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Détection par ultrason

La détection de fuites par ultrasons sur les réseaux air comprimé, vide et gaz

La détection ultrasonore de défauts est devenue un véritable outil de la maintenance conditionnelle tout comme l’analyse vibratoire, l’analyse de l’huile et la thermographie infrarouge. A cet égard, elle permet aux industriels d’améliorer leur production, de réduire les coûts de maintenance et de diminuer les consommations énergétiques.

Ces dernières années, les responsables maintenances ont fait de plus en plus appel à des prestataires de services maîtrisant la technique des détecteurs de défaut par ultrasons pour réaliser des campagnes de chasse aux fuites d’air comprimé, de gaz et de vide au sein de leur unité de production. Il est reconnu que ce type de prestation permet un retour sur la dépense engendrée se situant en moyenne entre 3 et 6 mois.

Le principe de fonctionnement de ces détecteurs de défauts ultrasons

La localisation des fuites d’air comprimé :

En fonctionnement, la plupart des équipements industriels génèrent un spectre large bande couvrant aussi bien le domaine audible que celui de l’ultrason. La composante ultrasonore (haute fréquence) de ces bruits possède une petite longueur d’onde extrêmement directionnelle. Cette caractéristique permet au défaut ultrasonore émis d’être facilement localisable.

L’oreille humaine détecte les sons dans une bande de fréquences comprises entre 20Hz et 20 kHz. Habituellement, les hommes en vieillissant ne perçoivent plus les sons que jusqu’à 16,5 kHz (voire moins dans certains cas). Les longueurs d’ondes audibles se situent entre 1,9 cm et 17 m tandis que celles détectées par les appareils ultrasons se situent entre 0,3 et 1,6 cm. L’amplitude du signal décroît exponentiellement depuis sa source. Par conséquent, il est très facile pour un opérateur de localiser l’origine d’un défaut et d’analyser sa nature sans être trop perturbé par les diffractions comme dans le cas d’une campagne de recherche de fuites d’air comprimé de gaz ou de vide.

Le principe : un vortex se crée du fait du différentiel de pression. Lorsqu’un fluide gazeux s’écoule à travers un orifice de fuite et passe d’un état de haute ou moyenne pression à un état de basse pression ou à la pression atmosphérique, la turbulence génère des ultrasons liés aux frictions des molécules du fluide fuyard avec celles de l’air ambiant.

Parce que l’intensité du signal haute fréquence diminue très rapidement de sa source, il est facile pour l’opérateur de localiser une fuite d’air comprimé de gaz ou de vide avec un détecteur ultrasons (voir photos). En revanche il est recommandé d’utiliser un appareil de détection permettant de filtrer en partie, les ultrasons parasites provenant des autres machines en fonctionnement.

Les détecteurs de défauts ultrasonores

Certains instruments ultrasonores sont sensibles à la détection d’émissions sonores de très haute fréquence comprise entre 20 kHz et 100 kHz. Cette large bande de détection accroît la pertinence du diagnostic. Les signaux sont alors transformés par hétérodynage en fréquences audibles.Ces appareils détecteurs de défauts par ultrasons sont portables et dotés d’un afficheur permettant de lire le niveau acoustique en décibels. D’autres appareils low cost amplifient le signal à 40 kHz uniquement sur la fréquence de résonance de leur capteur, sans pouvoir filtrer les bruits parasites générés par les autres machines. (Le résultat global qualitatif et quantitatif des détections s’en trouve particulièrement diminué). Le principe de l’hétérodynage est aussi appelé « modulation d’amplitude ». On le retrouve dans les autoradios pour la réception des grandes ondes. L’auditeur peut écouter la voix de l’animateur radio suivant une porteuse d’onde radioélectrique démodulé de plusieurs kilohertz.

L’air comprimé est l’une des énergies les plus chères à produire. Avec un Ultraprobe TM, l’opérateur peut détecter rapidement les fuites d’air comprimé sur des installations en service. Le responsable maintenance pourra planifier les réparations durant les arrêts machine.

L’avantage de la filtration sur l’Ultraprobe réside dans la possibilité par l’opérateur de détecter des fuites d’air comprimé de gaz ou de vide dans un environnement audible très bruyant.


Pour les nombres décimaux, utilisez "," et non un "."

Réalisez vous-même une estimation du coût engendré par vos fuites d’air comprimé à l’aide de ce tableau.

Statistiquement, (source ADEME) le débit de fuite, pour un coût du m3 produit à 0.008€/m3, est de 20 % minimum pour les entreprises ne réalisant pas régulièrement de campagne de chasse aux fuites.


