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DPCNews 021 - Les pénétrants du futur (suite)

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Écrit par Administrator
Lundi, 01 Février 2010 07:45

Février 2010
Document actualisé en février 2012

Introduction

Notre DPCNewsletter N°019 publiée en décembre 2009 traitait des pénétrants du futur.

Cet article a suscité autant de curiosité qu'un vif intérêt de la part de nos lecteurs qui nous ont posé de multiples questions pertinentes. Tout cela nous aide à poursuivre sur le même sujet.

Nous comprenons que tout est entrain de bouger dans ce domaine et nous vous tiendrons au courant dès que nous aurons d'autres informations.

Notre but est de fournir aux utilisateurs des informations afin qu'ils soient prêts lorsque ces changements se produiront et aussi pour alerter les fabricants de produits/équipements de ressuage sur la nécessité d'améliorer leurs produits.

1- La fluorescence des pénétrants actuels

Les azurants optiques actuels, qui absorbent l'éclairement énergétique centré sur la longueur d'onde de 365 nm, présentent un pic d'absorption vers 350-370 nm et un pic d'émission vers 430-440 nm.

Cela explique pourquoi les azurants optiques ne sont d'aucune utilité lorsqu'ils sont soumis à un rayonnement de lumière bleue actinique à 450 nm. Par conséquent, le mieux est de les éliminer puisque l'effet en cascade n'existe plus.

En revanche, la lumière bleue actinique, tout comme la lumière ultraviolette (UV-A), excite les colorants jaunes des pénétrants fluorescents et les pigments des poudres magnétiques fluorescentes utilisées en magnétoscopie.

Les colorants jaunes souvent utilisés dans ces pénétrants présentent un pic d'absorption vers 420-430 nm et un pic d'émission vers 550 nm.

Cela explique pourquoi l'intensité de fluorescence des pénétrants actuels est inférieure sous un rayonnement de 450 nm à celle due à un rayonnement à 365 nm.

Nous savons, par ailleurs que l'énergie (E) d'un photon émis par un rayonnement monochromatique de longueur d'onde (λ) est égale à :

Expression dans laquelle h est la constante de Planck et c la vitesse de la lumière.

D'après cette équation, nous voyons que l'énergie d'un photon à 450 nm est égale à (365/450) soit 81 % de celle d'un photon à 365 nm. Cela peut contribuer à une plus faible intensité de fluorescence car moins d'électrons ''résonneront'' sous une énergie plus faible.

2- Conception de nouveaux pénétrants fluorescents à la longueur d'onde de 450 nm

2.1- À la recherche de nouveaux colorants

Si ces nouveaux pénétrants fluorescents sont exempts d’azurant optique, deux questions viennent à l’esprit :

• Une sorte d’effet en cascade est-il nécessaire pour obtenir l’intensité appropriée de fluorescence à 450 nm ? En d’autres termes, aurons-nous besoin de deux colorants comme actuellement ?

Nous n’avons par encore la réponse.

• Certains colorants absorbent-ils une lumière à 450 nm tout en émettant une fluorescence jaune-vert intense à 550 nm, ou une fluorescence intense verte à 505 nm ? En d’autres termes, un seul colorant suffira t-il ?

Nous avons vérifié les spectres d’absorption et d’émission de plus de 500 colorants. Nous en avons effectivement trouvés qui répondraient à nos exigences spectrales. Cependant, beaucoup d’entre eux ne peuvent pas être utilisés dans les pénétrants car :

- Certaines molécules contiennent un atome d’halogène ou de soufre ou sont à base d’amine.

- Certaines sont extrêmement chères. La synthèse de certains de ces colorants nécessite beaucoup de réactions chimiques successives dont le rendement peut être faible, voire très faible. À titre d’exemple, le prix d’un de ces colorants est de 300 € les 10 mg !

- Certaines d’entre elles sont classées cancérigènes.

Peu de colorants peuvent donc être pris en considération et être testés.

