RadioNavCom1 L3Lpro Ima DM V4 23
RadioNavCom1 L3Lpro Ima DM V4 23
RadioNavCom1 L3Lpro Ima DM V4 23
Radio-Navigation &
Radio-Communication 1
2006-2007 V4.2.3
Institut de Maintenance Aéronautique – Radio Nav & Com - Licence 3 & Lpro
Sommaire :
Sommaire : ........................................................................................................................2
A. Réglementation Aéronautique............................................................................................4
A.1. Réglementation concernant la radionavigation et la radiocommunication............................4
A.1.1. OPS1...............................................................................................................5
A.1.2. Radionavigation :..............................................................................................5
A.1.3. Radiocommunication : .......................................................................................6
D. Spectres usuels.............................................................................................................30
E. Systèmes de communications et atténuations .................................................................... 31
E.1. Les transmissions de données ................................................................................... 31
E.2. Amplification et atténuation : dB et dBm ..................................................................... 33
E.3. Structure générale d’un système de radiocommunication............................................... 34
F. Modulation – Démodulation ............................................................................................. 35
F.1.1. Introduction : ................................................................................................. 35
J. Bibliographie : ............................................................................................................... 52
A Réglementation Aéronautique
EASA
http://www.jaa.nl/
A.1.1 OPS1
La JAR OPS1 est un document qui décrit les exigences réglementaires concernant les opérations commerciales
pour lesquelles un opérateur doit se conformer afin de pouvoir faire voler un avion.
On trouve ainsi dans ce document les exigences concernant les personnels navigants techniques (pilotes), les
personnels navigant commerciaux (hôtesses), les opérations tout temps, la maintenance, les instruments et
équipements, les équipements de navigation et de communication ou encore le transport de marchandises
dangereuses, …
Dans notre cas, on s’intéressera aux sous-parties K et L concernant respectivement les instruments et
équipements, et les équipements de navigation et de communication.
A.1.2 Radionavigation :
Pour des avions de plus de 5700 kg, les avions doivent posséder un nombre minimum d’équipements de
radionavigation.
Il est à remarquer qu’un système de réception DME additionnel est nécessaire où la navigation est basée
seulement sur des signaux DME.
De la même manière pour les systèmes de réception VOR et ADF où un système additionnel est nécessaire si
la navigation est seulement basée sur respectivement les signaux VOR et sur les signaux ADF.
Il est à noter qu’un avion qui n’est pas équipé avec les équipements de navigation spécifiés ci-dessus mais qui
est équipé avec un équipement alternatif autorisé par les autorités compétentes pour le type de trajet emprunté a
le droit de voler tout en sachant que cet équipement doit avoir une précision et une fiabilité suffisante pour
permettre d’effectuer une navigation en toute sécurité.
Concernant le transpondeur, l’avion doit être équipé d’un transpondeur SSR (Secondary Surveillance Radar)
indiquant l’altitude-pression ainsi que toutes les autres capacités nécessaires et répondant aux exigences des
routes empruntées.
A.1.3 Radiocommunication :
La réglementation JAR OPS1 stipule que l’équipement radio de l’aéronef ne doit pas posséder moins de deux
systèmes de radiocommunication indépendants lors de conditions d’opération normales.
Chaque système doit posséder sa propre installation d’antenne, le système de radiocommunication doit
également permettre les communications sur la fréquence d’urgence aéronautique de 121.5 MHz.
Il est également indiqué que l’aéronef doit être équipé d’un panneau de sélection radio accessible à chaque
personnel navigant technique.
Remarque générale :
Chaque opérateur doit s’assurer que les équipements VHF, ILS Localizers, VOR doivent respecter les
standards de performance d’immunité FM.
B.1 Histoire :
B.1.1 Evolution des technologies:
B.1.2 La lumière
Comprendre les divers phénomènes lumineux a amenés les scientifiques à s'interroger sur la nature même de
la lumière et son mode de propagation.
- le modèle ondulatoire (ou vibratoire) de la théorie de Maxwell (1873) sur les hypothèses d'Huygens (1678)
reprises par Fresnel (1819).
- le modèle corpusculaire de la théorie d'Einstein (1905) sur les hypothèses de Planck (1900).
n1 sin i1 = n2 sin i2
La fréquence (en Hertz) représente la quantité d'ondes passant en un point donné en une seconde.
