqu'aux armatures à partir de canaux aménagés pour le passage des liaisons filaires reliant le capteur à l'appareil de mesure, ce qui présente l'inconvénient majeur d'accélérer artificiellement la dégradation des 3o armatures.

Dans le document de publication Wireless threshold sensors for detecting corrosion in reinforced concrete structures , extrait de la revue Smart structures and materials 2006 , dont les auteurs sont Dickerson, Andringa, Puryear, Wood, Neikirk, il est enseigné un système de mesure dont le mécanisme est différent de ceux évoqués précédemment. Ce système comprend un capteur connecté, par une liaison sans fil, à un appareil se rapportant à une bobine de lecture. Ce capteur correspond à un circuit résonnant constitué d'un élément métallique qui est relié aux bornes d'une bobine d'induction, ladite bobine étant montée en série avec une capacité. Le

io capteur est placé dans le béton d'enrobage. Lorsque l'élément métallique est corrodé, les propriétés de résonance du capteur sont modifiées. À partir de la mesure de la résonance, prise à distance, l'état corrosif du béton est déterminé sur la base d'une seule mesure permettant d'apprécier le risque de corrosion auquel sont exposées ces armatures.

is Toutefois la corrosion de l'élément métallique du capteur s'initie de manière aléatoire. En effet, pour deux éléments métalliques placés dans les mêmes conditions, la corrosion se développe en un nombre de points complètement différents. Un élément métallique où la corrosion est distribuée en un grand nombre de points offrira, par rapport à un autre

20 élément métallique où la corrosion est localisée en un seul point, une résistance totalement différente et donc une mesure erronée sur l'état corrosif du milieu où il est situé.

L'inconvénient d'un tel système réside dans le fait que les mesures réalisées ne permettent pas de quantifier l'exact niveau de corrosion

25 du milieu. Par conséquent un tel système ne permet pas d'obtenir de mesures reproductibles et fiables. La présente invention vise à résoudre ce problème de reproductibilité des mesures effectuées et à fiabiliser ces mesures, grâce à 30 un capteur où la localisation de l'initiation de la corrosion est contrôlée.

Plus précisément, l'invention a pour objet un système de contrôle de l'altération de matériaux comprenant un appareil de contrôle et un capteur, ledit capteur comportant des moyens de liaisons avec l'appareil de contrôle, dans lequel le capteur comporte un substrat résistant à la corrosion sur lequel est appliqué un élément métallique, ledit élément métallique comprenant au moins une structure permettant d'initier et de guider sa corrosion. Avantageusement, la gravure comprise dans la couche métallique du capteur permet de contrôler l'initiation de la corrosion de cette ~o couche, afin de déterminer à partir d'une seule mesure le caractère corrosif du milieu dans lequel il est situé. Le contrôle de l'initiation et de la localisation de cette corrosion sur la couche métallique permet ainsi de disposer d'une mesure fiable et reproductible.

15 Selon des modes de réalisation particuliers : - l'appareil de contrôle est un équipement de radio détection ; - l'appareil de contrôle est un équipement émetteur-récepteur de radiofréquence ; 20 - l'appareil de contrôle est un équipement électrique permettant de réaliser des mesures inductives ; - le capteur comprend deux bornes de connexion reliées à un module électronique de mesure d'impédance ; - l'appareil de contrôle comprend un module électronique 25 de mesure d'impédance ; - les moyens de liaisons sont sans fils et se rapportent à au moins un module d'émission, permettant de transmettre au moins une onde électromagnétique en direction du capteur, et au moins un module de réception pour recevoir au moins une onde électromagnétique provenant du 30 capteur ; - les moyens de liaisons sont filaires, et se rapportent à des câbles métalliques reliant ledit appareil de contrôle aux bornes de connexion de l'élément métallique du capteur ou au module électronique de mesure d'impédance ; - le module électronique de mesure d'impédance comprend un sous-module de communication pour l'émission et la réception en radiofréquence ;

- le sous-module de communication est une puce RFID (acronyme anglais de radio frequency identification , signifiant identification to par radiofréquence);

- l'équipement de radio détection est un radar ;

- l'élément métallique est une couche métallique ou un fil métallique ;