En effet, comme nous l'avions écrit dans notre précédent article, si malgré tout, un ou des couples de colorants sont trouvés pour lesquels l'absence de tout effet cancérigène aura été démontrée, il faudra faire de nombreux essais pour obtenir l'intensité de fluorescence requise.

Peut-être est-ce une voie sans issue.

2.2- Utilisation des colorants jaunes actuels

Une autre méthode est d'utiliser les pénétrants actuels dans lesquels l'azurant optique a été supprimé alors que le colorant jaune est conservé. Cela demanderait moins de temps de Recherche et Développement. Mais comment compenser l'absence d'effet en cascade ?

Le moment est venu de refaire appel à la transition de la loi de BEER(*), appliquée aux couches minces. Elle permet d'évaluer le seuil d'épaisseur critique (Ec) du film à partir duquel l'œil voit disparaître la couleur ou la fluorescence du pénétrant Bien que les fabricants de pénétrants n'utilisent plus ces données pour leurs pénétrants depuis… des décennies, il est évident que l'observation de petites discontinuités est en rapport direct avec cette épaisseur critique.

L'épaisseur critique est définie selon l'expression mathématique suivante :

- k est un facteur qui dépend de la performance optique du colorant.
- c est la concentration des colorants dans le pénétrant.
- A, B sont des constantes.

Cette formule mathématique présente un certain intérêt pour les fabricants car elle établit une relation entre un facteur considéré comme subjectif en ressuage : l'observation visuelle et un paramètre objectif : une caractéristique physique des colorants.

Plus le produit kc est grand, plus la valeur Ec est faible.

Comme le facteur k est spécifique à chaque colorant, cela doit aboutir à un premier choix de colorants en fonction de leurs caractéristiques techniques respectives.

Nous pouvons comprendre que ''la teneur en colorants'' est importante, mais un compromis entre cette teneur et la solubilité à basse température est nécessaire car une substance chimique est de moins en moins soluble quand la température des solvants diminue. Les fabricants de pénétrants doivent avoir présent à l'esprit que les pénétrants peuvent avoir à supporter des températures aussi basses que -20°C et même -40°C en cours de transport.

Si nous supprimons l'azurant optique, nous pourrions utiliser une teneur plus élevée en colorant jaune, ce qui serait probablement bénéfique pour la sensibilité et permettrait de compenser en partie l'absence d'effet en cascade.

Comme nous ne connaissons pas encore le(s) colorant(s) qui sera (seront) utilisé(s) dans les pénétrants du futur, ni le coût, nous ne sommes pas en mesure d'évaluer le prix de ces pénétrants du futur. Néanmoins, nous nous attendons à des prix plus élevés, ne serait-ce que pour couvrir les frais de Recherche et Développement !!

Aussi séduisante que puisse apparaître cette méthode, elle reste à vérifier.

3- Éclairage en lumière bleue actinique

Plusieurs sources de lumière bleue actinique (450 nm) très efficaces, dotées de DEL (diodes électroluminescentes), sont disponibles ; elles répondent, nous semble-t-il, aux conditions d'observation satisfaisantes et la technologie est maintenant bien établie.

De manière à compenser la plus faible intensité de fluorescence des pénétrants sous un rayonnement de 450 nm, l'éclairement énergétique sur la surface à contrôler doit être augmenté; que cela soit avec ou sans azurant optique, le pénétrant n'émettra pas de couleur ''bleutée-blanchâtre'' telle qu'observée sous rayonnement UV-A.

Néanmoins, certains contrôles devront être effectués (se reporter au courrier des lecteurs publié le mois dernier sur notre site Web).

4- Conditions d'observation

Les conditions d’observation sous un rayonnement de 450 nm doivent évidemment être soigneusement contrôlées.

Quelles lunettes devons-nous porter ?


• Des lunettes jaunes sont généralement fournies avec la source de lumière bleue actinique.