λ = C / F avec Célérité C ≈ 300 000 km/s
Plage fréquentielle de
Radiocommunication
A.1.1.a Télécommunications
Le débit d’informations qui peut être transmis sur un canal (voie aérienne ou ligne électrique) est
directement proportionnel à la bande passante du système. Ainsi, une bande passante de 1% autour de 1 GHz
permet d’acheminer 1000 fois plus d’informations en un temps donné qu’une bande passante de 1% autour de 1
MHz.
L’essor des hyperfréquences est intimement lié au développement du RADAR (RAdio Detection And
Ranging) durant la seconde guerre mondiale. La fréquence de l’onde porteuse située entre 3 et 10 GHz permet de
s’affranchir des phénomènes atmosphériques. En l’absence de vapeur d’eau il est possible d’aller jusqu’à 30 GHz.
Il est donc généralement nécessaire de considérer de façon complète les champs électriques et
magnétiques définis par le modèle de Maxwell.
Les lois de l’électromagnétisme peuvent tenir compte des caractéristiques des matériaux utilisés :
¾ Permittivité diélectrique ε
¾ Perméabilité magnétique µ
¾ Conductivité γ
¾ Charge volumique ρ
Le phénomène de la radioactivité
La radioactivité a été découverte en 1896 par le physicien français Henri Becquerel. C'est une propriété des noyaux
instables, c'est-à-dire des noyaux ayant un excès de protons ou de neutrons. Ces noyaux se "transforment" (ils émettent
des particules) jusqu'à ce qu'ils soient stables. On dit que les noyaux se désintègrent. Ces désintégrations
s'accompagnent de l'émission de rayonnements. Il en existe trois :
le rayonnement alpha ;
le rayonnement bêta ;
le rayonnement gamma.
Le rayonnement alpha et le rayonnement bêta sont dus à un réarrangement interne du noyau et correspondent à
une éjection de particules. Le rayonnement alpha est arrêté par une simple feuille de papier tandis que le rayonnement
bêta est arrêté par une feuille d'aluminium de quelques millimètres d'épaisseur.
Le rayonnement gamma est un rayonnement électromagnétique (de même nature que la lumière). Il
correspond à une libération d'énergie par le noyau. Il est atténué par une forte épaisseur de plomb ou de béton et est
généralement consécutif à un rayonnement alpha ou bêta.
D'après une norme française, la dose maximale admissible pour le public est de 5 mSv pour le corps et de 15
mSv pour la thyroide. Cette norme est très basse quand on regarde la radioactivité naturelle. En effet, si on s'intéresse
aux rayons cosmiques, leur effet au niveau du sol est de 0.5 mSv par an. Or, il augmente avec l'altitude. Ainsi, à 4500
mètres, on reçoit 4 mSv par an soit quasiment la dose limite admissible. Donc, les habitants de certaines villes comme
La Paz en Bolivie (3658 m), par exemple, reçoivent plus de la moitié de la dose maximale admissible uniquement par
les rayons cosmiques.
Quant aux hôtesses de l'air, stewards et pilotes, ils dépassent largement la dose fixée rien
qu'avec les rayons cosmiques.
La dose maximale admissible est donc inférieure à la dose que le corps humain peut supporter.
Activité radioactive : C'est le nombre de transformations que subit une source radioactive par unité de temps.
La radioactivité d'un corps (on parle aussi d'activité radioactive) se mesure en Becquerel (Bq) ; cette unité est assez
naturelle car 1 Bq correspond à une désintégration par seconde. Cependant 1 Bq est vraiment tout petit. Dans le passé,
on utilisait le Curie (Ci) : 1 Ci correspond à la radioactivité d'un gramme de radium soit 37 milliards de
désintégrations par seconde.
Le curie est une unité énorme et on utilisait généralement le micro-curie ( 1µCi = 3.7 x 104 Bq).
• La dose absorbée donne une mesure de la quantité de radiation absorbée par la matière ; elle se mesure
en Gray (Gy). Un Gray = 1 joule absorbé par kilogramme de matière. La dose absorbée ne dépend
pas du type de radioactivité (alpha, beta, gamma). On utilisait avant le Röntgen (1 R= 2.58 x 10-4 C/kg) et
plus récemment le Rad (abréviation de ``radiation absorbed dose'', 1 rad=10-2 Gy)
• La dose équivalente permet de prendre en compte l'effet des différents types de radioactivité sur les tissus
vivants ; par exemple, 1 gray de radiation alpha aura plus d'effets qu'un gray de radiation beta. La dose
équivalente se mesure en Sievert (Sv) ; c'est en fait la dose absorbée multipliée par un facteur de
pondération du rayonnement. Un sievert représente une dose très élevée et on parle généralement de
milli-sievert (1 mSv=10-3 Sv).
