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DPCNews 019 - Les pénétrants du futur

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Écrit par Administrator
Mardi, 01 Décembre 2009 19:19

Décembre 2009
Document récrit et actualisé en novembre 2012

Raison de la présente actualisation
Cet article traite d’un sujet réellement d’actualité qui suscite un vif intérêt de la part de nos lecteurs. Les questions pertinentes qu’ils nous posent nous amènent à réfléchir.
Aujourd’hui comme demain, nous serons donc amenés à actualiser cet article car rien n’est figé et tout peut encore évoluer.

Le but de cet article est d’informer et de préparer les utilisateurs du ressuage à ce changement et de sensibiliser les fabricants de produits/équipements de ressuage sur la nécessité de faire évoluer leurs produits/équipements.

Une veille technologique ne consiste pas seulement à regarder ce que font les concurrents, mais surtout à imaginer ce qui pourrait être fait dans les 5 ans à venir et ce que ne feront peut-être pas les concurrents !

Livrons-nous à cet exercice à propos des pénétrants.

Notre DPCNewsletter N°018 - Novembre 2009(*) traitait de l’excitation des colorants des pénétrants fluorescents et des travaux de normalisation en cours.

Nous pouvons penser que la longueur d’onde de 450 nm (lumière bleue du spectre visible) sera adoptée pour exciter les colorants des pénétrants fluorescents.

Néanmoins, il y a au moins trois inconvénients, comme nous l’avons signalé précédemment :

• Aucune norme actuelle ne permet d’utiliser une autre longueur d’onde que celle de 365 nm pour exciter les colorants des pénétrants fluorescents.

• Les lumières visibles bleues ou violettes... sont visibles ! Elles sont préjudiciables à l’aptitude des yeux des contrôleurs à détecter de faibles indications vertes ou jaune-vert. Il faudra donc que des lunettes filtrant la lumière bleue soient impérativement portées en permanence, et pas seulement de temps en temps, par les opérateurs aux postes de rinçage et/ou de lavage et par les contrôleurs au poste d’examen.

• L’intensité de fluorescence est plus faible qu’avec 365 nm. Pendant des décennies, les formules des pénétrants ont été optimisées pour le rayonnement à 365 nm ; par conséquent, on comprend aisément qu’elles ne soient pas optimisées pour un rayonnement à 450 nm.

Trois points techniques doivent être ajustés :

• La norme ISO 3059:2001 doit être révisée pour permettre l’utilisation de la longueur d’onde de 450 nm.

• Des lunettes filtrant la lumière bleue doivent être portées tout le temps par les opérateurs et les contrôleurs, que ce soit en cabines de rinçage/lavage ou en cabine d’examen. D’autre part, l’examen doit être effectué en lumière visible atténuée.

• Les radiomètres numériques centrés sur la longueur d’onde de 450 nm doivent être utilisés. Certains radiomètres centrés sur le 460 nm existent déjà… ils mesurent le rayonnement énergétique de la lumière bleue utilisée pour traiter l'hyperbilirubinémie (la jaunisse) des nouveau-nés. Les utilisateurs devront acheter de nouveaux radiomètres ! (le terme radiomètre doit être utilisé, et non de luxmètre, bien qu'ils mesurent une lumière visible : dans cette situation, seule une largeur de bande étroite de lumière visible est mesurée et non tout le spectre visible). Cela représente un coût, et les laboratoires d’étalonnage auront à modifier leurs installations en conséquence.

Nous avons recueilli des réactions très différentes en parlant de l’intensité de la fluorescence des pénétrants actuels sous un rayonnement de 450 nm. Un certain nombre d'essais ont mis en évidence une intensité de seulement 60 à 80 % de l'intensité obtenue sous un rayonnement de 365 nm. D'autres personnes n’ont remarqué que des différences marginales. Peut-être ces réactions contradictoires sont-elles dues à des résultats obtenus sur des pénétrants différents. Peut-être que, selon les couples colorants/azurants utilisés, selon aussi les solvants (hydrocarbures et autres additifs), les agents de surface (agents tensioactifs), etc., l'effet est quelque peu différent. Dans le laboratoire d'une de nos entreprises, il y a plusieurs années, nous avions constaté que certains hydrocarbures peuvent avoir une action néfaste sur l'intensité de fluorescence. Ce point est l’un des plus difficiles à surmonter.

La seule issue est que les fabricants de produits de ressuage soumettent de nouvelles formules de pénétrants à homologation par l’U.S. Air Force (cela, pour l'industrie aéronautique).

Les nouvelles formules résulteront essentiellement d’un nouveau complexe de colorants.

