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Un historique de la mesure du rayonnement ultraviolet et de la lumière visible

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Écrit par Administrator
Mercredi, 08 Octobre 2008 20:29

Octobre 2008 – Partie 1

1- Introduction

Aujourd’hui, les conditions d’observation requises pour le ressuage (PT) et la magnétoscopie (MT), c'est-à-dire l’éclairement énergétique ultraviolet (UV-A) et l’éclairement lumineux pour la lumière visible sont bien définies et maîtrisées.

Cela a été quelque peu différent il y a quelques décennies et un retour en arrière peut nous aider à mieux comprendre les exigences actuelles - et les nouvelles questions qui surgissent! (se reporter au Chapitre 13.4)

2- Rappel de quelques définitions fondamentales

Nous pensons qu’il est utile de rappeler aux lecteurs quelques définitions.

VÉRIFICATION
La vérification comprend :
• Un relevé des écarts à l'arrivée de l'appareil. Ce relevé n'est pas fourni au client, sauf s'il le demande.
• Un réglage éventuel, pour ramener l'appareil dans les tolérances définies par le fabricant, ou par des normes, ou par l'utilisateur, ou par l'organisme vérificateur.
• Un jugement émis par l'organisme vérificateur sur la conformité de l'appareil aux exigences de la commande, après réglage (ajustement) s'il y a lieu.

ÉTALONNAGE

C’est un mot qui prête à beaucoup de confusion. Un étalonnage comporte un simple relevé des écarts entre la référence (un luxmètre, par exemple) et l’appareil à contrôler. Aucun réglage, aucun jugement par l'organisme de la capacité de l'appareil étalonné à rendre le service attendu par l'utilisateur.
C'est à l'utilisateur de :
• Si nécessaire, établir une courbe d'étalonnage.
• Établir que l'appareil étalonné est conforme à ses exigences

CALIBRATION

Le terme qu'affectionnent nos amis anglo-saxons -- et surtout leurs auditeurs. Une "calibration" est un étalonnage... sauf que les spécifications aéronautiques habituelles, et les auditeurs, demandent que l'appareil donne des valeurs avec une tolérance (à préciser)... et que l'organisme s'engage sur la conformité de l'appareil, réglé si nécessaire, aux exigences de la commande !! Autrement dire, c'est une vérification... mot qui existe en anglais métrologique avec le même sens qu'en français... mais que refusent en général les auditeurs !!!

ACCURACY

À noter aussi l'aberration de l'exigence d'une "accuracy" de 5 % maximum, quand, dans les textes normatifs, "accuracy" est un terme QUALITATIF et non quantitatif !!!

REAL WORKING CONDITIONS
Cette expression figure dans la version anglaise de la norme ISO 3059, ce qui signifie "les conditions réelles d'observation". Il est à noter que dans la version française de cette même norme ISO, cette expression a été malencontreusement traduite par "les conditions de service". Estimant que la traduction "officielle" n’est pas tout à fait satisfaisante, nous utiliserons l’expression "les conditions réelles d'observation" qui est plus claire et plus facile à comprendre.

3- Mesure du rayonnement ultraviolet et de la lumière visible

La mesure du rayonnement ultraviolet (UV-A) et de la lumière visible fut un sujet d’actualité, à la fin des années 80. Derek STURGER de GENERAL ELECTRIC fit des conférences et publia des rapports sur ce sujet.

À cette époque, aussi surprenant que cela puisse paraître, ces informations passèrent presque inaperçues de la part de la communauté des CND, jusqu’à ce que McDonnell DOUGLAS, à la fin des années 80, apprenne avec effroi qu’une indication de défaut, sur un atterrisseur, n’avait pas été détectée par le Contrôleur, alors qu’elle le fut par son Superviseur.

Lors de l’investigation qui suivit, on constata qu’avec la lampe ultraviolette du Contrôleur, l’indication de défaut n’apparaissait pas. On identifia "le responsable’’ : la lumière visible (faussement appelé "lumière blanche") provenant de la source UV-A. En fait, les photons de lumière visible émis par la source UV-A sont surtout bleus et violets ; c’est pourquoi le terme "lumière blanche" est inapproprié).

Les photons de lumière bleue et violets passent à travers le filtre de Wood de la source. Pourquoi ?

Il peut être utile tout d’abord d’exposer un phénomène connu sous le terme anglais de ‘‘Blue- Haze’’.

Ce phénomène est dû aux photons de rayonnement UV-A qui, s’ils ne sont pas bloqués par un filtre sur la source UV-A ou par des lunettes anti-UV, entrent dans les yeux. Le cristallin est transparent aux UV ; ces photons arrive dans l’humeur vitrée, une sorte de "gel" qui refroidit et lubrifie l’œil tout en apportant les molécules nutritives et en évacuant les déchets dus aux cellules vivantes de l’œil. Beaucoup de ces molécules peuvent émettre une fluorescence, conduisant à ce que des photons de lumière visible soient émis de l’INTÉRIEUR de l’œil ! Cela donne une vision trouble, il est alors très difficile et fatiguant de contrôler des pièces à la recherches de petites indications. C’est une des raisons principales pour lesquelles nous insistons tant pour que les opérateurs PT et MT portent des lunettes anti-UV (en plus du fait que le rayonnement UV-A accélère l’opacification du cristallin, connue comme étant la cataracte). Pour améliorer le contraste entre les indications et la lumière visible dans la cabine d’examen, il est préférable que ces lunettes arrêtent la lumière violette et bleue. Toutes les sources UV-A, à l’exception des sources DEL contreproductifs lors de l’examen des pièces en cabine d’examen.