- la structure se rapporte à au moins une gravure 15 permettant d'initier et de guider la corrosion de la couche métallique. L'invention se rapporte également à un capteur compris dans un système de contrôle de l'altération de matériaux comprenant un substrat résistant à la corrosion sur lequel est appliquée une couche métallique, ladite

20 couche métallique comportant au moins une gravure permettant de contrôler l'initiation de la corrosion. Selon des modes de réalisation particuliers :

- la gravure est formée par au moins un point gravé à la 25 surface de la couche métallique ;

- la couche métallique à une épaisseur permettant la réflexion optimale d'au moins une onde électromagnétique ;

- la couche métallique comprend deux bornes de connexion ;

30 - le substrat est en plastique ou en céramique.

- Le substrat est capable d'absorber la contrainte mécanique qui est induite par la dilatation de la couche métallique au cours de la corrosion L'invention se rapporte également à un procédé de contrôle de l'altération de matériaux comprenant les étapes suivantes : - de transmission d'au moins un signal électromagnétique en direction d'un élément métalllique d'un capteur par un appareil de contrôle, - de traitement du signal électromagnétique par une io couche métallique du capteur, - de réception du signal électromagnétique par l'appareil de contrôle, - de détermination d'une mesure de la corrosion de la couche métallique par l'appareil de contrôle à partir du signal 15 électromagnétique reçu. Avantageusement, le signal électromagnétique est une onde électromagnétique ou un courant électrique.

Selon des modes de réalisation particuliers des étapes : 20 - le traitement consiste à réfléchir l'onde électromagnétique par l'élément métallique ; - le traitement consiste à faire passer du courant électrique dans l'élément métallique ; la détermination est fonction de l'intensité dudit courant 25 électrique reçu par ledit appareil de contrôle, ladite intensité du courant reçue variant en fonction inverse de la progression de l'état de corrosion de l'élément métallique ; - l'étape de détermination est fonction de l'amplitude de l'onde électromagnétique, en particulier de l'écho radar, reçue par le module 30 de réception compris dans l'appareil de contrôle, ladite amplitude d'onde électromagnétique variant en fonction inverse de la progression de l'état de corrosion dudit élément métallique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture qui suit d'un exemple de réalisation non limitatif, en référence aux dessins annexés qui représentent, respectivement : - la figure 1, mode de réalisation de l'invention avec une mesure par impédancemétrie dans un ouvrage d'architecture en béton armé ; - la figure 2 une vue schématique d'un mode de réalisation io d'un capteur; la figure 3, une vue de coupe du capteur ; - la figure 4, une vue schématique de la corrosion du capteur ; - la figure 5, mode de réalisation de l'invention avec une is mesure par impédancemétrie dans un ouvrage d'architecture en bois ; - la figure 6, une vue graphique de l'évolution de la résistance du capteur en fonction de l'épaisseur de la couche métallique; - la figure 7, mode de réalisation de l'invention avec une mesure par onde électromagnétique dans un ouvrage d'architecture en béton 20 armé ; - la figure 8, mode de réalisation de l'invention avec une mesure par onde électromagnétique dans un ouvrage d'architecture en bois ; - la figure 9, une vue graphique de l'évolution de l'amplitude de l'onde électromagnétique réfléchie en fonction de l'épaisseur de la couche 25 métallique ; En référence à la figure 1, le système de contrôle comprend un capteur 2 de corrosion et un appareil de contrôle 1. Le capteur 2, aux bornes 11 et 12, est relié à un module électronique de mesure d'impédance 30 3. Le module électronique comprend un sous module de communication 8 de type puce RFID ou NFC/RFID permettant d'enregistrer des données de mesure et de transmettre ces données ou de recevoir d'autres données par radiofréquence quand il est en présence de l'appareil de contrôle 1 correspondant à un lecteur RFID ou encore NFC/RFID (acronyme anglais de Radio Frequency Identification/Near field communication qui peut se traduire par un système de radio identification à partir d'une communication en champ proche). Ce capteur 2 échange donc des données avec l'appareil de contrôle 1 par l'intermédiaire du module électronique 3 et de son sous-module de communication 8 à partir de moyen sans fil.

to Toutefois dans un autre mode de réalisation ce module électronique de mesure d'impédance 3 est compris dans l'appareil de contrôle 1. Ce module 3 est alors relié aux bornes de connexion 11 et 12 du capteur 2 par des moyens filaires tels que des câbles métallique.

