Des capteurs intégrés pour mesurer en temps réel la détérioration des engins

L'utilisation de capteurs à fibres optiques en matière de SHM s'est rapidement imposée ces dernières années et permis d'obtenir des données en temps réel sur le stress ou les tensions existantes au sein de structures tels que bâtiments, ponts ou pipelines. L'adaptation du meilleur de ces technologies afin d'estimer la navigabilité d'un vol ou la certification d'un avion constituait de fait, l'objectif principal du projet FOSAS («Fiber optic sensors application for structural health monitoring») financé par l'UE.

Les chercheurs ont tenté d'utiliser les capteurs en fibre optique à réseau de Bragg (FOBG, pour fiber optic Bragg grating) pour évaluer les contraintes structurelles et prévoir ainsi l'initiation d'une corrosion. La corrosion de fatigue est un phénomène complexe de dégradation provoquée à la fois par un stress mécanique cyclique et par un environnement corrosif. Même si leurs effets individuels ont été longuement étudiés, leur effet synergétique sur l'intégrité d'une structure n'est pas encore bien compris. L'équipe a donc analysé à la fois le comportement électrochimique et la contrainte mécanique exercée sur un coupon de métal au cours d'essais de fatigue en milieu agressif. Ils ont utilisé un capteur FOBG pour contrôler ces contraintes.

Le développement de méthodes SHM optimales demande un dispositif d'essai adapté. Les partenaires du projet ont donc développé un outil permettant le développement et la certification de ces nouvelles technologies pour les matériaux et les structures avioniques. Ce dispositif utilise des capteurs à fibres optiques à la place des jauges de contrainte classiques. Grâce à ces travaux de développement, l'équipe a fourni une gamme de capteurs à fibres optiques pour la SHM. Un capteur FBG unique contrôle ainsi simultanément la contrainte quasi-statique et les signaux haute fréquence de lésions, tandis qu'un autre capteur FBG est capable de contrôler simultanément les contraintes triaxiales et la température.

L'équipe a enfin ciblé un système de répartition de la température de très haute résolution en s'appuyant sur des fibres optiques classiques et l'interférométrie à balayage de longueurs d'ondes. Cette technique convertit le décalage spectral en changement de température. Après une analyse de marché qui a permis d'estimer quelles technologies étaient abordables et pouvaient présenter un potentiel pour la certification des aéronefs, les partenaires ont développé une technique de détection en réseau. Le système prototype a été testé lors d'une campagne d'essais au sol et certifié pour une utilisation en laboratoire.

Le projet FOSAS a ainsi adapté de nombreuses technologies SHM à fibre optique pour la certification et un usage aéronautique et produit de nouveaux outils pour leur développement ultérieur. L'adoption de ces nouvelles technologies peu coûteuses permettra d'accroître considérablement la sécurité du secteur aéronautique tout en réduisant les coûts opérationnels et de maintenance. Le renforcement de la compétitivité du secteur aérospatial de l'Union européenne aura de fait des retombées importantes pour son économie.