Contrôle par courants de Foucault
ECT · PSEC · FSEC — une méthode, trois déclinaisons pour tout matériau de tube
Référence technique · ASME Section V / ASTM E243 / ASTM E2884 / ISO 15549
Le contrôle par courants de Foucault est le cheval de bataille de l'inspection des tubes d'échangeurs de chaleur. Nous le considérons comme une seule famille couvrant tous les matériaux de tube courants — seul le matériel magnétique de la sonde change. L'ECT conventionnel traite les alliages non ferromagnétiques (Cu-Ni, laiton, titane, inox austénitique, Inconel, Monel — sans aimant de polarisation). Lorsque nous ajoutons un aimant de polarisation CC, la technique se divise en PSEC et FSEC selon que la saturation magnétique complète de la paroi est réellement atteinte ou non :
- ▸PSEC (courants de Foucault à saturation partielle) — fortement ferromagnétique + paroi épaisse (CS, LAS, T11, T22, P91). Même avec un aimant puissant, le circuit magnétique est trop « épais » pour faire passer la paroi au-delà du coude de saturation. µdiff reste > 1.
- ▸FSEC (courants de Foucault à saturation totale) — faiblement ferromagnétique + paroi fine (duplex, super-duplex, inox austénitique avec ferrite δ/martensite, Monel, inox ferritique fin). La paroi est poussée entièrement au-delà du coude B-H. µdiff → 1, le comportement AC devient quasi paramagnétique.
PSEC et FSEC décrivent donc l'état que nous atteignons réellement dans la paroi, et non l'aimant sur l'étagère des sondes. De façon contre-intuitive, cela signifie que nous utilisons le PSEC sur les alliages fortement magnétiques et le FSEC sur les faiblement magnétiques — voir l'explication dédiée.
La technique est régie par la loi d'induction de Faraday. Un courant alternatif dans une bobine de détection génère un champ magnétique primaire. Lorsque la bobine est approchée d'un tube conducteur, ce champ induit des courants circulants — les courants de Foucault — dans la paroi du tube. Tout changement géométrique ou métallurgique (piqûre, fissure, perte de paroi, inclusion) perturbe l'écoulement des courants de Foucault, ce qui modifie l'impédance de la bobine. C'est cette variation d'impédance que l'instrument enregistre et que l'analyste interprète — l'amplitude porte la taille du défaut, la phase porte la profondeur du défaut et la position ID/OD.
Convention de dénomination. Nous nommons la technique d'après l'état de saturation atteint, et non d'après l'aimant de la sonde. Certains fabricants font l'inverse — ce qui peut prêter à confusion sur du CS à paroi épaisse où un « aimant puissant » n'atteint tout de même qu'une saturation partielle. Découvrez pourquoi →
Le principe, en images
Une sonde bobine est tirée à travers le tube. La sonde porte deux bobines D₁ + D₂ — et deux seulement. L'instrument les commute électroniquement entre deux modes : le mode différentiel (les deux bobines forment un pont, leurs signaux se soustraient — sensible aux défauts locaux, rejette les changements progressifs) et le mode absolu (les deux bobines sont sommées et référencées par rapport au pont de l'instrument — sensible aux variations de paroi progressives que le mode différentiel annule). L'instantané montre la sonde à l'intérieur du tube ; les défauts le long du tube (piqûre ID, usure de chicane, piqûre OD, corrosion générale, fissure, érosion générale) passent sous les bobines lorsque la sonde est tirée, chacun produisant son signal caractéristique. Pour le PSEC et le FSEC, les deux mêmes bobines se trouvent à l'intérieur d'un aimant CC qui déplace le point de fonctionnement de la paroi ferromagnétique du tube vers une région où l'analyse AC se comporte de façon prévisible.
La famille des courants de Foucault — trois déclinaisons
Courants de Foucault conventionnels
- Domaine
- Tubes non ferromagnétiques — aucun aimant de polarisation nécessaire
- Matériaux
- Cu-Ni, laiton, titane, inox austénitique brut de tréfilage, Inconel
- Aimant
- Aucun — le seul courant de bobine
Le cas classique. µr = 1, le champ AC pénètre de façon prévisible.