Les sources UV-A largement utilisées à cette époque étaient à base de vapeur de mercure et semblables à la photo ci-dessous. Le sommet était concave. L'enveloppe extérieure était faite d’un mince filtre de Wood avec une capacité faible de rejet de la lumière visible.

Cette concavité présentait un inconvénient dans la mesure où elle conduisait à un faible éclairement énergétique ultraviolet (UV-A), sur la surface examinée, juste dans l’axe de l’ampoule.

D’ailleurs, l’utilisation de ce type d’ampoule est interdite depuis le milieu des années 90 en ressuage et magnétoscopie.

4- De quelles mesures avons-nous besoin ?

En fonction des documents applicables, Il y a jusqu’à quatre exigences différentes pour les conditions d’observation, qui sont :
• L’éclairement lumineux (lumière visible) pour PT et MT effectués avec des produits visibles.
• L’éclairement énergétique ultraviolet (UV-A).
• L’éclairement lumineux dû aux sources (UV-A).
• L’éclairement lumineux, dû à la lumière visible ambiante, dans les cabines d’examen.

Les spécifications disponibles à cette époque prêtaient plutôt à confusion, elles étaient incomplètes et même inexactes.

5- Quelques notions fondamentales sur la lumière, la couleur, les UV-A

Nous avons besoin de quelques connaissances concernant le spectre électromagnétique : La mesure de la lumière visible ou de la lumière blanche ou des UV-A n’est pas si facile, en particulier avec des appareils à bon marché. Les êtres humains, à l’exception de quelques-uns qui ont des cellules non opérationnelles dans les yeux, sont capables de voir une gamme étendue de couleurs. Néanmoins, quelques différences peuvent se produire : une personne peut voir une surface comme étant verte alors qu’une autre la verra verte, oui, mais avec un peu de jaune. La couleur pourpre peut être d’un violet franc. Et ainsi de suite.

Gardez à l’esprit que pour le ressuage et la magnétoscopie, plus que dans la vie courante, plusieurs paramètres vont interagir pour faciliter la perception d'une indication – crique détectée -- ou une indication facile à laisser passer -- crique non détectée.

Quelques uns de ces paramètres :
• La couleur de l’"information", ce peut être : un panneau de signalisation, une indication PT, un vêtement, les cheveux de notre épouse/mari.
• La couleur de fond : c’est la couleur de la surface sur laquelle l’"information" doit être observée.
• Le rapport de contraste.
• Les conditions d’observation.

La couleur peut provenir d’un colorant "visible "ou d’un colorant fluorescent, qui peut être presque invisible à la lumière du jour ordinaire. La couleur peut être définie par une longueur d’onde : le vert est équivalent à 550 nm, le rouge à 680/700 nm, le bleu à 405/415 nm. Lorsque toutes les longueurs d’ondes sont dans le même rapport que celui de la courbe de sensibilité de l’œil (nos yeux sont plus sensibles à 550 nm qu’à 680 or 405 nm), nous voyons la couleur comme étant du "blanc". La lumière blanche... est blanche, tandis que la "lumière visible" peut être bleue, orange, jaune… ou même blanche. Cette petite mise au point de vocabulaire est en fait très importante : les sources UV-A émettent de la lumière visible, essentiellement du bleu et du violet (lorsque le filtre de Wood est efficace) ;de sorte que dans les cabines d’examen, la lumière ambiante est probablement davantage bleue/violette que blanche.
Cependant, les luxmètres sont étalonnés pour mesurer la lumière blanche... et de nombreuses spécifications demandent encore aux contrôleurs de mesurer la "lumière blanche" dans la zone d’examen. En fonction des luxmètres, les valeurs obtenues peuvent être différentes lorsque l’on mesure la lumière visible dans les cabines d’examen ! (se reporter aux chapitres 9 et 10)

Les sources d'éclairage, couramment utilisées tant dans les locaux professionnels (bureaux, ateliers, magasins...) que domestiques, ont des spectres d'émission très différents. Par exemple, les ampoules omniprésentes et bon marché à filament de tungstène émettent une lumière blanche, mais avec de l’orange comme couleur prédominante. Leur couleur semble "chaude" -- même si leur "température de couleur" est "froide" ! D’un autre côté, les tubes luminescents (improprement appelés "fluorescents" ou "néon") ont une dominante bleue, donnant une "lumière froide"… avec une "température de couleur" élevée ! La température de couleur est en relation avec le corps noir de Max PLANCK et nous ne donnerons pas de détails ici. Allez sur Wikipedia pour obtenir une explication détaillée.

On commence à comprendre que les sources qui donnent à nos yeux une "sensation de couleur" très proche ont en fait des spectres d’émission très différents. Comme la couleur que nous voyons est hautement fonction des longueurs d’ondes renvoyées ou absorbées par la surface, on peut facilement imaginer que le MÊME OBJET sera vu TRÈS DIFFÉREMMENT lorsqu’il est éclairé par des SOURCES DE LUMIÈRE DIFFÉRENTES.

Et maintenant, revenons à nos produits de ressuage et de magnétoscopie largement utilisés en CND. Peut-être que certains d’entre vous ont déjà observé un pénétrant coloré rouge en lumière naturelle mais difficile à percevoir sous source artificielle !

Ainsi, nous avons vu que des sources différentes ont des spectres différents d’émission.

Jetons maintenant un coup d’œil sur les surfaces, les objets, les indications de ressuage, etc.

Les surfaces qui réémettent d’une manière égale toutes les longueurs d’ondes auxquelles elles ont été soumises seront vues comme étant blanches si la lumière est blanche, vertes si la lumière est verte, etc. Certaines surfaces absorbent d’une manière égale toutes les longueurs d’ondes qu’elles reçoivent: elles apparaissent noires ou gris neutre.

