Etude de la propagation, réémission et transmission des ondes de Lamb en vue du contrôle non destructif de structures de réacteurs nucléaires immergées en sodium liquide

Study of propagation, re-emission and transmission of leaky Lamb waves, in order to perform non destructive testing of nuclear plants structures immersed in liquid sodium

• Auteur / Autrice : Pierre Kauffmann
• Direction : Gilles Corneloup, Marie-Aude Ploix, François Baqué
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 08/11/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMA, Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique (UMR 7031 ; CNRS, Ecole Centrale de Marseille, Aix-en-Provence) - CEA Cadarache (Bouches-du-Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Michel Castaings
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Guy, Jean-François Chaix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Potel, Alain Lhémery

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sodium liquide

Acoustique

Réacteurs nucléaires

Lamb, Ondes de

Mots clés libres

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Résumé

Le but du présent travail de thèse est d’évaluer la possibilité de propager des ondes de Lamb vers l’intérieur de la cuve du réacteur ASTRID tout en les générant depuis l’extérieur, et d’étudier leur capacité de Contrôle Non Destructif (CND) pour détecter et localiser de potentiels défauts dans les structures immergées. La propagation d’une onde de Lamb dans une plaque immergée (appelée Leaky Lamb Wave, ou LLW) est d’abord caractérisée et mesurée, avec un focus sur l’atténuation due à la réémission d’énergie dans le fluide environnant. La transformée de Fourier 2D et un traitement temps-fréquence sont utilisés pour mesurer vitesse et atténuation en tenant compte du caractère dispersif et multimodale de la propagation. Le champ acoustique réémis lors d’une propagation multimodale est analysé en détail, et les interférences qui y sont visibles sont expliquées. Puis la propagation dans une deuxième plaque est modélisée en prenant en compte l’apport d’énergie réémise tout le long de la première plaque. Du fait de cette alimentation, l’atténuation apparente dans la deuxième plaque diffère de l’atténuation dans la première plaque et devient plus faible. Ce comportement est prédit et mesuré. Les trajets des ondes volumiques dans l’interplaque sont analysés, et les interférences qu’elles peuvent causer sur les ondes de Lamb dans les plaques sont théorisées et expérimentalement observées. Enfin le modèle basé sur les échanges d’énergie est utilisé avec succès pour prédire l’écho de retour d’un défaut plan traversant situé dans la deuxième et la troisième plaque

The purpose of this PhD work is to evaluate the possibility of propagating Lamb waves to the inside of the ASTRID reactor vessel while generating them from the outside, and to study their Non Destructive Testing (NDT) capability to detect and locate potential defects within immersed structures. The propagation of Lamb wave in a immersed plate (called Leaky Lamb Wave, or LLW) is first characterized and measured, with a focus on the attenuation due to the re-emission of energy into the surrounding fluid. The 2D Fourier transform and a time-frequency processing are used to measure velocity and attenuation while taking into account the dispersive and multimodal nature of propagation. The re-emitted acoustic field during multimodal propagation is analysed in detail, and the interferences occuring are explained. Then the propagation in a second plate is modelled by taking into account the energy supply re-emitted along the first plate. Due to this supply, the apparent attenuation in the second plate differs from the attenuation in the first plate and becomes lower. This behaviour is predicted and measured. Bulk wave paths in the fluid between plates are analyzed, and the interference they can cause on the Lamb waves in the plates is theorized and experimentally observed. Finally, the Energy Based Model (EBM) is successfully used to predict the return echo from a plane defect located in the second and third plates