• Les lunettes jaunes anti-UV-A, comme celles habituellement utilisées dans les cabines d’examen UV-A, peuvent ne pas convenir.
En fait, beaucoup de ces lunettes bloquent les longueurs d'onde inférieures à 380 nm mais pas celles situées entre 380 et 450 nm. Les utiliser serait néfaste car le contrôleur verrait une lumière bleue et la détection des indications serait sérieusement affaiblie.

• Des lunettes autres que jaunes seraient-elles mieux appropriées ?

De toute manière, comme les fournisseurs/fabricants stipulent que les lunettes spécifiques qu’ils fournissent doivent être portées, nous sommes enclins à penser qu’ils ont raison : nous suggérons de ne pas porter de lunettes autres que celles fournies par le fournisseur de la source bleue actinique.

L’examen peut-il être effectué en lumière visible ?

• Les avis sont partagés, voire contradictoires.

• Certains déclarent qu’utiliser un rayonnement de 450 nm permet d’effectuer du ressuage fluorescent sans être dans une quasi-obscurité.

• D’autres assurent que l’examen doit être effectué dans des conditions d’observation similaires à celles requises pour examen sous UV-A.

• D’autres encore accepteraient un certain niveau de lumière visible mais disent qu’une zone sombre facilite la détection des indications.

Dans certains cas, l’examen en lumière bleue actinique est très utile car il permet d’effectuer certaines retouches sans être dans des zones assombries.

Notre opinion est qu'il serait possible d'effectuer un ''premier contrôle'' rapide en présence d'un niveau raisonnable de lumière visible. Par contre, un contrôle dans les ''règles de l'art'' doit être effectué quand il s'agit de rechercher des indications de très petites discontinuités, sinon la fiabilité du contrôle pourrait en être affectée. Moins il y aura de photons visibles "parasites", meilleur sera le contrôle : plus rapide, moins ardu, par conséquent plus fiable.

Que trouvons-nous dans les documents techniques ?

Dans un excellent livre(**), nous avons trouvé un chapitre intéressant intitulé : ''Photoluminescence mode (central wavelength: 450 nm, half-bandwidth: 60-100 nm)'' (ndlr : Mode photoluminescence (longueur d'onde centrale 450 nm, demi-largeur de bande : 60-100 nm)) et nous avons lu : ''the operator should work in the dark, wearing yellow or orange goggles that act as cut-off (long waves) barrier filter''(ndlr : l'opérateur doit travailler dans l'obscurité, porter des lunettes jaunes ou oranges qui agissent comme un filtre-barrière bloquant le passage des grandes longueurs d'ondes.)

Effectivement, certaines lunettes de couleur orange, tout comme les lunettes jaunes, conviennent quand la lumière bleue actinique est utilisée, mais certains essais ont montré qu'en réalité les lunettes jaunes étaient plus efficaces pour arrêter la lumière bleue actinique.

Différentes sortes de sources de lumière bleue actinique et différentes lunettes contrastantes sont commercialisées. L'ensemble source de lumière bleue actinique + lunettes contrastantes fourni par un fournisseur devrait être le meilleur choix ; mieux vaut utiliser les lunettes fournies par le fournisseur de source de lumière bleue actinique pour éviter toute mauvaise surprise - - et n'avoir qu'un seul fournisseur à incriminer s'il y a un ennui !

Les sources de lumière bleue actinique actuellement disponibles sont :

• Une torche dotée d’une DEL haute puissance et d’un filtre dichroïque breveté pour améliorer le contraste et la réponse à la fluorescence.

• Un projecteur ayant deux modes d’éclairage : l’un stable, l’autre intermittent. Ce dernier améliore la détectabilité de toute indication fluorescente, tout spécialement en présence de lumière visible ambiante. Cela est dû à deux caractéristiques des yeux humains.
Comme le stipule le fabricant :
- Nous voyons plus facilement une lumière qui clignote qu’une lumière fixe.
- Un éclair de lumière apparaît plus intense qu'une lumière fixe de même éclairement lumineux.