En fait beaucoup de surfaces absorbent ou réfléchissent quelques longueurs d’onde. Si une lumière blanche "équilibrée" est utilisée (c’est à dire si toutes les longueurs d’onde visibles sont là), si une surface absorbe toutes les longueurs d’onde sauf celles qui sont rouges, alors cette surface sera vue comme étant rouge : seules les longueurs d’onde rouges sont réémises.
Mais que se passe-t-il si la source de lumière n’a pas toutes les longueurs d’onde dans son spectre ?

Eh bien, les indications rouges du pénétrant peuvent devenir pratiquement invisibles !! Aucune chance de les trouver si un mauvais éclairage est utilisé.

N’hésitez pas à nous contacter si vous êtes intéressé d’en apprendre plus sur ce sujet.

Maintenant, qu’en est-il du rapport de contraste ? Lorsque les indications recherchées ne présentent pas de contraste par rapport au fond coloré, cela ne sert à rien d’augmenter l’éclairement lumineux. Imaginez un chat noir, éclairé par une lumière blanche "équilibrée", dans une salle aux murs, au plafond et au sol de couleur noire. Ou un serpent vert dans cet environnement noir avec une lumière verte. Dans ce dernier exemple, toutes les surfaces deviendront vertes ; le serpent réémettra une couleur verte -- invisible sur ces surfaces.

Voici un exemple véritable : un fabricant de grandes pièces aéronautiques. Une nouvelle installation de ressuage fluorescent, de loin plus grande, plus moderne que la précédente, dans un espace spacieux. Vraiment belle ! Très rapidement les opérateurs se sont plaints de fatigue oculaire, ils ne pouvaient presque pas voir les petites indications qu’ils recherchaient. "C’était mieux, plus facile, dans l’ancien local !" Nous avons vérifié chacun des paramètres des produits et finalement nous nous sommes rendus sur l’installation.
Presqu’immédiatement, lorsque les sources UV-A ont été allumées et que la lumière blanche a été coupée, nous avons vu la cause du problème -- littéralement ! En fait, les murs et le plafond sont recouverts d’une peinture jaune... qui émet également une fluorescence intense ! Cela signifie que les pauvres opérateurs devaient trouver quelques photons de lumière jaune provenant des indications de ressuage (les pénétrants fluorescents étaient alors jaunes) alors qu’ils étaient "entourés" par beaucoup plus de photons de lumière jaune provenant des murs et du plafond !

Le concept du contraste est très important. Lorsqu’on travaille avec des produits visibles, le meilleur contraste est le noir sur le blanc ou le blanc sur le noir. Les particules noires sont couramment utilisées en MT car elles sont les plus sensibles (elles ont très peu d’additifs non magnétiques) tout spécialement lorsqu’une peinture blanche contrastante peut être appliquée comme fond contrastant.
En PT, bien que les fabricants sachent comment fabriquer des pénétrants noirs, le rouge ou l’orange ou la couleur pourpre est spécifiée. Pourquoi ? En fait, les particules, les surfaces, les pièces de couleur noire sont très courantes en fonderie, sidérurgie, mécanique, etc. Et on présume que le rouge a été choisi, il y a des dizaines d’années, du fait qu’il s’agit d’une couleur inhabituelle en environnement industriel. C’est la couleur du sang, c’est la couleur utilisée pour attirer l’attention sur des dangers ou des interdictions (se reporter aux panneaux de circulation, par exemple).

Des pénétrants bleus existent sur le marché ; ils donnent un excellent contraste avec le blanc des révélateurs, mais ils ne sont pas -- encore -- conformes aux exigences des spécifications… parce qu’ils sont bleus !

Une fois de plus, ayez à l’esprit que la qualité de la "lumière blanche" servant à la détection sera de première importance. Les LED donnent maintenant une lumière blanche TRÈS COMMODE et ils constituent probablement le meilleur choix aujourd’hui.

Eh bien, nous avons considéré plusieurs qui, parmi tant d’autres, ont une certaine importance pour une inspection fiable. Avons-nous oublié quelque chose ?... Hum, oui !!!
Que dire du capteur capable de détecter l’indication et du processeur de traitement du signal capable d’utiliser l’information du capteur et capable de décider : accepté, rebuté, à réparer ?

En PT et MT, en dépit de longs et coûteux efforts de R et D, rien de mieux que le système démodé, éprouvé, composé des yeux humains et du cerveau humain n’est fonctionnel. Cela sera le sujet pour une future DPCNewsletter ou un document technique.


Novembre 2008 – Partie 2

6- Situation spécifique du CND

Des questions très simples : Que doit-on mesurer ? Comment ? Dans quelles conditions ? Que dire de la fiabilité, de la reproductibilité ? Et le coût de l'équipement ? La faisabilité et le coût de l'étalonnage/vérification ?

Questions plutôt faciles à poser. Pour y répondre, cela a demandé des dizaines d'années -- et, pour être honnêtes, nous sommes encore surpris, à la lecture de certaines exigences, de voir comment les mesureurs sont utilisés et comment ils sont étalonné/vérifiés.

7- Mesure de la lumière visible dans les zones d'examen par produits colorés

Les normes et spécifications donnent des valeurs minimales d'éclairement lumineux MESURÉES SUR LA SURFACE À CONTRÔLER DE 500 ou 1 000 lux. La valeur de 1 000 lux est très élevée -- et c'est un minimum ! --  et peut éblouir les yeux du contrôleur quand elle est réfléchie sur des surfaces usinées. Nous considérons cette valeur comme contreproductive pour ce qui est de la fiabilité car les yeux du contrôleur peuvent se fatiguer.
Une valeur comprise entre 350 à 600 lux est généralement considérée comme suffisante.