On utilisait avant le Rem (abréviation de ``röntgen equivalent man'', 1 rem = 10-2 Sv)
• La dose efficace permet de prendre en compte le type de tissus soumis à la radiation. Elle se mesure aussi
en sievert. C'est la dose équivalente multipliée par un facteur de pondération tissulaire. Ce facteur dépend
non seulement de la radiosensibilité de chaque organe, mais aussi de la gravité (donc de la mortalité) des
cancers radio-induits.
d ( NM ) = 1.23 h( ft )
Les fréquences attribuées à la communication VHF s’étendent de 118 à 137MHz par incrémentation de 25kHz
(120.15, 120.175, 120.20…) et cette technique de transmission repose sur la modulation d’amplitude.
La communication HF, quant à elle, utilise les bandes de fréquences comprise entre 2 et 30MHz et elle est
utilisée pour des communications au dessus des océans ou pour des régions lointaines. En effet, les ondes HF ont
une portée de 1500 à 2000 NM en comparaison aux ondes VHF qui ne portent que sur 250NM environ. Cette
différence de propagation repose sur le principe de transmission HF réalisé en réflexion entre le sol et les sous
couches de l’atmosphère ce qui permet une plus grande portée mais une clarté nettement diminuée (possibilité de
perte de communication au dessus des océans).
Communication VHF
Trajectoire de Interrompue à basse
l’onde HF Portée optique VHF Altitude
Enfin, les antennes HF sont équipées d’un dispositif d’ajustement et de couplage dès que la fréquence varie.
Certain appareil plus petit utilise comme antenne réceptrice un câble tendu de l’avant de l’appareil jusqu’a la
dérive, système ne pouvant bien sur être utilisé sur avion à réaction du fait de la rapidité d’avancement.
r r z r r z
E = E0 exp jw(t − ) H = H 0 exp jw(t − )
v v
Les ondes électromagnétiques sont caractérisées par un certain nombre de propriétés physiques qui
sont:
B.3.13 Antenne
L'amplitude du champ est concentrée et en dehors de cette 'bulle' d'émission, le signal est considéré
comme insuffisant.
Des antennes alignées en réseau créent un diagramme d'autant plus directif (angle d'ouverture faible)
que le nombre d'antennes est important.
En plaçant une deuxième réseau (réseau réflecteur) on peut supprimer un lobe.
Utilisé par les ILS.
On peut augmenter la directivité en augmentant le nombre de brins directeurs (utilisé en VHF et UHF).
Les antennes a fente sont utilisées en ondes très courtes. Un grand nombre de fentes est équivalent à
un réseau et permet un effet directif très prononcé.
Le diagramme directif peut être déplacé en modifiant la phase d'alimentation.
Le rendement max des antennes est obtenus lorsque l'antenne travaille en ONDES STATIONNAIRES
(courant max. au point d'alimentation et nul a l'extrémité et inversement pour la tension).
Si l'antenne ne travaille pas en courant stationnaire, une partie du signal n'est pas émis et retourne
vers l'émetteur.
A fréquences élevées, l'antenne est quasi adaptée pour toute la bande de fréquence d'utilisation.
L'accord de l'antenne (self, capacité) est nécessaire pour les fréquences plus basses.
Equivalents : ENV 50 140 : 1993 modifiée par ENV 50 204 ; EN 61000-4-3 ; version précédente CEI 801-3 ; NF C 91-004-3
Essais : Champ rayonné aux fréquences radioélectriques produit par des antennes dans une enveloppe anéchoïde
blindée, en utilisant la méthode de substitution (champ pré calibré), balayage de 80 MHz à 1 GHz à moins de 0.0015 décade /
seconde, ou avec un pas inférieur à 1% de la fondamentale et un temps de passage suffisant pour que l’équipement à tester puisse
réagir. Huit (douze) tests sont à réaliser, un dans chaque polarisation, avec l’antenne face à chacun des quatre côtés de
l’équipement à tester (plus le dessous et le dessus si ils peuvent être affectés).
