Imaginez pouvoir vérifier l'intégrité structurelle d'un avion, navire ou pont, sans avoir à le démonter ni à enlever de matériel pour les essais, ce qui pourrait compromettre davantage la structure. C'est la promesse d'une nouvelle technique à base de laser que les chimistes développent pour révéler les dommages cachés dans les métaux.

Les chercheurs présenteront leurs travaux aujourd'hui à la 253e réunion et exposition nationales de l'American Chemical Society (ACS).

« Les métaux sont souvent soumis à des contraintes mécaniques ou à une fatigue qui peuvent les fragiliser structurellement, mais tu ne peux pas dire ça juste en les regardant, " James E. Patterson, Doctorat., dit.

Un exemple concret est un avion de l'US Air Force qui a été involontairement renversé en vol, un exploit pour lequel il n'a pas été conçu. La manœuvre a dépassé les spécifications de tolérance aux contraintes de l'avion, Patterson dit, mais il n'y avait aucun moyen de savoir si l'inversion avait en fait suffisamment endommagé les composants pour provoquer le crash de l'avion lors d'un futur vol. L'avion de plusieurs millions de dollars a donc dû être démoli.

"C'est là qu'intervient le contrôle non destructif, " dit Patterson, qui est à l'Université Brigham Young. END, comme on le sait, est déjà une industrie d'un milliard de dollars, note-t-il. Les techniques actuelles pour inspecter les matériaux sans les endommager comprennent l'imagerie par rayons X, qui peut détecter des fissures microscopiques dans les métaux. Mais la méthode est chère, nécessite une protection contre les rayons X et est difficile à adapter pour une utilisation sur le terrain. D'autres techniques CND donnent des résultats équivoques et nécessitent des techniciens hautement qualifiés, il dit.

Son équipe s'appuie plutôt sur une méthode spectroscopique connue sous le nom de génération de deuxième harmonique (SHG), qui modifie la longueur d'onde de la lumière. L'un des étudiants diplômés de Patterson, Shawn Averett, réalisé que la technique pouvait être adaptée pour rechercher des signes de dommages internes dans les métaux. Averett et les étudiants de premier cycle Scott D. Smith et Alex Farnsworth travaillent avec Patterson sur le projet.

Ils commencent par projeter une lumière laser verte sur un échantillon de métal. Grâce à SHG, le métal convertit une partie de la lumière entrante en lumière ultraviolette, qui rebondit sur le métal avec le feu vert restant. "La quantité de conversion dépend des propriétés du métal, et si ces propriétés ont été modifiées par une forme de stress, nous pouvons détecter cela dans la lumière convertie, " explique Patterson. Les tests à ce jour indiquent que la technique pourrait faire la distinction entre les pièces métalliques qui sont encore intactes et celles qui ont été endommagées de manière irréversible et doivent être remplacées. Les chercheurs disent que leur méthode est plus sensible que les techniques CND existantes et pourrait ainsi donner un avertissement plus précoce du danger. .

Avec quelques améliorations supplémentaires, la méthode pourrait avoir des applications dans l'industrie aérospatiale, où les pièces d'avion sont régulièrement remplacées après une certaine quantité d'utilisation pour éviter une panne catastrophique, dit Patterson. Le calendrier de remplacement est basé sur les performances moyennes de plusieurs composants identiques, plutôt que l'état réel de ce composant individuel. La méthode SHG pourrait être utilisée pour vérifier si un composant particulier est vraiment usé ou a encore une durée de vie utile, permettant de gagner du temps, argent et matériel.

L'équipe de Patterson explore également des applications avec la marine américaine. L'alliage aluminium/magnésium utilisé dans les navires de la Marine peut subir une corrosion invisible avec de graves conséquences. "Il y a des histoires de quelqu'un marchant le long d'un pont métallique et marchant au mauvais endroit, et un gros morceau tombant sur le pont ci-dessous, " dit-il. " Des fissures se forment aussi dans les murs. Et une fois que des fissures visibles se forment, il est souvent trop tard pour réparer les dégâts."

Les chercheurs espèrent développer leur technique en un système portable qui indiquerait si un objet scanné est en bon état. "En principe, vous pouvez faire le tour avec une baguette et des fibres optiques et scanner de vastes zones d'un navire à la recherche de dommages cachés, " Dit Patterson. D'autres structures potentielles qui pourraient être évaluées avec la technologie comprennent les oléoducs, éléments de construction et ponts.