Le colorant rouge de détection utilisé dans les produits de ressuage nécessite un éclairage adéquat. Vous pouvez obtenir une information intéressante en lisant la communication présentée par Alain MORETTI, dans le cadre des Journées COFREND (Confédération Française pour les Essais Non Destructifs) en mai 2008.

La mesure de la lumière blanche exige un luxmètre dont la courbe de réponse doit être très proche de la courbe de sensibilité de l'œil moyen définie dans le document CEI.60050-845. Le capteur doit être plan et avoir une réponse en cosinus. Selon les procédures/spécifications/normes applicables, la périodicité de vérification va de tous les 6 mois à tous les 2 ans. Comme pour tout appareil de mesure, on doit faire la vérification du zéro, la vérification en un point inférieur à la valeur minimale à mesurer, en un point supérieur à la valeur maximale qui sera mesurée (cela ne veut pas dire qu'on doit vérifier jusqu'au maximum acceptable par l'appareil). Un point dans la gamme habituellement utilisée doit être vérifié, ou mieux trois points minimum dans cette gamme.

À titre d'exemple, un luxmètre couvrant la gamme 1 lux/19 999 lux, servant à mesurer entre 500 et 2000 lux, pourra être vérifié pour les points suivants :
• au zéro (comme pour tout appareil de mesure !)
• à 400 lux
• à 2 500 lux
• et à 500, 1 000 et 2 000 lux

Ainsi, on s'assure de la linéarité de l'appareil DANS LA GAMME DE MESURES EFFECTIVEMENT UTILISÉE.

Certains auditeurs demandent une vérification au maximum des possibilités de l'appareil (19 999 lux ici). C'est absurde : beaucoup d'installations de vérification ne peuvent assurer cette prestation de façon fiable. Celles qui en sont capables facturent ce genre de prestations à des prix qui grèvent inutilement le coût d'usage de l'appareil, une dépense inutile pour quelque chose dont on n'aura JAMAIS besoin !

Il existe de nombreux "luxmètres" sur le marché. Parfois, ces "luxmètres" n'ont qu'une étiquette "luxmètre" : ils sont  fournis sans courbe de réponse, ou leur courbe de réponse est… "fantaisiste", le capteur est placé "au fond d'un puits",  sans diffuseur -- d'où impossibilité d'avoir une réponse en cosinus.

Unités de mesure

L'unité de mesure de l'éclairement lumineux est le lux : c'est l'unité du SI, Système International de mesure, très cohérent. Le "foot-candle", qu'apprécient tant nos amis Américains, est une unité hors système et elle ne doit pas être utilisée !

8- Mesure de l'éclairement énergétique UV-A

Dans le courant des années 1950, un appareil de mesure avait été mis sur le marché par la société américaine UV PRODUCTS. Ce mesureur analogique, à aiguille, le J 221 (voir photo, ci-dessous) fut LE mesureur de référence. En 1967, un document américain avait donné un certain nombre d'informations mettant l'accent sur certains défauts dans la mesure correcte des UV-A. Bien que ce mesureur soit techniquement périmé, depuis environ 1980, il est surprenant de le voir encore figurer dans le catalogue de certains fournisseurs en 2008 !

Voyons voir les principales caractéristiques techniques désuètes :

• Un détecteur au sélénium : sa surface était très grande de manière à obtenir un signal suffisant.

Depuis le tout premier appareil, il y avait deux gammes de mesures: de 0 à 1 200 µW/cm² et de 0 à 6 000 µW/cm². Pendant quelque temps, il n'y avait qu'un potentiomètre réglable ("potentiomètre d'ajustement") pour régler les DEUX gammes ! Par la suite, deux potentiomètres d'ajustement furent utilisés, un pour chaque gamme, imposant ce qu'on appelle un "réglage par itération". Il y avait également un réglage de zéro mécanique, en façade (un tel réglage est nécessaire lorsqu'on utilise un mesureur à aiguille. Quand nos jeunes ingénieurs/lecteurs lisent cela, ils ne peuvent même pas imaginer la procédure d'étalonnage : bon nombre d'entre eux, même s'ils sont impliqués dans la mesure/métrologie, n'ont jamais vu de tels équipements analogiques !). Inutile de dire que régler les deux gammes demandait un certain temps et de la patience.

• Cet appareil était très sensible au rayonnement infrarouge : une ampoule UV de 100 W ou de 125 W utilise environ 80 % de sa consommation électrique pour envoyer des rayons infrarouges tandis que seulement 7 % sont utilisés pour émettre des UV-A dans la gamme des 365 nm !

• L'appareil était équipé d'un filtre amovible. L'éclairement énergétique UV-A était considéré comme étant la différence entre la lecture AVEC le filtre et la lecture SANS le filtre.

Dans les années 1970, le même jour, nous avons effectué deux démonstrations chez le même fournisseur aéronautique français majeur.

• Sans rien dire aux opérateurs, censés connaître le mode d'emploi (le responsable des installations PT/MT était très confiant), nous leur avons demandé de vérifier l'éclairement énergétique UV-A et de nous donner la valeur. Ils ne firent qu'une seule mesure -- sans le filtre. Bon, "À quoi sert ce capot amovible ?" "C'est une protection pour ranger l'appareil". Tête du responsable !

La deuxième expérience s'est déroulée, quelques minutes plus tard, dans le bureau du Responsable -- jour malheureux pour lui ! L'objet était de lui montrer la sensibilité aux infrarouges de l'appareil sans le filtre. Le capteur fut placé à 20 cm d'une lampe à incandescence de 75 W : l'appareil afficha 2 500 µW/cm². Puis, nous avons comparé ces résultats à ceux obtenus avec un appareil à filtre interférentiel, du type de ceux décrits plus bas. La valeur affichée était 50 µW/cm². Un après-midi très instructif !