Ce capteur 2 illustré à la figure 2 et à la figure 3, comprend un

15 substrat 9 réalisé en une matière non métallique telle que du plastique, ou encore de la céramique. Ce substrat 9 est insensible à la corrosion et a une géométrie plane avec une épaisseur 25 comprise entre l mm et 3mm et une dimension latérale inférieure à 5 cm. Sur la surface de ce substrat 9 est appliquée une couche métallique 10 d'épaisseur 24 comprise entre 20pm et 20 500pm. Cette application de la couche métallique 10 sur la surface du substrat 9 peut être réalisée de diverse manière :

dépôt par évaporation en phase gazeuse,

- emboîtement, et

collage. La géométrie de ce substrat n'est pas exclusive car elle peut être sphérique, cylindrique ou plane, avec une épaisseur 24 comprise entre 100pm et l cm suivant la géométrie choisie.

En outre l'élément métallique 10 se rapportant à la couche métallique 10 est dans un autre mode de réalisation un fil métallique. 25 30 L'application de ce fil métallique sur le substrat se fait par bobinage et/ou par collage sur le substrat 9.

L'épaisseur 24 de la couche métallique 10 permet de contrôler la sensibilité à la corrosion qui est désirée et de s'adapter à l'appareil de 5 contrôle utilisé pour la mesure. La couche métallique 10 comprend au moins une structure 21. Cette structure 21 correspond par exemple à une gravure 21 qui se rapporte à au moins un point 21 réalisé par :

- des mécanismes d'usinage mécanique ou laser, to application chimique,

dépôt sur la surface passive avec ou sans calque, ou une association de ces différents procédés. Lors de la construction d'un ouvrage d'architecture le capteur

15 2 est préférentiellement placé dans le béton 6. Le placement de ce capteur est réalisé de façon à ce que la couche métallique soit en contact avec la solution interstitielle du béton. Avantageusement le capteur sera coulé dans le béton au moment de la réalisation de la structure.

Ce capteur 2 a une topologie de gravures qui permet 20 d'obtenir une corrosion globalement uniforme de la couche métallique du

capteur. Cette topologie 22 consiste en des gravures 21 qui forment un

ensemble de sillons rectilignes et parallèles agencé perpendiculairement avec

un autre ensemble de sillons rectilignes et parallèles de sorte à former une

matrice de gravures 22. Cette matrice 22 constitue alors une topologie 22 en 25 grille. L'espacement entre chacun des sillons parrallèles est compris entre

100pm et 5mm. Dans ce mode de réalisation cet espacement est fixé à I mm. Il est connu dans le domaine de la construction que le béton, matériau réalisé à partir de la pâte de ciment, est un matériau poreux 30 partiellement rempli d'une solution interstitielle. Dans le béton armé, les

armatures métalliques sont en contact avec cette solution interstitielle. Dans un ciment jeune, la composition de la solution interstitielle est telle que les armatures sont protégées contre la corrosion, c'est le phénomène de passivation.

Toutefois des agents agressifs tels que le dioxyde de carbone (CO2) ou des ions chlorures (Cl-) peuvent pénétrer dans le béton suivant les conditions environnementales auxquelles est soumise l'architecture. La vitesse de progression de ces agents agressifs peut aller jusqu'à cinq millimètres par an.

Ces agents agressifs réagissent dans la solution interstitielle. Le pH (acronyme des termes potentiel hydrogène, qui permet de mesurer l'acidité ou la basicité d'une solution) de cette solution diminue. Or, en dessous d'une valeur seuil du pH, les armatures métalliques ne sont plus protégées contre la corrosion car la couche de passivation disparaît. Quand les agents agressifs parviennent aux armatures métalliques elles engendrent donc une corrosion de ces armatures. Les armatures corrodées gonflent et engendrent ainsi de graves problèmes structurels réduisant la durée de vie du bâtiment. Le diamètre typique des armatures est compris entre 6mm et 12mm. Pourtant une corrosion de seulement 100pm de profondeur entraîne des conséquences désastreuses. Pour prévenir de tels problèmes, le capteur 2 est alors placé dans le béton 6 d'enrobage entre les armatures métalliques 4 et la surface externe de I"ouvrage d'architecture 5. Lorsque les conditions physico-chimiques du béton 6 dans lequel est placé le capteur 2 deviennent favorables à la corrosion, une différence de potentiel apparaît entre la couche métallique 10 et la solution interstitielle. Bien que le potentiel de la couche métallique soit uniforme, les parties angulaires 23 présentes en bordure des gravures 21 induisent une augmentation locale du champ électrique. Les ions environnants migrent vers ces zones de champ fort. Ces champs électriques et ces gradients de concentrations en ions peuvent théoriquement être calculés grâce à l'équation

