Transcript Serge Mensah

Imagerie et analyses d’images
Modélisation numérique pour
l’imagerie en sodium liquide
ImagiNa (2013 et 2014)
François Baqué CEA DTN Cadarache
Serge Mensah CNRS LMA Marseille
2 JUILLET 2014
Emma Lubeigt | 2 juillet 2014 | PAGE 1
21 octobre
2014
PLAN
!   Présenta,on du besoin
!   Imagerie de surface : F. Baqué F. Baqué !   Tomographie !   Détec,on automa,que d’objet perdus !   Imagerie différen,elle !   Méthodes adjointes !   Perspec,ve : vers l'imagerie de fissures au voisinage de soudures 2 JUILLET 2014
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CONTEXTE
!   Contrôles périodiques des réacteurs de généra4on IV !
refroidis au sodium liquide (futur prototype ASTRID) But : vérifier le bon état des structures immergées dans le réacteur par visualisa4on par ultrasons lors des phases d’inspec4on Besoins
-­‐ Vision globale, reconstruc4on de grandes formes -­‐ Mesures de déforma4ons (millimétriques) de structures -­‐ Recherches de fissures débouchantes ou non -­‐ Recherche de corps migrants -­‐ Iden4fica4on d’assemblage combus4ble 2 JUILLET 2014
Mises en œuvre
-­‐ Capteurs fonc4onnant en sodium liquide à 200 °C -­‐ Systèmes de balayage de l’espace (en 3D) -­‐ Modélisa4on et traitement numérique du signal et des images construites François Baqué & Serge Mensah| 21 octobre 2014 | PAGE 3
CONTEXTE – PREMIÈRES IMAGES EN 2013 !   Collabora,on CEA / IGCAR (Inde) !
!
Principe : Construc4on d’image Cscan : mouvement mécanique du traducteur en face de l’objet à inspecter. TUSHT 𝜙15 plan, situé à 400 mm de la cible. Sodium 180 °C Image en sodium de la pince coupante en temps de vol et en amplitude 2 JUILLET 2014
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ANALYSE DE LA PROBLÉMATIQUE
Boitier
Câble électrique
Isolation électrique
Contraintes des capteurs Ecrou de serrage
!   Condi,ons pour le contrôle périodique : Brasures
Element piezo
!
Tubes d’aération
Lame arrière
Capteurs installés en sodium pour le contrôle (quelques jours) Réacteur nucléaire à l’arrêt Température du sodium : 200 °C, quasi-­‐isotherme Débit de sodium faible (vitesse quelques cm/s) Lame avant
US
Or
!
!
!
!   Traducteur ultrasonore envisagé par le CEA : TUSHT® !
!
!
!
Déjà u4lisé dans les réacteurs Phénix et Superphénix Conçu pour fonc4onner sous 600 °C pendant de longues périodes Amor4ssement faible (réponse impulsionnelle très longue) Permet de travailler en énergie (amplitude, enveloppe du signal) et en temps de propaga4on (mesure de la célérité en sodium) 2 JUILLET 2014
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ANALYSE DE LA PROBLÉMATIQUE (CAPTEURS)
Fréquences
TUSHT 𝜙15, plan, réf. T15E1
Panametrics NDT, 5 MHz, 1’’ 2 JUILLET 2014
Mul4fréquen4el : 4 MHz 2,3 MHz 3 MHz 4,5 MHz Limites champs proche/lointain 46 mm 134 mm 200 mm 550 mm François Baqué & Serge Mensah| 21 octobre 2014 | PAGE 6
ANALYSE DE LA PROBLÉMATIQUE (CAPTEURS)
Configura4on 2D : E / R 76 mm ​𝑟↓𝑖 𝑒=38 𝑚𝑚
Ø  TUSHT non amorti (600°)
Ø  Capteurs large bande
Ø  Multi-éléments
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ANALYSE DE LA PROBLÉMATIQUE
Performances souhaitées !   Détec4on de fissures : 0,8 mm de large (spécifica4on ASME du contrôle visuel) !   Détec4on de défauts de forme et de posi4on de l’ordre du millimètre Accessibilité , balayage et complexité de l’environnement !   Non spécifiés aujourd’hui !   Grandes scènes à observer par rapport à la zone de balayage supposée restreinte : précision de la posi4on, propaga4on (varia4ons de température et convec4on, a priori négligeables) 2 JUILLET 2014
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ANALYSE DE LA PROBLÉMATIQUE
Limita4ons capteurs Limita4ons balayage et accessibilité Performances souhaitées Complexité de l’environnement OBJECTIFS DE LA THÈSE Développer une méthodologie 1) d’imagerie et de détec4on de pe4ts objets ( jusqu’à l’ordre du mm) 2) d’imagerie de défauts de forme et d’intégrité (fissures, fluage…) Méthodes fondées sur la quan,té d’informa,ons a priori disponibles 2 JUILLET 2014
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MÉTHODOLOGIE
!   U,lisa,on de la connaissance a priori : Exploita4on de la connaissance de la scène ou de la pièce Par un modèle numérique (simula4on CIVA et COMSOL) Par une mesure expérimentale préalable Imagerie : construc4on d’images tomographiques, recherche de corps migrants Analyse différen4elle (méthodes adjointes, retournement temporel) !