• Facteur de correction : selon le type d'éclairage UV (tubes luminescents, ampoule à vapeur de mercure), compte tenu du spectre d'émission très différent, et de la courbe de réponse très large du détecteur dans la gamme des UV-A, un facteur de correction devait être introduit.

• Bref, cet appareil était loin de répondre aux besoins des utilisateurs : disposer d'un appareil simple d'emploi, fiable, pas trop fragile et donnant des valeurs justes !

Au début des années 80, la société anglaise LEVY WEST fournit un genre de cellule, prétendument luxmètre (croquis et principe, ci-après), conforme au British Standard désormais périmé BS 4489:1984''Method for measurement of UV-A radiation (black light) used in non-destructive testing''

Cette cellule bien que, graduée en lux, n'était pas un luxmètre et elle était supposée évaluer indirectement "le niveau de lumière noire", comme s'appelait, à cette époque, le rayonnement UV-A. Une plaque fluorescente soumise à la source UV-A émettait de la lumière visible, verte, qui était alors mesurée par cet appareil.

Cette plaque était constituée d'une dispersion de pigments fluorescents minéraux, (probablement : sulfure de cadmium, séléniure de cadmium ou une association des séléniures de cadmium et de zinc) enchâssés dans un liant en polystyrène encapsulé entre deux feuilles de polyester transparent.

Une sorte de corrélation était sensée exister entre le rayonnement énergétique (UV-A) reçu par la plaque et l'éclairement lumineux réémis par la plaque fluorescente. Ainsi pour un éclairement énergétique (UV-A) de 1 750 µW/cm², l'appareil indiquait la valeur de 250 lux.
Par ailleurs, ces plaques vieillissaient asse rapidement.

Cette cellule était décrite dans la norme (périmée) ISO 3059-1974 ainsi qu'à l'annexe H de la norme (périmée) AFNOR NF A 09-520 d'avril 1989, intitulée ''Essais non destructifs - Ressuage - Vérification des caractéristiques des produits de ressuage'' comme étant capable de contrôler l'intensité de fluorescence des pénétrants fluorescents.

Dans les mêmes années 80, SPECTRONICS CORPORATION mit sur le marché ses modèles DM-365X et DSE-100X, respectivement radiomètre et combiné radiomètre/luxmètre.

Un radiomètre numérique est utilisé pour mesurer l'éclairement énergétique UV-A dans une bande étroite de longueurs d'onde comprises entre 340 et 375 nm. Le capteur de 1 cm² est plan. Le mesureur affiche des valeurs de 0 à 19 990 µW/cm². Toute autre unité (telle que : lux, phots, foot-candle ou toute autre unité de lumière visible) ne peut être utilisée pour mesurer l'éclairement énergétique UV-A. Le W/m² (ou son sous-multiple le µW/cm²) est une unité radiométrique : aucun facteur de conversion n'existe entre une unité radiométrique et une unité photométrique.

Selon les spécifications applicables, la vérification, l'étalonnage doit être effectué selon une périodicité de 6 mois à deux ans. Le principe "d'encadrement" des valeurs utiles par les valeurs utilisées en vérification est le même que pour les luxmètres.

Le DM-365X (photo, ci-dessous), comme l'indique son nom, est un radiomètre UV-A qui mesure une bande relativement étroite de longueurs d'onde centrée sur la longueur d'onde de 365 nm. Son capteur mesure 1 cm² et ne réagit pas aux infrarouges ni à la lumière rouge.

Ce radiomètre répondait parfaitement aux exigences de la norme AFNOR NF A 09-599 d'octobre 1988, intitulée ''Essais non destructifs - Moyens d'examens superficiels (Ressuage, Magnétoscopie)''.

Aucune exigence n'était écrite concernant l'éclairement lumineux (lumière visible) dans les cabines UV-A.

Toujours au début des années 1980, la même société SPECTRONICS CORPORATION mit sur le marché le DSE-100X (photo ci-dessous), un combiné radiomètre/luxmètre numérique utilisant le foot-candle comme unité d'éclairement lumineux et le µW/cm² comme unité d'éclairement énergétique. Une version L arriva plus tard utilisant le lux comme unité d'éclairement lumineux.

Lorsque les Industries aérospatiales exigèrent à la fois la mesure de l'éclairement énergétique ultraviolet (UV-A) et de l'éclairement lumineux dans les cabines, ces équipements donnèrent des résultats fiables.

Au tout début des années 2000, la société LEVY WEST, appelée maintenant APPLIED SCINTILLATION, mit également sur le marché le combiné radiomètre/luxmètre LEVY HILL Mk VI (voir photo, ci-dessous) très similaire aux DSE-100X et DSE-100X/L.

Plus récemment vers 2007, le combiné radiomètre/luxmètre POLLUX, (voir photo, ci-dessous) de conception et de fabrication françaises, intégra plusieurs innovations, telles que :
• Miniaturisation (faible encombrement, poids faible).
• Belle ergonomie.
• Capteur unique non interchangeable pour la lumière UV-A et la lumière visible connecté directement à l'unité de mesure.
• Affichage simultané des valeurs de l'éclairement énergétique UV-A et de l'éclairement lumineux.


Décembre 2008 – Partie 3

9- Mesure de l’éclairement lumineux (lumière visible) des sources (UV-A)

Nous pouvons dater la nécessité de mesurer la lumière visible dans les cabines d’examen à la fin des années 80. Les sources les plus courantes d’UV-A utilisées pour le CND étaient des tubes luminescents, des ampoules à vapeur de mercure et, plus récemment, des sources dotées d’halogénures métalliques ou des lampes à xénon. Ces sources ont un large spectre d’émission qui va des longueurs d’onde UV extrêmement courtes jusqu’au domaine des micro-ondes. Pour différentes raisons, beaucoup de ces radiations sont filtrées pour des applications CND et seule la bande de longueurs d’onde comprises entre 340 et 415 nm est utilisée. Les sources UV-A émettent généralement de la lumière visible bleue.