de Poisson-Boltzmann dont les conditions aux limites sont définies par la géométrie de surface de la couche métallique 10. En raison de cette migration des ions vers les gravures 21, les conditions sont alors plus corrosives au voisinage des gravures 21 où va par conséquent se dérouler la réaction transformation du métal en oxydes. Plus les parties angulaires des gravures sont aigues plus ce phénomène est accentué. Ainsi une structure comme la gravure permet d'initier et de guider la corrosion de l'élément métallique. En outre dans les différents modes de réalisation mettant en oeuvre l'invention le signal électromagnétique utilisé se rapporte par exemple à des ondes électromagnétiques, des courants électriques, ou encore à des ondes radiofréquences.

Lors d'une procédure de contrôle de l'altération des armatures métalliques, le lecteur RFID 1 est approché de la surface 5 de l'ouvrage d'architecture derrière lequel se trouvent le capteur et le module électronique de mesure d'impédance. Le lecteur RFID 1 envoie un signal de radio frequence en direction du sous-module de communication, c'est à dire la puce RFID 8. A réception de ce signal la puce RFID envoie une requête d'interrogation à un sous-module de traitement, non représenté, compris dans le module électronique de mesure afin que la résistance aux bornes de connexion 11,12 du capteur soit déterminée. La mesure étant effectuée le sous module de traitement envoie une réponse à la requête comprenant la valeur de cette mesure à la puce RFID 8 qui transmet alors cette réponse au lecteur RFID 1 par un un signal de radio fréquence.

On note que la détermination de la résistance est obtenue par l'application aux bornes de connexion 11,12 d'une tension permettant d'obtenir une valeur d'intensité. La résistance est ainsi déduite de la formule suivante : U= RI, avec : U la tension appliquée aux bornes de connexion 11,12 du capteur, R la résistance de la couche métallique afin de déterminer la résistance de la couche métallique 10, et - I, l'intensité du courant mesuré traversant la couche métallique 10. On note que l'intensité du courant varie en fonction inverse de la progression de l'état de corrosion de la couche métallique.

Pour plusieurs mesures effectuées, plus les valeurs d'intensité rélevées diminuent plus la couche métallique est corrodée et la valeur de la résistance de la couche métallique augmente.

La détermination de la mesure de la résistance de la couche 1s métallique permet de déduire l'épaisseur de la couche métallique non corrodée. On note qu'une seule mesure permet de déterminer l'état de corrosion de la couche métallique.

20 Des mesures peuvent être programmées pour être effectuées régulièrement et être enregistrées dans des moyens de mémoire du module. Ces mesures seront par la suite transmises au lecteur RFID 1 lors d'une interrogation. Le programme permettant d'effectuer des mesures régulières 25 ou des mesures à une date donnée est réalisé à partir d'un ordinateur et est ensuite téléchargé dans des moyens de mémoires du lecteur RFID 1. Par la suite ce programme est transféré dans les moyens de mémoire du module électronique de mesure à partir de la puce RFID 8.

30 La mesure effectuée permet de déterminer l'épaisseur 24 de métal non-corrodé restant depuis la mise en place du capteur dans l'ouvrage d'architecture. Cette évolution de l'épaisseur 24 de la couche métallique traduit l'avancement de la réaction de corrosion de la couche métallique du capteur. Cette mesure sera donc utilisée pour évaluer localement l'état de l'ouvrage.

Afin d'améliorer les mesures, le module électronique de mesure d'impédance 3 peut comporter une résistance de référence pour réaliser des mesures différentielles et d'autres capteurs, tel un capteur de température et d'humidité instantanée.