Courants de Foucault à saturation partielle
- Domaine
- Fortement ferromagnétique — la saturation n'est PAS pleinement atteinte
- Matériaux
- CS, LAS, T11, T22, P91, inox ferritique (paroi épaisse)
- Aimant
- Polarisation CC appliquée, mais le circuit magnétique (matériau × épaisseur de paroi) maintient la paroi du tube sous le coude de saturation
µdiff reste > 1. L'analyse de phase fonctionne mais est plus délicate — le dimensionnement est relatif, le tube d'étalonnage doit correspondre.
Courants de Foucault à saturation totale
- Domaine
- Faiblement ferromagnétique — la saturation EST atteinte
- Matériaux
- Duplex, super-duplex, Monel 400, inox austénitique avec ferrite δ / martensite induite par déformation, inox ferritique à paroi fine
- Aimant
- La polarisation CC fait passer la paroi entièrement au-delà du coude B-H. µdiff → 1 — le matériau se comporte en AC comme s'il était paramagnétique.
Le cas « facile » parmi les méthodes à aimant de polarisation. La signature de fissure s'aplatit ; combiner avec des sondes rotatives/matricielles lorsque les fissures sont la cible.
À l'intérieur de la sonde bobine — deux bobines, deux modes
Nos sondes bobine ne portent que deux bobines — D₁ et D₂. Elles sont espacées de quelques millimètres sur un noyau de ferrite commun. L'instrument commute électroniquement leur câblage dans le pont AC, de sorte que les mêmes bobines physiques fournissent deux modes de mesure complémentaires — aucune paire absolue séparée n'est nécessaire.
Mode différentiel — bobines opposées
Les deux bobines sont câblées de manière à ce que leurs sorties se soustraient. Lorsque les deux voient une paroi de tube homogène, leurs impédances sont égales — le pont reste équilibré et la sortie différentielle est proche de zéro.
Un défaut local passe d'abord sous D₁, déséquilibrant le pont → pic d'une polarité. Quelques microsecondes plus tard, il passe sous D₂ → pic de polarité opposée. Le huit résultant sur le plan d'impédance porte l'amplitude (taille du défaut) et la phase (profondeur, ID vs OD). Le mode différentiel est extrêmement sensible aux défauts locaux (piqûres, fissures, petites inclusions) et rejette tout ce qui est commun aux deux bobines (variations de lift-off progressives, changements de géométrie lents, dérive thermique).
Mode absolu — bobines sommées contre le pont de l'instrument
Les deux mêmes bobines sont commutées en configuration absolue : leurs sorties sont sommées et référencées par rapport à une impédance fixe à l'intérieur de l'instrument. Le pont ne s'annule plus pour un matériau de tube uniforme — la sortie suit l'état réel de la paroi sous la sonde.
Le mode absolu détecte ce à quoi le mode différentiel est aveugle : la perte de paroi progressive, les transitions de chicane, les zones de plaque tubulaire et la corrosion générale. L'instrument enregistre les deux canaux simultanément — un rapport ECT typique montre le même défaut sur le plan différentiel et sur le plan absolu, chacun apportant une information différente.
Profondeur de pénétration — la seule équation nécessaire
Les courants de Foucault ne pénètrent pas uniformément dans la paroi. Ils sont les plus forts à la surface interne et décroissent de façon exponentielle avec la profondeur. La profondeur de pénétration standard (effet de peau, δ) est :
δ = √(2 / ω·µ·σ) ≈ 503 · √(ρ / (f · µr)) [mm, ρ en Ω·mm²/m]
Fréquence plus élevée → pénétration plus faible. Pour un tube de condenseur Cu-Ni typique (ρ ≈ 0,4, µr = 1) à 30 kHz, δ ≈ 1,8 mm — assez pour interroger entièrement une paroi de 1,5 mm. La fréquence est choisie de sorte que δ ≈ 1,0 – 1,5 × l'épaisseur nominale. Pour le PSEC et le FSEC, la polarisation CC fait tendre µr vers 1 (la saturation aplatit la courbe de perméabilité), de sorte que la même équation régit la pénétration — c'est pourquoi le même instrument et la même analyse fonctionnent pour les trois déclinaisons.