On exige de la chambre l’uniformité entre 0 et 6 dB sur 12 points sur 16, à l’intérieur d’une surface, sur la face avant de l’objet
technique à tester.
D’autres méthodes pour créer le champ peuvent être adoptées pour la génération du champ ; Ligne tri plaque ou cellule TEM
(en remplacement de la chambre et de l’antenne).
Niveau : Niveau de sévérité de 1, 3 ou 10 V/mètre (ou plus) selon l’environnement futur prévu (médical, aviation, grand
public...).
Ce signal doit être modulé en amplitude avec une profondeur de 80% avec une sinusoïde à 1 kHz.
D Spectres usuels
Le théorème de Fourier démontre que tout signal périodique correspond a la somme d'un ou de plusieurs
signaux sinusoïdaux.
SIMPLEX
HALF-DUPLEX
FULL-DUPLEX
F Modulation – Démodulation
F.1.1 Introduction :
L’un des premiers soucis du physicien, est de transmettre une information à distance. Cela peut aller de
quelques mètres à plusieurs millions de kilomètres. L’un des moyens implicite mais réel est la radiocommunication
basée sur trois des cinq sens que sont la parole et l’ouïe et depuis quelques dizaines d’années la vue, les
radiocommunications connaissent un tel essor de nos jours que certaines restrictions deviennent nécessaires. Le
principe de la transmission est la modulation.
Exemple :
Pour f = 10 Hz, l = 3.104 m soit une antenne de 15 km. Le but de la modulation est de translater le
spectre d'un signal B.F (sons, musique, parole) vers les H.F pour pouvoir le transmettre facilement par voie
hertzienne. La radio, la Télévision, les lignes téléphoniques utilisent le procédé de modulation. Le signal H.F est
appelé PORTEUSE. Le signal B.F est appelé Signal Modulateur.
u(t) => Signal B.F à moduler ( un signal sinusoïdal dans notre cas )
v(t) => Porteuse , signal H.F
s(t) => Signal modulé en amplitude
On pose :
m = Um / Uo ( taux de modulation )
A = Uo.Vm
On a donc : s(t) = A[1 + m cos(wt)].cos(Wt)
Conditions :
- Pour suivre les variations de la B.F (enveloppe de s(t)), la constante de temps RC
doit être petite par rapport à Tc = 2 π /W.
- Pour filtrer la H.F RC doit être grand par rapport à Tm = 2 π /w
3e Modulateur
4e Récepteur
6e Démodulation cohérente :
s(t) = Uo [ 1 + (Um / Uo).cos(wt)].Vm.cos(Wt)]
La modulation FM : Comme son nom l’indique ce type de modulation correspond à une variation de la
fréquence de l’onde porteuse par le signal information.
Lorsque le message agit sur la fréquence de la porteuse, on obtient un signal à fréquence modulé (FM)
f(t) = Jo(m) + 2 ΣJ
n=1
2n(m) * cos(2*n*w*t)
+ inf
g (t) = 2 ΣJn=o
2n+1(m) * sin( (2n+1)*w*t )
D’où le spectre :
Le signal FM doit être démodulé de telle sorte que les variations en fréquence soit converties en variations
d’amplitude.
- Le limiteur est utilisé pour éliminer les fluctuations de l’amplitude dus aux parasites.
On a donc à sa sortie : v1(t)= V1 cos(Wpt + m. sin(wt) )
- Le dérivateur permet de séparer les hautes et basses fréquences du signal et aussi d’ajouter
une composante continue afin de ne pas être confronté à un recouvrement d’enveloppe par la
suite.
τ
On a alors : v2(t) = τ . dv1 = - .V1 (Wp + m.w. coswt) . sin(Wpt + m.sinwt)
dt
- Le détecteur d ‘enveloppe est constitué d ‘une diode (ou d ‘un pont de diodes ) et d‘un filtre RC
de type passe-bas. La diode permet d‘isoler une des deux enveloppes. Le filtre élimine les
hautes fréquences.
v3(t)= Γ + µ. Ap.coswt
2e Démodulation FM par déphasage :
- Le circuit déphaseur produit un signal v1(t) tel que son déphasage soit proportionnel à l ‘écart de fréquence par rapport à la
porteuse.
Ce système comporte trois partis. Tout d‘abord , le signal Vfm voit sa phase être comparée avec celle
délivrée par l ‘ oscillateur commandé en tension (V.C.O).