A la figure 4 est présentée la corrosion du capteur 2. Entre les instants tO et t1 les conditions physico-chimiques sont devenues localement favorables à la corrosion, les sites d'initiation de la corrosion ne sont pas aléatoires, la dissolution du métal et la formation d'oxydes est localisée au niveau des rayures. Contrairement à une couche métallique sans rayures, la corrosion de la couche métallique avec rayures n'est pas aléatoire. De plus grâce à la topologie en grille, la corrosion est globalement uniforme sur la surface métallique du capteur. Si les conditions locales sont toujours favorables à la corrosion, on observe une progression de la corrosion qui se traduit simplement par une diminution progressive de l'épaisseur 24 en fonction du temps, de la couche métallique non corrodée, jusqu'à disparition complète de celle-ci c'est à dire de t1 jusqu'à t5.

On note que la présence d'au moins une gravure suffit à initier et à guider la corrosion sur la couche métallique.

A la figure 5, le même dispositif décrit à la figure 1 peut être mis en oeuvre pour un ouvrage d'architecture en bois. Le capteur 2 est placé entre la paroi intérieure 13 et extérieure 15 d'un ouvrage soumis à des risques d'altération par humidité et l'eau qui provoque le pourrissement du bois. Si il y a une couche d'isolation 14 entre la paroi intérieure 13 et extérieure 15, dans ce cas le capteur 2 est placé entre la couche d'isolation 14 et la paroi intérieure 13. Ce placement du capteur 2 réalisé de cette manière n'est pas limitatif.

Un des facteurs dans le phénomène de corrosion de la couche métallique 10 du capteur 2 est la présence d'eau, ainsi l'épaisseur 24 de la couche métallique 10 du capteur 2 est corrélée avec l'historique d'exposition à l'humidité subit par la paroi intérieure 15. L'avantage de la mesure de l'épaisseur 24 de la couche de métal non corrodée est qu'une seule mesure renseigne sur tout l'historique d'exposition à l'humidité de l'ouvrage.

A la figure 6 est présentée l'évolution de la résistance R d de la couche métallique du capteur en fonction de l'épaisseur 24 e de cette couche métallique non-corrodée. Théoriquement la résistance R d'un parallélépipède métallique suit la formule suivante : R L1 1 e avec : - p correspondant à la résistivité du métal constituant la couche métallique, - L, 1 et e se rapportant respectivement à la longueur, la largeur et l'épaisseur 24 de la couche métallique A partir des gravures, et en réalisant une topologie en grille 22, la réaction de corrosion guidée spatialement afin que la corrosion aboutisse globalement à une simple évolution de l'épaisseur 24 e alors que L et I restent peu changées. La formule reste alors valide au cours de la vie du capteur, contrairement à un capteur sans rayure où la corrosion est spatialement aléatoire sur la couche métallique. Par conséquent la mesure de résistance réalisée par le module de mesure d'impédance 3 permet de déduire l'épaisseur 24 e de la couche métallique restante, durant notament la progression de la corrosion 26.

A la figure 7, un autre mode de réalisation de l'invention enseigne un système de contrôle comprenant un capteur 2, avec une topologie en grille 22, et un appareil de contrôle 16. Ce capteur est placé dans le béton 6, entre les armatures 4 et la surface de l'ouvrage d'architecture 5. Cet appareil de contrôle est un équipement de radio détection tel qu'un radar. Ce système permet de mesurer la réflexion d'ondes électromagnétiques par la couche métallique 10 du capteur 2. Ce radar 16 comprend un module d'émission 17 d'au moins un signal électromagnétique 20 et un module de lo réception 18 d'au moins un signal électromagnétique 21 ainsi que des modules de traitement des données et de mémorisation des mesures. Lors d'une procédure de contrôle de l'état de ce capteur le radar est orienté en direction de la surface 5 de l'ouvrage où se situe le capteur 2. Le module d'émission 17 émet au moins une onde 15 électromagnétique 20 et plus particulièrement des impulsions 20 électromagnétiques propagatives. Ces impulsions 20 électromagnétiques propagatives sont réfléchies par la couche métallique du capteur non corrodée lorsqu'elles arrivent au contact du capteur. Ces impulsions électromagnétiques propagatives réfléchies 19 sont reçues par le module de 20 réception 18 et ainsi un écho électromagnétique, l'écho radar, est détecté. L'amplitude des impulsions 20 électromagnétiques reçues par le module de réception varie en fonction inverse de la progression de l'état de corrosion de l'élément métallique. Pour plusieurs mesures effectuées, plus l'amplitude de l'onde 25 électromagnétique, et en particulier l'echo radar, recue pour chacune des mesures diminue plus la couche métallique est corrodée. Ainsi ces mesures permettent de déterminer l'épaisseur de la couche métallique restante c'est à dire l'épaisseur de la couche métallique non-corrodée. On note qu'une seule mesure permet de déterminer l'état de 30 corrosion de la couche métallique.