La recherche de défauts électriques par ultrasons

Les dommages électriques liés aux effets couronne (ou Corona) ou décharges partielles sont assez méconnus, bien qu’ayant causé de nombreuses casses d’équipement ces 20 dernières années : transformateurs, alternateurs, isolateurs, jeux de barres, ….

Bien que récurrent, ce phénomène n’est souvent pas suffisamment assimilé et ou identifiés par les installateurs, voir les fabricants, comme étant la véritable origine de certaines pannes. Pourtant, une défaillance de l’un de ces équipements peut entraîner des arrêts de production et des pertes d’exploitation conséquentes.



Les micros amorçages générés par les effets Corona engendrent des détériorations sur les isolants, de sérieuses avaries, des arrêts de production et parfois des morts.

Le contrôle ultrasonore prend alors toute son importance. Dans ces cas, l’opérateur muni d’un détecteur de défauts par ultrasons de type Ultraprobe écoute les joints de portes, les aérations et au niveau des vitres plexiglas en face avant des appareillages. La sensibilité de certains appareils ultrasonores a été validée par l’EDF afin de connaître leur seuil de détection.

En général, les effets Corona se concentrent sur les éléments saillants des parties métalliques sous tension. La forte densité de charge accumulée sur les pointes donne naissance à un champ électrique important dans le voisinage de la pointe (ce champ est proportionnel à la densité de charge par unité de surface).

Ce champ électrique accélère les quelques électrons libres qui se trouvent dans le voisinage et ces électrons peuvent acquérir suffisamment d’énergie cinétique pour à leur tour ioniser d’autres molécules de l’air au voisinage de la pointe, libérant d’autres électrons qui sont accélérés à leur tour, et ainsi de suite. Il existe donc un faible courant qui passe de l’atmosphère vers la pointe.

La recombinaison des électrons avec les ions s’accompagne de l’émission de photons (de lumière) et c’est cette lumière qui génère les micro-étincelles que l’on peut parfois voir dans l’obscurité. Pour que le phénomène se produise, le champ électrique doit être suffisamment fort pour accélérer les électrons à une vitesse minimum avant que ceux-ci n’entrent en collision avec les autres molécules, sinon celles-ci ne pourraient être ionisées. C’est pour cela qu’on observe le phénomène à proximité des pointes seulement.

Les cellules fermées 20 kV sont les premières concernées pour leur suivi ultrasonore des décharges partielles. Dans le cas de cellules fermées, la détection de défauts électriques par imagerie infrarouge n’est pas possible (sauf avec la pose de hublots transparents aux IR).

Dans le cas suivant, on constate que le croisement des terminales génère une discontinuité du gradient électrique. La poudre blanche observée n’est ni plus ni moins qu’un dérivé nitré appelé communément acide nitrique (HNO3). On peut imaginer les effets sur l’isolant à moyen terme….

Sur les photos ci-contre, l’équipement était fermé mais l’écoute ultrasonore des défauts a permis d’éviter le pire. On constate la formation de dérivés nitrés sur la partie supérieure de chaque terminal et un taux important de corrosion des parties métalliques dû à la formation d’ozone (O3) générée par les effets Corona.

Les prestataires en thermographie infrarouge ont remarqué qu’environ 4 à 5 % des cellules fermées inspectées présentaient des symptômes de décharges partielles. Ces défauts peuvent se situer principalement en 3 endroits distincts :

  • les têtes de câbles,
  • les embrochages,
  • les jeux de barres.

La complémentarité du diagnostic infrarouge et ultrasonore est la meilleure solution pour l’inspection des appareillages électriques. Les caméras infrarouges peuvent détecter les anomalies résistives. L’instrument de détection de défauts ultrasonores localise les anomalies capacitives.


Le contrôle régulier des purgeurs vapeur


Ce contrôle régulier permet :

  • de réaliser facilement des économies d’énergie (diminution de la production de vapeur)
  • d’éviter le laminage dû à la présence de condensats dans les canalisations
  • d’augmenter la durée de vie des organes de régulation
  • de diminuer de façon conséquente les rejets de CO2 dans l’atmosphère

D’autres opérations sont également réalisables grâces aux ultrasons

Entre autre :

  • le contrôle de l’étanchéité des vannes
  • les chocs dans les engrenages
  • la recherche d’ultrasons parasites
  • le sondage par tonalité (contrôle non destructif pour les récipients, tubes, tuyaux, échangeurs, joints, calfeutrages…