L'un des principes fondamentaux pour exciter la fluorescence des pénétrants fluorescents est d'utiliser un azurant optique qui absorbe le rayonnement énergétique à la longueur d’onde de 365 nm. Grâce à ce qu’on appelle l’"effet en cascade", cet azurant peut transférer de l'énergie à un autre colorant. Sous réserve que le spectre d'émission de l’azurant recouvre partiellement le spectre d'absorption de cet autre colorant, ce dernier est choisi parmi ceux qui émettent des photons de lumière jaune-verte ou verte - le vert étant la meilleure couleur : 505 nm.

L’autre moyen est l'effet de synergie. Personne n’a encore donné une explication acceptable à la synergie. Cet effet est par exemple utilisé en matière de lutte anticancéreuse. Les médicaments anticancéreux sont toxiques pour les cellules cancéreuses, mais les doses nécessaires pour qu'ils soient efficaces sont aussi quelque peu nocives pour les cellules saines. En associant deux, trois ou quatre médicaments anticancéreux qui ont un effet de synergie (un effet amplificateur l'un envers l'autre), on peut utiliser des doses beaucoup plus faibles de chaque médicament. Les conséquences néfastes sur les cellules saines sont fortement réduites (moins de "dommages collatéraux") alors que l'efficacité contre les cellules cancéreuses est similaire. Ainsi, le traitement est mieux supporté par la personne et, dans l’ensemble, plus efficace.

Dans le cas des pénétrants fluorescents, trouver le(s) bon(s) couple(s) colorant(s)/azurant(s) optiques est de la plus haute importance pour la sensibilité - et un secret industriel bien gardé !

La concentration en azurant optique est généralement égale ou supérieure à celle du colorant jaune dans le pénétrant fluorescent. Si ce dernier est soumis à un éclairement énergétique UV-A trop élevé, les indications deviennent de plus en plus bleutées-blanchâtres : l’azurant optique émet de plus en plus de photons de lumière blanche. En effet, lorsque l'éclairement énergétique UV-A augmente, le rapport entre les photons de lumière blanc-bleutée émis par l'azurant optique et les photons de lumière verte émis par le colorant augmente.

C'est l’une des justifications, dans la norme ISO 3059 de la fixation d’un éclairement énergétique UV-A maximum de 50 W/m² (5000 µW/m²) sur la surface des pièces.

Nous avons émis l’hypothèse que ce phénomène ne se produisait pas si la quantité d’azurant optique était nettement inférieure à celle du colorant jaune, mais qu’il en résultait une chute substantielle de l’intensité de fluorescence du pénétrant !

Pour vérifier cette hypothèse, un laboratoire a effectué des essais en utilisant :
• Un pénétrant du commerce dans lequel le rapport azurant optique/colorant jaune était égal à 1,6.
• Un pénétrant sur-mesure, spécifiquement conçu pour les besoins de ces essais, qui était le même que le pénétrant ci-dessus mais avec une plus faible concentration d’azurant optique, de sorte que le rapport azurant optique/colorant jaune était égal à 0,5.

Tout d’abord, nous avons évalué l’intensité de fluorescence des deux pénétrants conformément à l’Annexe A de la norme ISO 3452-2 ou de la norme ASTM E1135. Les résultats furent 88 pour le pénétrant commercial et 60 pour le pénétrant sur-mesure. Ainsi, réduire la quantité d’azurant optique s’est traduit par une chute de 32 % de l’intensité de fluorescence. Cela entraîne une perte de sensibilité et, par conséquent, une chute de la probabilité de détection (PDD). Le rôle-clé de l’azurant optique dans les pénétrants fluorescents est de ce fait établi dans des conditions normalisées d’observation. Inutile de préciser que ce pénétrant sur-mesure ne donnerait pas de résultats satisfaisants.

Ensuite, nous avons constaté que sous éclairement énergétique (UV-A) très élevé, les indications devenaient jaune pâle et moins brillantes avec le pénétrant du commerce, tandis que cela ne se produisait pas avec le pénétrant sur-mesure.

Que s’est-il passé ? Nous allons vous l’expliquer.
Au- dessus d’un certain niveau d’éclairement énergétique UV-A :

• Dans le cas du pénétrant du commerce, la quantité d’azurant optique est suffisante et optimisée, et les photons de lumière bleue émis par l’azurant optique sont en excès. Par conséquent, certains d’entre eux sont impliqués dans le transfert d’énergie d’excitation au colorant jaune jusqu’à sa saturation. Lorsque la saturation est atteinte, les photons en excès causent une émission intense de lumière blanchâtre-bleuâtre, ce qui se traduit par le photoblanchiment des indications.