Cette détection du capteur 2 et en particulier de la couche métallique 10 dépend principalement de l'épaisseur 24 de la couche métallique 10 appliquée sur le substrat 9 et d'une grandeur électromagnétique nommée épaisseur de peau p, dont la détermination dépend de l'équation suivante : f) 7r/4o/LR f avec : - p et i.,.R se rapportant respectivement à la résistivité et la 10 perméabilité relative de la couche métallique, -f correspondant à la fréquence de l'onde électromagnétique envoyée par le module émission, - o se rapportant à la constante de perméabilité absolue.

15 A la figure 8, le système de contrôle comprenant un radar et un capteur avec une topologie en grille 22, est mise en oeuvre dans un ouvrage d'architecture en bois. Le capteur 2 est placé entre la paroi intérieure 13 et extérieure 15 d'un ouvrage soumis à des risques d'altération parhumidité et l'eau qui provoque le pourrissement du bois. Entre la paroi 20 intérieure 13 et extérieure 15, si il y a une couche d'isolation 14, dans ce cas le capteur 2 est placé entre la couche d'isolation 14 et la paroi intérieure 13. Ce placement du capteur 2 réalisé de cette manière n'est pas limitatif. Selon le même processus des impulsions électromagnétiques propagatives réfléchies 19 sont reçues par le module de réception 18 du radar 25 et un écho radar est détecté.

La figure 9 illustre l'évolution de l'amplitude de l'écho électromagnétique détecté en fonction du rapport entre l'épaisseur e 24 de la couche métallique non-corrodée et l'épaisseur de peau p , durant la

phase de progression de la corrosion 26 de la couche métallique. Pour tout élément métallique comme la couche métallique plane sondée par l'écho radar de durée 1ff, celui-ci se comporte comme un miroir parfait dès que l'épaisseur du plan est supérieure à l'épaisseur de peau p. Pour un pulse électromagnétique émis par le module d'émission, d'une valeur du giga hertz, l'épaisseur de peau dans le métal et notammanet dans le fer est inférieure au micron. Pour une valeur de 50kHz, l'épaisseur de peau est de l'ordre de 10pm. Quand la couche métallique du capteur est complètement lo corrodée, des oxydes ont remplacé la couche métallique. Il n'y a plus d'épaisseur de peau et la couche métallique oxydée ne possède plus la propriété de réflexion des ondes électromagnétiques. Alors, le capteur n'est plus détecté et donc ne génère plus d'écho important au niveau du module de réception. 15 Dans des états intermédiaires compris entre une couche métallique non corrodée et une couche métallique complètement corrodée l'intensité de l'écho reçu permet de déterminer l'état de corrosion du capteur. On note que sans contrôle de la corrosion à partir d'une topologie de gravures particulière, la couche métallique du capteur 20 présenterait des corrosions partielles et non uniformes, et par conséquent non reproductibles ce qui ne permet pas d'obtenir des mesures fiables. La topologie en grille permet d'obtenir une amplitude liée à l'épaisseur de la couche métallique ; d'autres topologies où la couche métallique n'est pas continue sont possibles. 25 Les modes de réalisations décrits précédemment ne sont pas limitatifs, d'autres modes utilisant des techniques électromagnétiques directes peuvent être utilisés. Un autre mode de réalisation utilisant des techniques électromagnétiques directes peut être obtenu en utilisant des techniques 30 inductives où l'appareil de contrôle 16 est constitué d'un ensemble de bobines capables de générer un champ magnétique variable dans le temps. Le champ magnétique généré interagit avec les propriétés magnétiques de la couche métallique 10 du capteur, ce qui a pour effet soit de modifier le champ primaire, soit d'en créer un second. L'appareil de contrôle mesure soit la reluctance du champ magnétique, soit la variation d'impédance de la bobine, induite par les courants de Foucault générés à la surface de l'acier par l'application du champ magnétique. Ces deux grandeurs sont sensibles à l'épaisseur de la couche métallique non corrodée, par conséquent elles sont sensibles à l'état de corrosion du capteur.