Ce signal est alors filtré pour reconstituer une image de Vfm.
A.1.1.u
La modulation a bande latéral unique ( BLU )
C’est une modulation d’amplitude comportant une seule raie spectrale.
La modulation d’amplitude à bande latérale unique ou BLU a le même principe que la modulation
d’amplitude simple sauf qu’elle utilise qu’une des deux raies spectrales :
- l’inférieur
ou
- la supérieur
Il faut nécessairement fo très grand devant F. Ce système de modulation est utilisé dans les
radiocommunications marines et dans la constitution de multiplex analogique par répartition de fréquences pour la
téléphonie.
2e Démodulation BLU :
Portrait de phase d'une modulation en fréquence par FSK; Le 1 représente le portrait de phase d'un signal
"porte", et le 2 représente le signal binaire après la modulation
Bien sûr, si l'émetteur module de la sorte le signal qu'il transmet, le récepteur doit pouvoir effectuer
l'opération inverse, c'est-à-dire la démodulation. Mais cette opération n'est pas, a priori, évidente! Aussi une
astuce permet-elle de s'en sortir très avantageusement: il s'agit d'employer, là encore, une boucle de phase. Le
principe de ce montage est de prendre le même circuit pour la démodulation que celui qui a été employé pour la
modulation (circuit à base de V.C.O.), puis d'asservir le circuit de démodulation de telle sorte que sa sortie égale
celle du circuit de modulation.
Dès lors, puisque les circuits sont les mêmes, on peut inférer que si leur sortie sont égales, leur entrée le sont
aussi: on retrouve ainsi à l'entrée du circuit récepteur le signal qui était à l'entrée du circuit émetteur, c'est-à-dire
le signal numérique, qui se retrouve ainsi démodulé!
Lorsqu’un avion entame la phase d’approche finale de la piste d’atterrissage, le pilote doit
gérer un certain nombre de paramètres ; ceux-ci dépendent du type de l’aéronef et des
différentes installations de l’ aéroport («ground facilities»).
Distance oblique
DME + retard
Distance horizontale
G.6 Radioaltimètre
Globalement on peut "résumer" les phénomènes de propagation en considérant que plus la fréquence est basse
meilleure est la propagation car l'atténuation due aux précipitations croît avec la fréquence. Cette atténuation, causée
par l'absorption d'énergie par les gouttes d'eau est ainsi pratiquement inexistante en bande L et devient sensible à
partir de 4 GHz.
La bande C
Le sens montant (terre vers satellite) est compris entre 5.9 et 6.4 GHz, le sens descendant entre 3.7 et 4.2 GHz. Cette
bande est partagée avec d'autres systèmes (faisceaux hertziens) et demande une coordination. La pluie n'a que peu
d'effet. Il y a par contre des interférences provenant de systèmes terrestres (les radars par exemple).
La bande Ku
Le sens montant (terre vers satellite) est compris entre 14 et 14.5 GHz, le sens descendant entre 10.7 et 11.7 GHz ainsi
que 12.5 GHz et 12.75 GHz. Cette bande est partiellement dédiée aux systèmes de transmission par satellites et ne
nécessite pas de coordination. Il y a peu d'interférences de systèmes terrestres. Par contre l'atténuation par la pluie peut
être importante (> à 10 dB)
convertisseurs de fréquence à 12 GHz) est le récepteur DBS (Direct Broadcast Satellite) développé pour la télévision
par satellite [17].
Le spatial
D'une part la technologie MMIC est théoriquement plus fiable qu'une version hybride des mêmes composants
actifs et passifs du fait de l'intégration des interconnexions. D'autre part la réduction de la surface et du poids est
également pour le domaine spatial un avantage déterminant. Ainsi le premier démonstrateur d'antenne active pour
radar spatial en bande X : le projet SPOT RADAR [19] du CNES, nécessitait une antenne bande X à balayage
électronique de 2,3 x 7,2 m², comportant plus de 6000 commandes de phase. La seule solution réaliste consistait à
utiliser autant de modules actifs, incluant déphaseurs et amplificateurs (émission et réception), réalisés en série en
technologie MMIC, connectés immédiatement derrière les éléments rayonnants. L'exemple précédent concerne
l'observation de la terre [20, 21, 22], mais le spatial comprend également le domaine de l'astrophysique et de la
radioastronomie. Dans ces domaines, la détection de molécules demande, comme pour les applications
météorologiques, le développement de circuits fonctionnant en gamme d'ondes millimétriques et sub-millimétriques
[23].