À cette époque "ancienne", on pensait parfois qu’une meilleure filtration aurait permis d’obtenir une largeur de bande de 340/380 nm dans les cabines d’examen de sorte qu’aucune lumière visible ne serait vue dans l’obscurité des cabines. Le prix de tels filtres aurait été si élevé qu’une telle solution fut abandonnée.

10- La situation au début des années 90

Bien... un peu confus ! Un premier document de GENERAL ELECTRIC décrivait deux méthodes. La première ne concernait que les ampoules 125 W.

D’abord, allumer l’ampoule et attendre qu’elle se stabilise. Puis, tout en portant des lunettes anti UV-A, comparer l’aspect donné par l’ampoule à une série de photos classées d’"acceptables" à "inacceptables".

Ce n’était pas la meilleure idée pour "accepter" les ampoules UV-A!

Une deuxième méthode venait s’ajouter à ce test : un contrôle était effectué avec un luxmètre dont le capteur était placé à 38 cm (15’’) de la source ou du filtre. Trois luxmètres étaient homologués, mais les valeurs qu’ils donnaient pour la même ampoule étaient très différentes ! La stabilisation des ampoules avait été mise en doute, mais il était très facile de comprendre la raison de ces différences. Ce point sera expliqué plus loin dans cet article.

• ARDROX DLM 1000 (Photo, ci-dessous):  55 foot-candles, soit 591,8 lux.

• SPECTRONICS DSE 100 X: 15 foot-candles, soit 160,5 lux.

• MINOLTA T-1: (photo ci-dessous)  2 foot-candles, soit 21,52 lux.

Modèles T-1 et T-1M1: Gamme de mesure 0,01- 99 990 lux
Modèle T-1H: Gamme de mesure de 0,1 -999 900 lux.

Cela amena à la rédaction de documents interdisant l’utilisation des ampoules 125 W à filtre intégré : on pensait que le problème ne se produirait pas avec les ampoules 100 W non filtrées, nécessitant un filtre de Wood séparé.

PRATT & WHITNEY n’exigea pas la comparaison visuelle mais en vint également à la mesure de la lumière visible de la même manière erronée que GE.

Puis ROLLS-ROYCE et SNECMA rédigèrent leurs propres spécifications. Ils furent les premiers à établir une corrélation entre l’éclairement énergétique (UV-A) et l’éclairement lumineux (lumière visible) : cela semblait logique à cette époque.

Le Bulletin de ROLLS-ROYCE "normalisa" un éclairement énergétique UV-A de 1 200 µW/cm² et, après différents essais, décida les valeurs suivantes pour différents luxmètres :
• ARDROX DLM 1000 : 8 foot-candles soit 115,78 lux.
• SPECTRONICS DSE 100 : 2 foot-candles soit 21,52 lux.
• MINOLTA T-1 : 3 foot-candles soit 3,22 lux.
• LEVY HILL Mk V (prédécesseur de la LEVY HIL Mk VI) : 0,9 foot-candle soit 9,68 lux.

Quelque temps après, ROLLS-ROYCE interdit l'utilisation du luxmètre Minolta.

Très rapidement, il se révéla que de nombreuses ampoules devaient être éloignées si loin du capteur pour obtenir une valeur de 1 200 µW/cm², que la "tache d’illumination" était plus grande que la surface du capteur.

Une formule pour l’éclairement énergétique fut diffusée pour contrebalancer ce problème :

Expression dans laquelle Y est la valeur de l’éclairement énergétique et Z l’éclairement lumineux maximum toléré, en fonction de chaque luxmètre homologué.

Un système très complexe pour mesurer les conditions d’observation !

Le BRITISH CIVIL AVIATION AUTHORITY (CAA) publia, en 1990, dans le Numéro 95 de sa notice de navigabilité, une exigence dupliquant pratiquement le document de ROLLS-ROYCE.

Nous pouvons nous demander pourquoi différent luxmètres peuvent donner des valeurs si différentes en mesurant la même source, dans le cas présent, en mesurant l'éclairement lumineux d'une source UVA. C'est en rapport à la courbe de réponse de l'œil humain moyen : les luxmètres dont les capteurs correspondent presque à cette courbe de réponse sont ceux qui sont corrects ! Ceux donnant une valeur supérieure sont trop sensibles à la zone bleue/violette du spectre - exactement où sont les photons de lumière visible de sources UV-A - quand ceux donnant des valeurs faibles ont une courbe de réponse décalée vers la zone rouge du spectre. Les yeux humains sont BEAUCOUP PLUS SENSIBLES aux photons de lumière bleue et violette quand ils sont placés dans des conditions scotopiques ou mésopiques (c'est-à-dire quand l'éclairement est faible) que lorsqu’ils sont mis en conditions photopiques ("conditions normales d'éclairage", quand les cônes, les cellules de la rétine qui nous permettent "de voir" des couleurs peuvent correctement travailler).

Les cabines d'inspection font travailler les yeux en conditions mésopiques : les yeux des contrôleurs sont alors plus sensibles aux photons de lumière bleue/violette venant de sources UVA qu'ils ne le seraient hors de la cabine. Par conséquent, un "luxmètre" dont la courbe de réponse est décalée vers l’extrémité rouge du spectre du spectre visible ne donne pas d'informations utiles sur "les réelles conditions de travail ".

11- La normalisation en sauveur

Cette période agitée, pleine de doutes et d’incertitudes, fit place à une ère de plus grande sérénité.