Ces deux paramètres se conjuguent pour favoriser la détection d’indications fluorescentes en lumière visible.

Néanmoins le fabricant signale les limites du processus pour s'affranchir de la lumière ambiante. Même en plein soleil, il est possible de voir des indications à partir du moment où l'on empêche la lumière du soleil d'éclairer la surface. Cela peut être obtenu en utilisant l'ombre de son corps, une main, une planche, l'ombre fournie par quelqu'un d'autre.

À moins de nous prouver que nous avons tort, nous pensons que pour rechercher des indications minuscules, l’éclairement lumineux devrait être conforme à la norme ISO 3059:2001 intitulée "Essais non destructifs - Essai par ressuage et essai par magnétoscopie - Conditions d'observation", c'est-à-dire inférieur à 20 lx. Toutes les sources de lumière bleue doivent être éteintes et le luxmètre numérique, étalonné.

Dans notre précédent article traitant de ce sujet, nous avions écrit que des radiomètres numériques étaient commercialisés pour mesurer l'éclairement énergétique des sources de lumière bleue à 460 nm (utilisée pour traiter l'hyperbilirubinémie - la jaunisse - des nouveau-nés).

Il est évident que les responsables d'Assurance Qualité et les auditeurs ne peuvent pas accepter l'utilisation d'un radiomètre numérique 460 nm pour le contrôle de sources de lumière bleue actinique centrée sur la longueur de 450 nm et la vérification des conditions d'observation sous un rayonnement de 450 nm.

Des radiomètres numériques pour 450 nm sont déjà disponibles.

Nous pensons que certains radiomètres numériques déjà utilisés pour le contrôle UV-A peuvent être modifiés pour effectuer des mesures du rayonnement à 450 nm en utilisant un autre capteur et après étalonnage à 450 nm.

Les dernières questions qui se posent :

• Quel sera l'éclairement énergétique minimum au niveau de la surface à contrôler ?

• Sera-t-il nécessaire de fixer un éclairement énergétique maximum acceptable si aucun azurant optique ne peut modifier la couleur ou la fluorescence ?

• Quoi dire concernant l'"effet de saturation" ou à propos de l'évanouissement de la fluorescence sous éclairement énergétique élevé ?

Comme pour les sources UV-A et, en fait pour n'importe quelle source d'énergie, au cours du temps l'intensité diminue : un contrôle périodique est obligatoire.

Conclusion

Comme nous le disions à la fin de notre précédent article traitant de ce sujet : ''Du pain sur la planche, un travail intéressant... et peut-être pour une fois des spécifications/normes identiques pour nos amis américains et les Européens !''

Pour que ce projet ambitieux soit mené à son terme, nul doute qu'il faudra que toutes les parties prenantes (fabricants/fournisseurs de produits/équipements, groupes de travaux de normalisation, donneurs d'ordres, etc.) coopèrent étroitement.

À suivre… bien évidemment.

(*) Jean-Claude HUGUES et Pierre CHEMIN : Contrôle Non Destructif par Méthode de Ressuage, Revue bimestrielle Pratique du Contrôle Industriel-Qualité, N°78 à 83 (avril 1976 à mars 1977).

(**) The Practice of Crime Scene Investigation, International Forensic Science and Investigations Series, édité par James ROBERTSON, Forensic Sciences Division, Australian Federal Police. (ndlr : traduction : La Pratique de l'Enquête sur la Scène du Crime de la Série Internationale de la Science et des Enquêtes Médicolégales, édité par James ROBERTSON, Division des Sciences Médicolégales, Police fédérale australienne.

• ISO 9934-2:2002 Essais non destructifs - Magnétoscopie - Partie 2 : Produits magnétoscopiques, Organisation Internationale de Normalisation, Genève, Suisse, 2002.

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


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Mis à jour ( Samedi, 14 Janvier 2012 09:32 )