• Dans le cas du pénétrant sur-mesure, la concentration en azurant optique est trop faible et non optimisée pour générer une valeur appropriée d’intensité de fluorescence. Les photons de lumière bleue émis par l’azurant optique sont impliqués majoritairement dans le transfert de l’énergie d’excitation au colorant jaune. Par conséquent, la luminance bleue est faible.

Le tableau comparatif suivant résume les caractéristiques de ces deux pénétrants.

Paramètres

Pénétrant commercial

Pénétrant sur-mesure
Résultats sous éclairement énergétique UV-A élevé

Concentration de l'azurant optique

Suffisante et optimisée pour obtenir une valeur appropriée d'intensité de fluorescence

Trop faible et non optimisée pour obtenir une valeur appropriée d'intensité de fluorescence

Implication des photons de lumière bleue

• En partie dans le transfert d'énergie d'excitation au colorant jaune
• En partie pour l'émission de lumière blanchâtre-bleuâtre

Majoritairement dans le transfert d'excitation d'énergie au colorant jaune

Luminance blanchâtre-bleuâtre

Élevée

Faible

Indications allant du vert au blanc, selon l'éclairement énergétique UV-A

Oui

Non

Pâlissement (de la fluorescence) par les UV

Oui

Non

Par ailleurs, comme la longueur d’onde de 450 nm ne semble pas la meilleure pour exciter les azurants optiques utilisés dans les pénétrants fluorescents actuels, utilisés avec du rayonnement à 365 nm, deux questions se posent :

L’effet en cascade est-il nécessaire pour obtenir l’intensité appropriée de fluorescence à 450 nm ; en d’autres termes, faut-t-il utiliser deux colorants ?

Existe-t-il des colorants qui absorbent la lumière visible à 450 nm et qui la transforment en une fluorescence vert intense ? Peut-être qu’un seul colorant suffit.

Le choix du (des) colorant(s) ou celui du complexe colorant/azurant optique est essentiel et de nombreux essais sont requis pour obtenir l’intensité de fluorescence correcte.

Un autre problème, en raison de la règlementation REACH, est de choisir des colorants  et des azurants optiques pour lesquels il aura été démontré l'absence de tout effet cancérigène. Certains colorants actuellement utilisés n’ont pas été testés. Les essais sur les humains sont bien entendu interdits. Les essais sur des animaux sont onéreux et ne peuvent pas prouver l’absence d’effet adverse sur les humains. De plus, les essais sur les animaux sont de plus en plus encadrés, ce dont on doit d'ailleurs se réjouir. Seuls des essais sur des lignées de cellules humaines pourront garantir de façon raisonnable l'absence probable d'effets délétères sur des humains. Bien sûr, ces remarques ne s'appliquent pas qu'aux colorants pour produits de ressuage... mais à tous les produits chimiques ! Mais il faut faire aussi intervenir le coût des essais en rapport avec les quantités des produits concernés et le nombre de personnes exposées. Bien souvent, des précautions très simples et un peu de bon sens sur les postes de travail sont un excellent moyen d'éviter des effets à court terme ou à long terme.

À propos, juste une question philosophique. Les fumeurs, aujourd’hui, sont suffisamment bien informés des risques certains qu'ils prennent, et des risques très probables qu'ils font prendre à leur cercle familial. Alors, pourquoi fument-ils ? Pourquoi sont-ils les plus virulents, à l’atelier au moment d’utiliser des produits chimiques potentiellement dangereux ?

Revenons à notre sujet de préoccupation du jour !

Avec le(s) nouveau(x) colorant(s) dans la formule, le point suivant est de vérifier :
• L’intensité de fluorescence sous rayonnement à 450 nm.
• La stabilité de l’intensité de fluorescence sous rayonnement à 450 nm.
• La stabilité thermique de l’intensité de fluorescence.

Ces essais nécessitent du temps… et de l’argent ; les fabricants devront consacrer du temps et de l’argent en Recherche et Développement.
Cependant, ces dernières années ont vu une sérieuse chute des moyens de Recherche et Développement chez les fabricants des produits de ressuage et de magnétoscopie. Par conséquent, quelques difficultés sont à prévoir pour concevoir les nouveaux produits requis.

La spécification américaine SAE-AMS 2644 et les normes de la série ISO 3452 devront être révisées en conséquence.

Qui sera le premier fabricant à faire homologuer ses pénétrants, conformément à ces documents révisés ? Le premier à les commercialiser ? Il est judicieux d’y penser dès maintenant... afin d'être prêt avant même la publication des nouveaux documents !

