REVUE INTERNATIONALE D'HELIOTECHNIQUE ENERGIE - ENVIRONNEMENT - N° 34 (2006) p.6-7 

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Doctorant: Fabio Cismondi, Association Euratom-CEA, CEA/DSM/DRFC, CEA/Cadarache, F-13108 SAINT PAUL LEZ DURANCE, France.

Titre de la thèse : Étude méthodologique de tests non destructifs par thermographie de liaisons carbone/cuivre pour des composants à haut flux thermique des machines de fusion contrôlée.
Responsable CEA : J. SCHLOSSER, SIPP/GCFP.

Directeur de thèse : Pr. C. JAUFFRET, co-encadrant B. XERRI. Université de Toulon et du Var, laboratoire STIC (équipe GESSY)

Autre collaboration : F. RIGOLLET, C. LENILIOT. Laboratoire IUSTI UMR CNRS 65 95. Université de Provence, MARSEILLE.

Les composants face au plasma (CFP) des machines de fusion contrôlée à plasma de longue durée (>10s), notamment Tore Supra et la future machine ITER, reçoivent des flux de chaleur intenses (>10 MW/m²) et sont activement refroidis par de l’eau pressurisée (4 MPa, 150°C). Ces composants sont constitués d’un substrat en alliage de cuivre durci recouvert de tuiles réfractaires en composite à fibres de carbone (CFC). L’assemblage des éléments réfractaires sur le substrat en Cuivre est difficile du fait des différences des dilations entre les deux matériaux : il peut en résulter des défauts de cohésion, qui risquent de se propager sous flux thermique jusqu’au décollement d’une tuile, empêchant ainsi toute exploitation de la machine. Le contrôle global de l’intégrité des ces composants devient alors un élément essentiel de la fabrication : dans ce but une station de contrôle non-destructif par thermographie infrarouge (SATIR, acronyme de Station d’Acquisition et de Traitement InfraRouge) a été développé et est utilisée à Cadarache. Le principe de la mesure consiste à enregistrer à l’aide d’une caméra IR la température de surface des tuiles lors d’un transitoire thermique généré par circulation d’eau chaude (à 90°C) puis froide (à 5°C) dans les tubes de refroidissement. La récente utilisation d’outils numériques (caméra infra-rouge, logiciel dédié) offre la possibilité d’améliorer l’analyse du thermosignal SATIR afin de détecter et d’estimer plus précisément la présence éventuelle des défaut d’interface.

Les travaux de thèse montrent que l’instant « zéro » du thermosignal SATIR est déterminé avec une incertitude pas acceptable et qu’en conséquence l’utilisation d’un élément de référence ou de méthodes intégrales reste incontournable. Sur le plan de l’analyse du signal deux nouvelles méthodes ont été développées pour détecter la présence d’éventuels défauts. La première est basée sur des calculs d’auto corrélation spatiale des images infrarouges. La deuxième est basée sur la décomposition du thermosignal en valeurs singulières (méthode SVD : singular value decomposition).

Une fois les zones de la tuile défectueuses détectées grâce au traitement d’image, l’intérêt et la difficulté du problème résident dans l’identification quantitative du défaut, assimilé alors à une résistance de contact. Ce problème inverse nécessite le développement d’un modèle direct adapté à notre problématique ainsi que la mise au point d’une technique d’estimation de paramètres. Ainsi, trois méthodes sont explorées conjointement pour la caractérisation des défauts dans les CFP :

• Calcul direct 1D par la technique des quadripôles thermiques et minimisation du critère des moindres carrés entre mesures et modèle.
• Calculs  2D direct et inverse par la technique des éléments de frontière (BEM, Boundary Elements Method).
• Le calcul direct 3D par éléments finis avec le code CEA CAST3M.

Une identification quantitative de résistance de contact thermique représentative d’un défaut à l’aide d’un modèle réduit 1D instationnaire (aspect CND industriel) permets d’avoir une bonne idée de son étendue spatiale. L’étape suivante consistera à coupler le modèle 1D au traitement d’images et à les implanter sur la station CND SATIR.