J Bibliographie :
http://www.jaa.nl/
http://www.easa.eu.int/
http://ama.asso.free.fr/
http://matthieu.papin.free.fr/
http://www.meriweather.com/
http://tipeoloide.free.fr/
Méthode optique :
examen visuel de la pièce à l’aide d’instruments (loupe, microscope pour amplifier les défauts visibles ; miroir,
endoscope pour vérifier les zones inaccessibles à l’œil nu).
Ressuage :
détection des défauts de surface par pénétration d’un liquide dans défaut. (méthode qui permet de détecter les
plus petits défauts (largeur = 1µm).
Magnétoscopie :
détection des défauts en surface ou au voisinage de la surface sur des matériaux ferromagnétiques
(uniquement) par application d’un liquide contenant de la limaille de fer et par magnétisation de la pièce. Les
défauts détectés sont les défauts normaux aux lignes de champ.
Méthode : création d’un champ magnétique dans la pièce, application d’un liquide contenant de la
limaille de fer, observation de la matérialisation des lignes de champs à la lumière blanche ou
noire).
Champ longitudinal : - la pièce est entourée d’une bobine parcourue par un champ électrique
- la pièce est placée entre les pôles magnétiques d’un aimant fer à cheval
Courants de Foucault :
courant électrique induit dans la pièce (par un champ
magnétique alternatif) qui engendre un champ magnétique
secondaire qui tend à s’opposer au primaire (loi de Lenz).
Les défauts perturbent le champ induit.
Appareillage : bobine de mesure montée sur
un palpeur qui est parcouru par un courant
alternatif de fréquence connue. Appliqué sur la
pièce, il y engendre des courants de Foucault qui
dépendent de la conductivité de la pièce et qui
agissent sur les caractéristiques électriques de la
bobine de mesure.
Défaut Æ perturbation des courants de
Foucault au niveau des endroits défectueux
(déviation de l’aiguille du galvanomètre).
Applications :
- Mesure de la conductivité électrique (qui dépend de la
composition chimique et thermique du matériau Æ tri
des matériaux, vérification des traitements thermiques,
détection des zones brûlées)
- Détection des défauts : criques de fatigue, criques de
corrosion sous tension en maintenance aéronautique
(alliages légers notamment). Hautes fréquences (2 à 3
MHz) : détection des défauts débouchant ou proches de la surface ; Basses fréquences (≥ 100 Hz) : détection
des défauts situés profondément dans la matière.
La profondeur de pénétration des courants de Foucault est donnée par :
500 500
P= ou P=
f .σ f.σ.µ R
Avec :
f : fréquence du courant d' alimentation
µ R : perméabilité du milieu
σ : conductivité
- Mesures d’épaisseur de couches minces (vernis, couches d’oxydation anodique, peinture).
Ultrasons :
Utilisés pour la détection de défauts internes et pour la mesure dimensionnelle.
Ondes élastiques de même nature que celle du son dont la fréquence f ≥ 16KHz. (oscillations régulières des
molécules de part et d’autre de leur position d’équilibre, provoquées par une succession de compressions et de
dépressions.). Les ultrasons sont basés sur l’effet piézoélectrique (Chaque fois qu’un matériau piézoélectrique est
soumis à un état de contrainte donné, il apparaît naturellement une polarisation électrique et inversement).
- relation entre fréquence (f), longueur d’onde (λ), et vitesse (v) :
-
- formules pour un quartz circulaire formé de V 1
- une partie cylindrique appelée « zone turbulente de Fresnel » λ = = V.T car f =
dont la longueur est donnée par :
f T
D2
L= D : φ du quartz
4λ
1,22λ 1,22V
sin α = =
D D.f
- une partie conique dont le demi angle au sommet est tel que :
L’idéal pour la détection est d’avoir en même temps un quartz de petit diamètre et un angle α faible. Il
faudra trouver un compromis car D et α varient en sens inverse.
- Loi de transmission ou loi de Snell : à l’interface de 2 milieux, une grande partie de l’énergie est
généralement réfléchie. (1µm d’air réfléchie 90% de l’énergie). Æ difficulté de couplage (continuité entre le
quartz et le milieu de propagation) ⇒ Utiliser un couplant liquide.