Les fabricants qui ne seront pas capables d’avoir ces nouveaux pénétrants dans leur gamme seront balayés du marché. Même chose pour les fabricants de produits de magnétoscopie.

Le "pionnier" conservera son avance sur ses concurrents s’il satisfait à un certain nombre de précautions pour éviter que les concurrents copient les nouveaux produits sans dépenser un euro ou un dollar. Parmi les points les plus importants permettant d'éviter un contretype (une copie !) :

• Seuls très peu de gens dans la société connaîtront les nouveaux colorants. De plus, ils doivent signer un engagement pour ne pas divulguer une quelconque information.

• Le fabricant de pénétrants ne donnera pas à son fournisseur de colorants une quelconque information concernant le futur des colorants. Autrement, le fournisseur de colorants informera les concurrents du fabricant de produits de ressuage… pour accroître ses ventes.

Sur le long terme, l’information sera connue. Cependant, avoir une avance de deux ou trois ans sur la concurrence permet de prendre une bonne part des marchés, alors que les concurrents ne sont pas en mesure de fournir des produits équivalents. En général, le premier entrant sur un marché conserve la tête pendant longtemps.

Autre problème et pas des moindres : les utilisateurs devront remplacer des quantités énormes de produits (du moins, les utilisateurs qui ont des cuves). Ils devront payer pour la destruction de ces produits rapidement périmés... bien que ces produits seront encore techniquement valables !

Quel sera le délai accordé pour le changement, étant entendu que les "pénétrants 365" et les "pénétrants 450" ne doivent pas être mélangés ?

Le plus simple serait que ce soit sur une période de peut-être cinq/six ans, des "chaînes PT 365 nm" et des "chaînes PT 450 nm" seront utilisées en parallèle. N’oubliez pas que les sources d'éclairage (365 nm ou 450 nm), les radiomètres (365 nm ou 450 nm), les lunettes portées par les opérateurs/contrôleurs, l'éclairement énergétique (365 nm ou 450 nm) requis, l’éclairement lumineux (lumière visible) ambiant acceptable, seront spécifiques à chaque chaîne. Comme nous l'avons déjà écrit, les auditeurs vont avoir du "grain à moudre", les non-conformités vont pleuvoir, les coûts risquent de s'envoler.

Néanmoins, nous pensons à plusieurs moyens pour surmonter certains blocages :

• Les pénétrants actuels, qui émettent une intensité de fluorescence plus faible sous rayonnement 450 nm que sous 365 nm, peuvent être "requalifiés" avec une sensibilité d'un niveau en dessous, après essais, bien sûr. Disons qu’un pénétrant classé actuellement Niveau 4 selon la SAE-AMS 2644 pourrait êtres classé Niveau 3 dans une future "AMS 2644/450" (le 450 venant pour 450 nm).

• Certains pensent que, pour surmonter la plus faible intensité de fluorescence des pénétrants actuels sous un rayonnement de 450 nm, la solution est d’augmenter l’éclairement énergétique à 450 nm. Cela est discutable, lisez notre courrier des lecteurs de janvier 2010 sur ce sujet.

• Les fabricants conçoivent de nouveaux pénétrants pour qualification au Niveau 4 sous rayonnement 450 nm. Cela est techniquement possible, et nous en parlerons ultérieurement.

• Si l’on fait cela, des formulations bien connues pourraient être utilisées pour les Niveaux 1, 2 et 3. Seuls les nouveaux pénétrants Niveau 4 devraient être conçus, testés et approuvés. Les coûts seraient plus raisonnables, tant en Recherche et Développement, qu'en coût de remplacement/destruction de produits en service.
C’est l’hypothèse qui nous semble la plus vraisemblable.

Voici comment nous voyons les années à venir :

• Très important : être le premier entrant, ou parmi les tout premiers sur un nouveau marché avec les nouveaux pénétrants. Qui sera le premier ? Pouvons-nous penser que la course est déjà lancée ?

• Les fabricants de produits PT/MT ont tout intérêt à être en amont de ce qui sera une véritable révolution, à devancer les normes – mieux vaut pour eux être membres actifs des instances de normalisation !