Types de sondes
Deux bobines (D₁ D₂) sur un noyau de ferrite commun, commutées électroniquement entre mode différentiel et mode absolu. Vitesse de traction 0,3 – 1,0 m/s. Les variantes PSEC/FSEC ajoutent un aimant CC autour du bloc de bobines.
Débit élevé · screening primaire
Bobines pancake sur une tête rotative — produit un balayage 2D de l'ID du tube. Détecte les fissures longitudinales et résout la position circonférentielle. Essentielle à la plaque tubulaire, aux coudes en U et aux zones de soudure.
Vérification · cartographie détaillée
Plusieurs paires de bobines disposées circonférentiellement, multiplexées électroniquement. Capture un C-Scan complet à des vitesses proches de la sonde bobine — combine screening et cartographie en un seul passage.
Meilleure pratique moderne pour les faisceaux à forte valeur
Ce que détectent ECT / PSEC / FSEC
Piqûres
Piqûres ID/OD localisées — l'angle de phase sépare l'ID de l'OD ; l'amplitude est proportionnelle au volume.
Perte de paroi générale
Érosion/corrosion progressive sur de longues sections — l'amplitude du canal absolu suit la profondeur.
Fissures
Fissures de corrosion sous contrainte / de fatigue circonférentielles et longitudinales (sondes rotatives ou matricielles).
Usure au droit des chicanes
Frottement aux points de support des tubes — visible comme des pics d'amplitude synchronisés sur le motif des chicanes.
Trous d'épingle
Perforations traversantes jusqu'à ~1 mm de diamètre dans les tubes à paroi fine.
Érosion entrée/sortie
Amincissement induit par la vitesse près des extrémités des tubes — accessible avec les sondes bobine.
Matériaux adaptés
| Matériau | ECT | PSEC | FSEC | Remarque |
|---|---|---|---|---|
| Cuivre-nickel (90/10, 70/30) | ✓ premier choix | — | — | Condenseurs à eau de mer — ECT en screening primaire |
| Laiton (Admiralty, aluminium) | ✓ premier choix | — | — | Condenseurs plus anciens, encore très répandus |
| Titane (Gr 2, Gr 7, Gr 12) | ✓ premier choix | — | — | Chimie agressive — ECT idéal |
| Inox austénitique (304/316/321) — brut de tréfilage | ✓ premier choix | — | ○ applicable | L'écrouissage / les zones de soudure ajoutent de la ferrite δ / martensite → FSEC si µ devient notable ; vérifier les indications ambiguës avec une sonde magnétique |
| Inconel 600 / 625 / 825 | ✓ premier choix | — | — | Échangeurs de chaleur en service pétrochimique |
| Monel 400 | — | — | ✓ premier choix | Faiblement ferromagnétique — saturation totale couramment atteignable. Le FSEC est la norme. |
| Inox duplex / super-duplex | ✕ inadapté | — | ✓ premier choix | Teneur ferromagnétique plus faible + paroi typique → saturation totale atteignable. Le FSEC est le premier choix. |
| Inox ferritique — fin (< 3 mm) | ✕ inadapté | — | ✓ premier choix | La paroi fine permet la saturation totale |
| Inox ferritique — épais (≥ 3 mm) | ✕ inadapté | ✓ premier choix | ✕ inadapté | Paroi épaisse → seule la saturation partielle est atteignable |
| Acier au carbone / LAS (échangeur de chaleur) | ✕ inadapté | ✓ premier choix | ✕ inadapté | Fortement ferromagnétique + paroi typique de 2–5 mm → saturation totale non atteignable. PSEC standard ; RFT pour paroi épaisse > 4 mm ; IRIS pour la WT absolue. |
| P91 / T22 / T11 (ferritiques résistants au fluage) | ✕ inadapté | ✓ premier choix | ✕ inadapté | µr élevé + paroi épaisse → PSEC. IRIS pour la référence de WT absolue. |