!
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TOMOGRAPHIE : PRÉSENTATION
!   Finalité !
Détec4on/caractérisa4on d’objets migrants !   Système générique u,lisé : ANAIS !
!
!
!
h
Antenne semi-­‐circulaire 1024 éléments, 3 MHz Modèle générique Valide l’u4lisa4on du mul4éléments Efficacité (car disponible) R
R = 100 mm
h = 20 mm
Synoptique de l’antenne ANAÏS
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TOMOGRAPHIE : RECONSTRUCTION !   Reconstruc,on de forme : exemple de la roue dentée -30
-20
Y [mm]
-10
Temps [µs]
140
0
10
160
20
180
30
0
200
20
40
X [mm]
Roue dentée reconstruite
220
240
200
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400
600
N° signal
Sinogramme de la roue dentée
800
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EXEMPLE : RECHERCHE AUTOMATIQUE D’OBJETS PERDUS
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EXEMPLE : RECHERCHE AUTOMATIQUE D’OBJETS PERDUS
Sélection de la simulation par le
coefficient de corrélation maximum.
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IMAGERIE PAR ONDES CYLINDRIQUES
Elliptical scalar product
Elliptical Fourier transforms (Mensah et al.,
JASA 2007, IEEE UFFC 2012, Ultrasonics 2014)
Scattering acquisition geometry
angles
: unitary vector of the mediatrix defined by the
and
: unitary vector in the
transmitter – voxel direction
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LABELLISATION ACOUSTIQUE
2 mm 1,5 mm 3 mm 4 mm 1 mm 4,5 mm 0,5 mm Varia4on de la largeur des dents (hauteur constante : 5 mm) 5 mm 5 mm 0,5 mm 4 mm Pièce étalon en polymère réalisée au LMA. 1 mm 3 mm 2 mm 2 JUILLET 2014
V a r i a 4 o n d e l a hauteur des dents (largeur constante : 5 mm) 1,5 mm François Baqué & Serge Mensah| 21 octobre 2014 | PAGE 16
IMAGERIE DIFFÉRENTIELLE
Acquisitions
ANAÏS
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Simulations
CIVA
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MÉTHODES ADJOINTES
Imagerie des milieux hétérogènes à fort contraste
Minimiser uO ( x, t )
Milieu référence
um ( x, t )
Milieu inspecté
Dominguez, Thèse 2000
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MÉT. ADJOINTES : ELASTODYNAMIQUE
1
!! = !
2
!
!
!!
!!! − !!
1
!
!"!!",!!!!!!!!!!!"! = !
2
Erreur quadratique % référence
!
!
!!
∇! !! !. ! ! !"!!"!
Différentielle de l’EQ
Garreau, SIAM JCO 2001
En pratique :
Energie topologique
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MET. ADJOINTES : ELASTODYNAMIQUE
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MET. ADJOINTES : ELASTODYNAMIQUE
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CONCLUSION ET DISCUSSION
!   Rappel de la probléma,que !
Développer une méthodologie 1) d’imagerie et de détec4on de pe4ts objets ( jusqu’à l’ordre du mm) 2) d’imagerie de défauts de forme et d’intégrité (fissures, fluage…) !   Approches envisagées et étudiées !
!
Approche tomographique Approche différen4elle !   Applica,on à la détec,on de fissures au niveau de soudures 2 JUILLET 2014
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Merci aux personnes impliquées dans le travail
de thèse d’Emma LUBEIGT, doctorante :
Clément VASSEUR, CDD au CNRS/LMA
Gilles Gobillot, Ingénieur au CEA Cadarache
Jean-François Chaix et
Sandrine RAKOTONARIVO du CNRS/LMA Aix
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Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
Centre de Cadarache | DEN/CAD/DTN/STPA | Bâtiment 208
13108 Saint-Paul-Lez-Durance
T. +33 (0)4 42 25 34 54 | F. +33 (0)4 42 25 48 68
Direction de l’Énergie Nucléaire
Département de TechnologiesNucléaire
Service des Technologies et des Procédés Avancés
Etablissement public à caractère industriel et commercial | RCS Paris B 775 685 019