Les Grands Constructeurs et Organismes finirent par prendre des mesures plus sûres et plus strictes pour le PT/MT, en stipulant par exemple :
• Valeur minimale d’éclairement lumineux lors de contrôle à l'aide de produits visibles en lumière blanche.
• Valeur minimale (et même valeur maximale, pour certains) pour l’examen sous rayonnement UV-A.
• Valeur maximale de l’éclairement lumineux dû à la lumière visible dans les zones d’examen sous rayonnement UV-A.
• Homologation des combinés numériques radiomètres/luxmètres.

Enfin, la norme ISO 3059, intitulée "Essais non destructifs - Essai par ressuage et essai par magnétoscopie - Conditions d'observation", fut publiée, bien que certains utilisateurs importants ne l’aient pas homologuée.

Ce document stipule que les mesures doivent être faites dans "les conditions réelles d’observation", par conséquent aucune distance n’est spécifiée entre, disons, la source UV-A et le capteur du radiomètre.

Quelques points :

• Examen en lumière blanche :
500 lux minimum SUR LA SURFACE à examiner. Les Américains exigent au moins 1 000 lux.

• Examen sous rayonnement UV-A:

- Un éclairement énergétique de 1000 µW/cm² minimum, et un MAXIMUM de 5000 µW/cm² pour les applications PT.

- Un éclairement lumineux (lumière visible) de 20 lux maximum sur la surface à examiner, toutes les sources UV-A allumées, à la distance de travail. "Les conditions réelles d'observation" signifie que la mesure doit être effectuée avec la même distance surface/source(s) UV-A/endroit que ceux utilisés pour le contrôle, que les rideaux, s’il y en a, doivent être comme ils sont lorsque les pièces sont contrôlées, etc. La lumière visible peut provenir des sources UV-A ou d’autres sources ("les fuites de lumière" dans le toit/les rideaux, etc.). La mesure effectuée dans les conditions réelles d'observation reproduit la situation RÉELLE du contrôle! C’est plus simple, plus utile, plus fiable que n’importe quelle autre procédure complexe avec laquelle l’utilisateur essaie de mesurer la lumière visible provenant des sources UV-A dans des conditions artificielles, puis de mesurer la lumière visible provenant de tout autre point.

- L’éclairement UV-A sur les pièces au poste de lavage doit être de 300 µW/cm² minimum alors que la lumière visible sur les pièces doit être maintenue à 150 lux maximum.

ROLLS-ROYCE comme souvent, donneur d'ordre un peu franc-tireur, a des exigences spécifiques pour l’examen UV-A :

• Interdiction d’utiliser des lampes ultraviolettes UV-A à LED (diodes électroluminescentes).

• La distance source - surface à examiner est fixée à 38 cm (15’’) pour les lampes fixes et à 5 cm pour les lampes alimentées sur batterie et les appareils à guide flexible de lumière.

• Un éclairement lumineux, dû à la lumière visible, de 5 lux maximum dans la cabine d’examen dans la zone non éclairée par les UV-A) (dans la zone sombre entourant la zone d’examen) et à 20 lux maximum dans la zone éclairée (en fait, la zone d’examen).

• Un éclairement énergétique ultraviolet (UV-A) au moins égal à 1 200 µW/cm² et au maximum de 5 000 µW/cm².

• Valeur maximale d’éclairement lumineux (dû à la lumière visible) fixée en fonction du combiné radiomètre/luxmètre homologué utilisé et de l’éclairement énergétique ultraviolet (UV-A)

Selon les donneurs d’ordre pour lesquels ils travaillent, les sous traitants peuvent avoir des vérifications très différentes à effectuer, beaucoup de documents à remplir avant même d’avoir commencé le contrôle !

12- Conclusion (?)

Comme vous pouvez l'imaginer, cette période qui s’est déroulée sur plusieurs décennies, dont beaucoup d’utilisateurs habituels, de Niveaux III, d’auditeurs, etc. n’avaient jamais entendu parler, fut une étape importante et passionnante.

13- Compléments d’information et commentaires

13.1- Commentaires concernant la norme ISO 3059

La norme ISO 3059 insiste sur le fait que les mesures doivent être effectuées dans "les conditions réelles d'observation". Nos amis Américains ont immédiatement rejeté cette norme du fait qu’"aucune distance entre le capteur et la source UV-A n’était spécifiée".

L’exigence "les conditions réelles d'observation" permet d’éviter un cas -- vécu -- comme celui-ci :
À l'époque, une spécification d’un donneur d’ordre stipulait que la mesure de l'éclairement énergétique UV-A dans une cabine d’examen devait être effectuée à une distance de 38 cm (15’’) du capteur, avec la condition d’une valeur minimale de 1 500 µW/cm².

Un jour, nous avons vu un contrôleur qui effectuait ce test et qui, une fois la mesure faite, mettait les sources à 60 cm (24’’). L’éclairement énergétique sur les pièces était bien en-dessous des 1500 µW/cm². Quand nous lui avons fait remarquer que la valeur de l’éclairement énergétique était faible, il nous a remis la spécification du donneur d’ordre. Il nous montra que le contrôle de la source UV-A se faisait à 38 cm, mais nulle part il n’était écrit que l’EXAMEN devait se faire à au moins 1500 µW/cm² ou à 38 cm. Nous avons dû reconnaître qu’il avait raison. Lorsque nous l’avons signalé au rédacteur de cette spécification, sa première réaction a été l'incrédulité. Mais lui aussi a dû reconnaître que c'était vrai !!! La version suivante de cette spécification stipulait que l'EXAMEN aussi devait se faire avec 1500 µW/cm² mini !!