Avantages (toute la famille)
- +Couvre tout matériau de tube courant — ECT, PSEC et FSEC partagent l'instrument et l'analyse
- +Vitesse d'inspection très élevée — jusqu'à 100 tubes/h (ECT), 70 tubes/h (PSEC/FSEC)
- +Sans agent de couplage — inspection à sec pour toutes les déclinaisons
- +Le canal différentiel trouve les défauts locaux, le canal absolu la perte de paroi progressive
- +L'angle de phase sépare les défauts ID des défauts OD
- +Tolérant aux dépôts / au tartre modérés
- +Indépendant du type de défaut au stade du screening
Limites
- −Pas de lecture d'épaisseur de paroi absolue — le dimensionnement est relatif à un étalon
- −PSEC/FSEC : aimant lourd → sections droites uniquement, diamètre de sonde plus grand
- −La saturation FSEC aplatit la signature de fissure ; combiner avec des sondes rotatives/matricielles pour les fissures
- −L'inox écroui peut présenter un bruit métallurgique — vérification par sonde magnétique recommandée
- −L'étalon de référence doit correspondre étroitement au matériau et à la géométrie du tube de production
- −Dépendant de la compétence : un analyste expérimenté est indispensable pour les indications mixtes
Flux d'inspection typique
- 1
Sélection de la méthode
Choisir ECT / PSEC / FSEC selon le matériau du tube et la perméabilité. Même instrument ; seul le matériel magnétique de la sonde diffère.
- 2
Préparation & étalonnage
Tube de référence assorti à la production (OD, paroi, matériau). Percer les trous d'étalonnage selon l'ASTM E243 / E2884 : trou traversant 100 %, 4× trou à fond plat 20 %, entailles OD/ID. Régler la fréquence selon l'équation de l'effet de peau. Fixer la rotation de phase de sorte que OD ≈ 40°, ID ≈ 140°.
- 3
Screening bobine (100 %)
Tous les tubes balayés avec la sonde bobine à 2 bobines (D₁ D₂). L'instrument enregistre les deux canaux simultanément — mode différentiel pour les défauts locaux, mode absolu pour la perte de paroi progressive. Vitesse de traction constante ; l'encodeur journalise la profondeur.
- 4
Analyse & tri
Chaque indication tracée sur le plan d'impédance. Les courbes de dimensionnement issues des trous d'étalonnage donnent le % de perte de paroi. Les indications au-dessus du seuil d'acceptation sont marquées pour suivi.
- 5
Suivi rotatif / matriciel
Tubes marqués ré-inspectés avec une sonde rotative ou matricielle pour les fissures, la zone de plaque tubulaire et les défauts longitudinaux. C-Scan enregistré.
- 6
Rapport & FFS
Rapport tube par tube (% de perte de paroi, type de défaut, position). Si la WT absolue est nécessaire pour le RSF API 579 → planifier un IRIS sur le sous-ensemble marqué.
Normes & qualification du personnel
| ASME Section V, Art. 8 | Eddy Current Examination of Tubular Products |
| ASTM E243 | Electromagnetic (Eddy-Current) Examination of Copper and Copper-Alloy Tubes |
| ASTM E309 | Eddy-Current Examination of Steel Tubular Products Using Magnetic Saturation |
| ASTM E2884 | Eddy Current Examination of Tubing Using Partial Saturation (PSEC / FSEC) |
| ASTM E2096 | In Situ Examination of Ferromagnetic Heat-Exchanger Tubes (RFT) |
| EN 1971 | Copper and copper alloys — Eddy current test for tubes |
| ISO 15549 | Non-destructive testing — Eddy current testing — General principles |
| ISO 9712 | Personnel qualification — Levels I / II / III for ET method |
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