Dans les modes de réalisation de l'invention permettant un

lo contrôle par mesure d'impédance et par réflexion électromagnétique, l'appareil de contrôle permet la collecte des mesures et contient un module de traitement des données et un module mémoire. Si des capteurs sont placés à différentes profondeurs et à

15 différents endroits de l'ouvrage d'architecture, alors l'appareil de contrôle peut servir à sonder un grand nombre de capteurs inclus dans l'architecture. Le système décrit comprend une base de données comprenant des informations sous forme de données enregistrées se rapportant à la profondeur de pénétration des agents agressifs en différents points de l'ouvrage

20 d'architecture. Les capteurs comprennent un système d'identification radio-fréquence ainsi que les appareils de contrôle. Les données identifiants ces capteurs et ces appareils de contrôle sont archivées dans les bases de données ainsi que les données de mesures effectuées à partir des appareils de contrôle et des capteurs. Grâce à ces données le gestionnaire d'ouvrage

25 pourra effectuer un suivi préventif de l'ouvrage. De plus l'ouvrage peut être doté d'une mémoire archivant des informations se rapportant aux mesures effectuées. Des tranferts réguliers des données provenant d'appareils de contrôle vers la mémoire de l'ouvrage permettent de rassembler toutes les données concernant l'ouvrage dans la mémoire de l'ouvrage. 30 En outre l'utilisation dans les modes de réalisation mettant en oeuvre l'invention, des appareils de contrôle décrient ci-dessus n'est pas limitative.

L'invention n'est pas limitée aux seuls cas des systèmes décrits ci-dessus. Elle peut être mise en oeuvre par exemple pour le contrôle du risque corrosif des tubes métalliques utilisés pour consolider les puits de pétrole ou de gaz, ou encore pour le contrôle du risque corrosif de tubes de transport à distance de produits pétroliers, chimiques, ou gaziers. De plus ce

to système peut également s'appliquer à d'autres matériaux qui sont susceptibles de s'altérer à cause d'agents corrosifs. 15 20 25 30

Claims (28)

REVENDICATIONS

1. Système de contrôle de l'altération de matériaux comprenant un appareil de contrôle (1,16) et un capteur (2), ledit capteur (2) comportant des moyens de liaisons (7,19,20) avec ledit appareil de contrôle (1,16), caractérisé en ce que ledit capteur (2) comporte un substrat (9) résistant à la corrosion sur lequel est appliqué un élément métallique (10), ledit élément métallique (10) comprenant au moins une structure (21) permettant d'initier et de guider sa corrosion.

2. Système selon la revendication précédente, dans lequel ledit appareil de contrôle (16) est un équipement de radio détection.

3. Système selon la revendication 1, dans lequel ledit 15 appareil de contrôle (1) est un équipement émetteur-récepteur radiofréquence.

4. Système selon la revendication 1, dans lequel ledit appareil de contrôle (1) est un équipement électrique permettant de réaliser 20 des mesures d'impédance.

5. Système selon la revendication 1 ou 4 dans lequel ledit capteur (2) comprend deux bornes de connexion (11,12) reliées à un module électronique (3) de mesure d'impédance.

6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 4, dans lequel ledit appareil de contrôle (1) comprend un module électronique (3) de mesure d'impédance. 30

7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel lesdits moyens de liaisons (7,19,20) sont sans fils, et se 25 515rapportent à au moins un module d'émission permettant de transmettre au moins une onde électromagnétique en direction dudit capteur et au moins un module de réception pour recevoir ladite onde électromagnétique provenant dudit capteur.

8. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 4 et 6, dans lequel lesdits moyens de liaisons (7) sont filaires, et se rapportent à des câbles métalliques reliant ledit appareil de contrôle (1) à des bornes de connexion (11,12) dudit élément métallique (10) dudit capteur (2). 10

9. Système selon les revendications 4 et 5, dans lequel lesdits moyens de liaisons (7) sont filaires, et se rapportent à des câbles métalliques reliant ledit appareil de contrôle (1) audit module électronique (3) de mesure d'impédance.

10. Système selon la revendication 5, dans lequel ledit module électronique (3) de mesure d'impédance comprend un sous-module (8) de communication pour l'émission et la réception radiofréquence. 20

11. Système selon la revendication 10, dans lequel ledit sous-module (8) de communication est une puce RFID.

12. Système selon la revendication 2, dans lequel ledit équipement de radio détection (16) est un radar.

13. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit élément métallique est une couche métallique (10).

14. Système selon l'une des revendications précédentes, 30 dans lequel ledit élément métallique est un fil métallique. 25

15. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel la structure se rapporte à au moins une gravure permettant d'initier et de guider la corrosion de ladite couche métallique.

16. Capteur compris dans le système de contrôle de l'altération de matériaux, comportant un substrat (9) résistant à la corrosion sur lequel est appliquée une couche métallique (10), ladite couche métallique (10) comportant au moins une gravure (21) permettant d'initier et de guider sa corrosion, et en ce que ledit capteur comprend des moyens de liaisons io (7,19,20) avec un appareil de contrôle (1,16).

17. Capteur selon la revendication 16, dans lequel ladite gravure (21) correspond à au moins un point gravé à la surface de ladite couche métallique (10).

18. Capteur selon l'une des revendications 16 ou 17, dans lequel ladite couche métallique (10) a une épaisseur permettant le réfléchissement optimal des ondes électromagnétiques.

19. Capteur selon les revendications 16 à 18, dans lequel ladite couche métallique (10) comprend au moins deux bornes de connexion (11,12).

20. Capteur selon l'une des revendications 16 à 19, dans 25 lequel le substrat (9) est en plastique.

21. Capteur selon l'une des revendications 16 à 19, dans lequel le substrat (9) est en céramique. 30

22. Procédé de contrôle de l'altération de matériaux comprenant : 15 20une étape de transmission par un appareil de contrôle (1,16) d'au moins un signal électromagnétique en direction d'un élément métallique d'un capteur (2), ledit élément métallique comprenant au moins une structure permettant d'initier et de guider la corrosion, et ledit capteur (2) s comprenant un substrat (9) résistant à la corrosion sur lequel est appliqué ledit élément métallique (10), - une étape de traitement dudit signal électromagnétique par un élément métallique (10) dudit capteur (2), une étape de réception dudit signal électromagnétique par lo ledit appareil de contrôle (1,16), - une étape de détermination d'une mesure de la corrosion dudit élément métallique par ledit appareil de contrôle (1,16), à partir dudit signal électromagnétique reçu. 15

23. Procédé selon la revendication 22, dans lequel ledit signal électromagnétique est une onde électromagnétique.

24. Procédé selon la revendication 22, dans lequel ledit signal électromagnétique est un courant électrique.

25. Procédé selon les revendications 22 et 23, dans lequel ladite étape de traitement consiste à réfléchir ladite onde électromagnétique (19,20) par ledit élément métallique (10).

26. Procédé selon les revendications 22 et 24, dans lequel ladite étape de traitement consiste à faire passer ledit courant électrique dans ledit élément métallique (10).

27. Procédé selon les revendications 22, 24 et 26, dans 30 lequel ladite étape de détermination est fonction de l'intensité dudit courant électrique reçu par ledit appareil de contrôle, ladite intensité du courant reçu 20 25variant en fonction inverse de la progression de l'état de corrosion dudit élément métallique.

28. Procédé selon les revendications 22, 23 et 25, dans lequel ladite étape de détermination est fonction de l'amplitude de ladite onde électromagnétique (19), en particulier d'un écho radar, reçue par le module de réception (18) compris dans ledit appareil de contrôle (16), ladite amplitude d'onde électromagnétique variant en fonction inverse de la progression de l'état de corrosion dudit élément métallique. io