Dans le même esprit, concernant la lumière visible dans la cabine d’examen: pourquoi contrôler d’abord la "lumière visible provenant de sources UV-A"? Ne serait-il pas plus simple, plus commode de vérifier les conditions REELLES utilisées pour l’examen: toutes les sources UV-A en service, à la distance surface/sources qui est utilisée pour le contrôle?

Nous avions même demandé en réunion EN que soit contrôlé l'éclairement lumineux de la lumière visible au niveau des yeux des opérateurs (20 lux maxi). Pourquoi ? Simplement afin d'éviter les installations "scandaleuses" d’un fabricant de matériel de ressuage : les pièces à contrôler étaient tenues manuellement par les contrôleurs dans de petites boîtes éclairées par de petits tubes luminescents UV-A délivrant un faible éclairement énergétique alors que les yeux des contrôleurs se trouvaient dans la lumière abondante de l'atelier !

13.2- Mise en garde


Ayez présent à l’esprit que vous pouvez trouver sur le marché des luxmètres numériques qui, bien que satisfaisants pour utilisation en lumière blanche (en l’absence de rayonnement UV-A), peuvent donner des valeurs erronées lorsqu’ils sont utilisés pour mesurer l’éclairement énergétique en cabines UV-A du fait que la fenêtre du capteur  émet une fluorescence sous UV-A !

13.3- Position américaine concernant l’éclairement lumineux

Bien que la norme ISO 3059:2001 soit une norme internationale, les Américains en restent obstinément aux 1 000 lux minimum pour l’examen en lumière blanche (naturelle ou artificielle). Cette exigence, pour nous, n’est pas suffisamment justifiée.

13.4- Sources UV-A A LED (diodes électroluminescentes)


Après des recherches intensives, les fabricants de LED sont parvenus à fabriquer des diodes électroluminescentes UV-A puissantes. Ces sources UV-A sont d’une utilité extrême dans le cas d’utilisation de produits fluorescents, par exemple en CND (PT et MT), mais aussi en étanchéité (LT) -- sans parler des utilisations en criminologie.

Il faut bien connaître leurs nombreux avantages et leurs quelques inconvénients pour les utiliser de la meilleure façon. Les LED ont une durée de vie très longue -- sauf action mécanique brutale ! Nous avons coutume de dire que quelqu’un débutant aujourd’hui dans le monde du PT/MT équipé d'une source UV-A LED partira en retraite avec les mêmes LED qui fonctionnent encore -- même après 42 ou 43 ans !!

Ces sources ont un rendement énergétique exceptionnel : cela signifie qu’elles consomment très peu d’énergie. Utiliser des accus rechargeables ou des piles est très pratique. Pas besoin de lourdes batteries.

Elles dégagent très peu de chaleur -- encore une fois, grâce à leur rendement. D'où un meilleur confort pour les opérateurs. Elles s'allument quasi instantanément.

Leur bande passante est étroite, souvent proche de 370 nm, quelquefois 385 nm. Certaines sont même très proches des 365 nm. Avantage marqué : pas besoin de filtre de WOOD ! D'où réduction de poids.

Cette bande passante très étroite a cependant un inconvénient : toutes les sources UV-A utilisées jusqu'à présent émettent aussi un peu de lumière visible -- et d’autres radiations -- et le filtre de WOOD laisse passer quelques photons de lumière visible. Cela est considéré comme un inconvénient... mais cela a également un avantage du fait que le contrôleur peut "voir" le faisceau, même en l’absence de tout produit fluorescent.

L’utilisateur est ainsi certain que la source UV-A est allumée, et que, si on ne détecte aucune indication en ressuage ou magnétoscopie, ce n'est pas tout simplement parce que la source UV-A est éteinte. Les diodes UV-A, elles, n'émettent pas de photons de lumière visible. Aussi, c’est une bonne idée que d’avoir soit un voyant très faible pour confirmer que la source LED est allumée, soit une très faible source de lumière visible n'émettant que si la source LED UV-A est allumée.

Vous pouvez avoir noté que la longueur d'onde peut être différente de 365 nm. Les longueurs d'onde mentionnées ci-dessus ne posent aucun problème de détection des colorants fluorescents : ils réagissent parfaitement bien à une gamme assez large de longueurs d'onde. Par contre, la MESURE de l'éclairement énergétique va être le problème : les capteurs des radiomètres sont plus ou moins centrés sur 365 nm (le sommet de leur courbe de sensibilité doit en être proche) et ils répondent sur une largeur de bande de +/- 10 nm à mi-hauteur de la courbe de réponse. Ils intègrent donc d'autres longueurs d'onde que le 365 nm, autres longueurs d'onde qu'on retrouve dans toutes les sources. Mais en raison de leur principe, les LED ont une largeur de bande étroite. Ainsi, si la LED émet à 385 nm, cela sera sur les "flancs" de la courbe de réponse du capteur, en dehors de la zone de plus grande sensibilité. Même lorsque la LED émet à 365 nm, elle n'émet pas d'autres longueurs d'onde, qui auraient "renforcé" la valeur lue sur l'appareil.

En résumé, lorsque l’on utilise une source LED, on risque fort de lire des niveaux d'éclairement énergétique inférieurs à la réalité! Il nous faudra donc repenser ces problèmes de mesure/étalonnage d’une importance extrême.

Néanmoins, les sources LED sont probablement la source future de choix pour rendre visibles les colorants fluorescents: les 365 nm peuvent encore être utilisés, mais les 405 nm seront probablement préférés pour des raisons de sécurité. Ce point sera expliqué dans une prochaine DPCNewsletter qui sera bientôt publié.

Dans tous les cas, les LED assureront le meilleur service.

Mis à jour ( Vendredi, 15 Mars 2013 08:15 )