-
ON Loi de Snell
Concerne les palpeurs dont l’angle d’émission est <90° (35° à 70°)
vaut :
G G : module de Coulomb Ne se propagent que dans des corps solides car les
vT = Soit environ 3000 m/s gaz n’ont pas de module de cisaillement.
ρ
- Ondes de surface ou de Rayleigh : suivent la surface quelle que soit sa forme. Elles ne se propagent que
G Soit 9/10
vS #
ρ d
dans des corps solides. Vitesse de propagation :
- Ondes de Lamb : oscillation dans toute l’épaisseur du matériau lorsque ses dimensions sont petites par
rapport à la longueur d’onde X ou comparables à l. Æ propagation des ondes sous forme de variations
périodiques de l’épaisseur ou bien sous forme d’oscillations de flexion.
-
- Méthode d’examen par transparence : 2 palpeurs (un
émetteur et un récepteur) sont placés face à face à chaque émetteur récepteur
extrémité de la pièce. L’émetteur envoie un train d’ondes vers le
récepteur. L’énergie recueillie par le récepteur est traduite par Objet à contrôler
une déflection lumineuse sur l’écran d’un tube cathodique. Le
défaut intercepte une partie des ondes émises Æ baisse de
l’amplitude de l’écho de réception. défaut
-
- Méthode d’examen par écho ou par réflexion : le
palpeur est à la fois émetteur et récepteur. Il envoie des émetteur
impulsions très brèves et joue le rôle de récepteur entre
deux émissions. Le train d’onde émis se réfléchie sur le Objet à contrôler
fond de la pièce ou sur un défaut. Une partie de l’énergie
se réfléchit de nouveau et repart vers le fond de la pièce Æ
réflexions successives possibles. L’énergie de retour est défaut
visualisée sur un oscillographe. Impulsion Echo du fond
- Echo
é i défaut
- Méthode par résonance (Fokker – Bond Tester) : Le
palpeur émet des ondes ultrasonores continues tout en
diminuant de façon continue la longueur d’onde. Lorsque l’épaisseur de la pièce ou
l’épaisseur jusqu’à un défaut vaut n demi longueur d’onde, des vibrations
harmoniques sont engendrées. On peut ainsi observer des crêtes de résonance et λ
déterminer l’épaisseur de la pièce.
d = n.
2
Applications : contrôle des collages (une zone décollée se traduit par un amortissement moins marqué des
échos), détection des criques, mesure des épaisseurs (précision : 1%).
Etalonnage : méthode comparative. Nécessité : de connaître la position du palpeur, la fréquence et l’angle
d’incidence ; d’identifier les différents échos (parois ou défauts) ; de pouvoir juger l’importance des défauts. ⇒
étalonnage sur un bloc étalon possédant des anomalies de valeur connue.
Rayons X et γ :
Détection des défauts internes. Des e- accélérés à grande vitesse viennent frapper une anti-cathode (foyer) de
tungstène Æ émission de rayons X. les rayons émis sont limités à un faisceau de 40° d’ouverture. Le film est placé
le plus près possible de la pièce. Unité de mesure : le Roentgen # rem.
Les rayons sont en partie absorbés par la pièce (dépend de la nature du matériau et de l’épaisseur traversée.
(épais Æ clair ; fin Æ foncé).
Paramètres de contrôle : tension d’alim en kV, intensité (qq mA), temps d’exposition (1 à 5mn ou +), distance
entre source et film, type de film).
Sécurité : salles équipées de mur en plomb (7mm), zone évacuée autour de l’avion pendant l’irradiation.
Rayons γ Rayons X
- rayonnement pénétrant (tout azimut. Faciliter de - très bonne qualité d’image
traverser les fortes épaisseurs due au choix du rayonnement
Avantages
- facilité de mise en œuvre (directement sur avion)
- faible coût et faible encombrement de la source
Inconvénie - temps de pose long - Equipement non autonome
nts - faible durée de vie - Equipement encombrant
- contraste sur cliché moins bons qu’avec rayons X - Nécessité de gros
investissements
Applications : détection de criques, retassures, inclusions sur pièces de fonderie ; inspection des soudures
(pénétration, collages) ; détection de corrosion intérieure sur tubes et châssis ; recherche de corrosion intérieure,
écrasement des cellules, jonctions des pains sur panneaux de structures composés.
Défauts dus à l’usinage ou le montage : inclusions, porosités (fonderie, laminage) ; tapures (traitements
thermiques) ; criques (usinage, montage).