• Les fabricants de produits de PT/MT sont généralement de très petites entreprises, comprenant 7 à 20 personnes. Très peu d’exceptions. Les petites entreprises ont en général une plus grande capacité à innover, à avoir des idées, à les mettre en premier sur le marché (prenez par exemple les médicaments génériques : de grands, très grands, laboratoires ont même inventé le "pay for delay", c'est-à-dire "payer pour retarder" : ils payent la petite société qui est prête à mettre sur le marché un générique à bas prix d'un "blockbuster" - un produit qui fait un chiffre d'affaires supérieur à un milliard de dollars par an - juste pour qu'elle attende un peu avant de commercialiser le produit ! Situation similaire dans la recherche génétique).

Il est vrai qu’on ne peut comparer la recherche biologique à la conception de nouveaux pénétrants… encore que... les produits de ressuage ont un rôle certain, et grandissant - quoi qu'en pensent certains (voir notre éditorial de Novembre 2009 (**), et le courrier des lecteurs qui a suivi) - pour la sécurité des avions, des voitures, des trains, des centrales de production d'énergie, des raffineries, des prothèses chirurgicales, etc.

Quoi qu’il advienne, les utilisateurs auront besoin de nouvelles sources d’éclairage : dans les cabines de rinçage/lavage et dans les cabines d'examen, de nouveaux plafonniers multidiodes électroluminescentes seront utilisés - plutôt onéreux, mais fonctionnant très longtemps quasiment sans aucune maintenance. De nouvelles lunettes ; de nouveaux radiomètres étalonnés à 450 nm... et, par ailleurs, les sources UV-A, les lunettes anti-UV-A, les combinés radiomètres/luxmètres devront être mis au rebut !
Un autre problème se pose : comment mesurer la lumière visible ? Même s’il est possible et autorisé d’effectuer le contrôle avec un éclairement lumineux plus élevé qu’avec 365 nm, il y aura un éclairement lumineux maximum acceptable : plus il sera faible, plus la sensibilité et la fiabilité seront élevées.
L’éclairement énergétique minimum à 450 nm devra être défini.
Les luxmètres ne seront pas utilisables, du fait que la source d’énergie pour la fluorescence émettra une énorme quantité de photons de lumière bleue ! Donc, physiologistes, physiciens spécialistes de l'optique, mais aussi utilisateurs de produits fluorescents devront coopérer afin de décider comment mesurer la lumière "parasite" ambiante, quel nom donné à l'unité de mesure, quelle valeur sera acceptable pour la majorité des utilisateurs, comment étalonner/vérifier les mesureurs... comment concevoir les nouveaux équipements d’étalonnage. Du pain sur la planche, un travail intéressant... et peut-être, pour la première fois, des spécifications/normes identiques pour nos amis américains et européens !

Références

(*) Patrick DUBOSC et Pierre CHEMIN : ''L'excitation de la fluorescence des pénétrants" : Sur notre site Web.

(**) Patrick DUBOSC et Pierre CHEMIN : Éditorial - Novembre 2009 : ''Encore une fois la fin du ressuage est annoncée!'' : Sur notre site Web.

Références normatives

• ISO 3059:2001 Essais non destructifs - Essai par ressuage et essai par magnétoscopie - Conditions d'observation, Organisation Internationale de Normalisation, Genève, Suisse, 2001.

• ISO 3452-1:2008 Essais non destructifs - Examen par ressuage - Partie 1 : Principes généraux, Organisation Internationale de Normalisation, Genève, Suisse, 2008.

• ISO 3452-2:2006 Essais non destructifs - Examen par ressuage - Partie 2 : Essai des produits de ressuage, Organisation Internationale de Normalisation, Genève, Suisse, 2006.

• ASTM E1135 - 97(2008)e1 Standard Test Method for Comparing the Brightness of Fluorescent Penetrants, ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA, 19428-2959, États-Unis d’Amérique, 2008.

• SAE-AMS 2644E: Inspection Material, Penetrant, Society of Automotive Engineers (SAE), 400 Commonwealth Drive, Warrendale, Pennsylvanie 15096, États-Unis d’Amérique, 2006.


Nous, Pierre CHEMIN et Patrick DUBOSC, accueillons tout commentaire, toute idée. Si vous avez quelques exemples que vous souhaiteriez voir discutés ici, veuillez nous fournir, s'il vous plaît, toutes les indications utiles. Si vous exigez la confidentialité, nous modifierions les lieux, les noms et quelques paramètres pour empêcher d'identifier la source d'information. Néanmoins, nous sommes convaincus que notre site peut être une sorte de soupape de sécurité : le but N'EST PAS de viser telle ou telle Société, ou tel ou tel auditeur ; mais c'est toujours afin que les utilisateurs réfléchissent et se posent des questions, les vraies, à eux et aux autres.
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Mis à jour ( Samedi, 12 Janvier 2013 10:18 )