Défauts dus au vieillissement et aux efforts encaissés, initiés à partir de la surface des pièces : corrosion
(endroits confinés, corps creux (cdes de vol), liaisons (empilages métalliques collés ou rivés), seuils de porte,
planchers, zone des toilettes), fissures de fatigue (zones de concentration d’efforts, attaches de voilures, train
d’atterrissage, articulations des cdes de vol).
Il existe des documents concernant les CND : manuel des CND, Bulletin service, Technical Order, … qui
définissent le type de défaut recherché, la zone à contrôler, la méthode de CND à utiliser, les périodicités
d’inspection, les critères d’acceptation et de rebut.
Défauts recherchés :
- délaminages = fine lamelle d’air entre 2 plis (dus à une mauvaise application de la pression lors de la mise
en forme, ou à la présence d’un séparateur ou d’un agent démoulant, ou à des contraintes statiques ou de
fatigue),
- porosités = bulles d’air entre 2 plis (dues à un non respect des cycles pression/température au cours de la
polymérisation, ou à des plis ou nappes n’ayant pas été conservés dans de bonnes conditions). La porosité
peut être répartie sur l’épaisseur du composite, ou concentrée sur quelques plis.
- Chocs = combinaisons de délaminages et de ruptures de fibres perpendiculairement au drapage (produits lors
de l’assemblage (chute d’outil), ou du service (grêle, oiseau)). Les défauts résultant de chocs à faible énergie
ne sont pas visibles extérieurement ou seulement sur la face opposée ; il seront assimilés et traités comme
des délaminages.
- Décollements (structure sandwich peau/nida normex/peau ou des inserts titane ou alu). Dus à la présence
d’un agent démoulant, ou à une mauvaise préparation de la surface, ou à une mauvaise répartition de la colle
entre les deux matériaux, lors de la fabrication. Le comportement aux ultrasons est équivalent à celui des
délaminages Æ traités comme tels.
Les critères de choix de la méthode de contrôle dépend de la forme de la pièce et de son accessibilité, de
son épaisseur et de sa structure, du type et de la taille du défaut recherché.
Méthode par réflexion : sur pièces planes pour la recherche de délaminage ou de porosité ou de chocs. Le
capteur doit être perpendiculaire pour un bon contrôle, et il doit être placé tel que la limite de son champ proche Y0
soit sur la surface de la pièce. Sur site, couplage localisé avec un film d’eau ou utilisation d’un capteur à relais
(relais en plexi permettant de comprimer le champ proche) (le temps de recouvrement dans le relais supérieur à
celui dans la pièce pour éviter les recouvrements des séquences ultrasonores).
Le capteur est composé :
- D’une céramique piézoélectrique (0,1 à 5 mm d’épaisseur suivant la fréquence utilisée). A chaque épaisseur
correspond une fréquence.
- D’une face arrière pour amortir les vibrations et obtenir des durées variables des oscillations. Mais absorbe
également l’énergie Æamplitude plus faible ⇒ sensibilité plus faible.
- D’un couche en face avant (relais, ou protection d’usure, ou milieu favorisant la propagation des ondes, ou
lentille focalisante)
- D’un boîtier et sa prise.
- z : espace
- t : temps
- v : vitesse de phase
- β : constante de phase
- λ : longueur d’onde
- ε : permittivité
- µ : perméabilité
z
E = E 0 . cos[ ω( t − )]
v
ω.z 2.π.z
E = E 0 . cos(ωt − ϕ) ⇒ ϕ= = β.z =
v λ
A différents endroits, l’onde reçue (le signal reçu) n’est pas la même. On peut donc faire de la
localisation.
Les ondes électromagnétiques sont régies par l’équation de Maxwell :
1
E v=
ε.µ
z
H 1
c= = 3.108 célérité (vitesse dans le vide)
ε 0 .µ 0
1
ε = ε 0 .ε r permitivité ε 0 =
36.π.109
µ = µ 0 .µ r perméabilité
c c
v= indice optique : n = = ε.r
ε.r v
E progressif µ
ZC = =
H progressif ε
µ0
ZC vide = = 376,6 Ω
ε0
Cours RadioNav & Com 1 – D. MICHAUD – 2006/2007 – Université Bordeaux 1 - Page 59 / 60
Institut de Maintenance Aéronautique – Radio Nav & Com - Licence 3 & Lpro