Techniques proposées pour l’évaluation non destructive du matelas en bois contaminé

Tomographie X

Les rayons X sont situés entre l’ultra-violet et les ondes gamma dans le spectre électromagnétique avec une échelle de fréquence entre 3.1016 et 3.1019 Hz. L’analyse par ces rayons est basée sur leur atténuation dans la matière. La propagation des photons X dans la matière dépend des propriétés du bois, dont les couches les plus denses présentent plus d’atténuation (exprimée par la loi de Beer-Lambert) (Prince et al., 2006). Les résultats sont enregistrés sur un semi-conducteur ou un film dans le but d’avoir des images digitales (Novelline et al., 2004). Les rayons réfléchis ne peuvent pas être analysés directement à la sortie de l’échantillon et leur transformation en longueurs d’onde visibles est nécessaire (Edwards, 2004). Cette technique est appelée tomographie vu qu’elle est basée sur des additions algorithmiques. De plus, la qualité de l’image et le temps de la numérisation dépendent du nombre des émetteurs et des récepteurs utilisés (Fernández et al., 2014). La forme externe du bois et l’apparition des noeuds ou d’autres défauts sont contrôlés par l’observation des zones sombres pour la même fréquence et intensité d’excitation (Bucur, 2013). Au surplus, l’utilisation d’une intensité élevée permet d’avoir des images plus nettes et de mieux distinguer les défauts (Funt et al., 1987).

En plus, l’étude de Rojas (2004) affirme que les projections sont proportionnelles à la teneur en humidité du matériau et par la suite l’identification sera plus difficile s’il y a une différence au niveau de la teneur en humidité pour les mêmes échantillons. La tomographie X favorise l’analyse qualitative et présente la technique d’inspection la plus utilisée dans l’industrie des produits forestiers (Andreu et al., 2003). Néanmoins, elle ne présente pas jusqu’à nos jours, un équipement standard pour l’industrie de transformation de bois. Le Tableau 1.2 résume les avantages et les inconvénients de l’utilisation de la tomographie X pour l’application d’inspection du matelas en bois (Andreu et al., 2003 ; Schad et al., 1996). Cette technique permet d’avoir des informations relatives à la qualité du bois. Par exemple, elle favorise la modélisation des noeuds et des fissures ainsi qu’une localisation exacte des défauts internes (Andreu et al., 2003). L’hétérogénéité du bois, la teneur en humidité et la densité mettent en évidence les limites de l’inspection. La même technique présente aussi des inconvénients dans la mesure où il y a des émissions radioactives dans le milieu du travail ce qui met en danger la sécurité des individus (Kaestner et al., 2005). 14 En 2012, un institut de recherche sidéen en collaboration avec « Microtec » a pu développer un équipement de tomographie rapide nommé « CT-Log » qui a augmenté la rentabilité des usines de transformation de 10 %. Le nouvel équipement peut prendre jusqu’à 5 ans pour qu’il soit généralisé pour toute industrie de bois (Alfredo et al., 2014).

Thermographie infrarouge

Les caméras thermiques sont parmi les solutions proposées pour contrôler les défauts invisibles dans les planchés et le bois d’ingénierie. Ces caméras favorisent une évaluation non destructive permettant la quantification des défauts internes du bois et des produits à base du bois (Figure 1.4). Figure 1.4 : Principe de la thermographie infrarouge active (Meinlschmidt, 2005) Deux modes de fonctionnement sont distingués pour la thermographie infrarouge, respectivement active et passive. En effet, la thermographie active se traduit par l’excitation du produit à une température de l’ordre de100 °C pour les panneaux de bois (Meinlschmidt, 2005). Lors du refroidissement à l’air, les défauts apparaissent comme des zones dont les températures sont dissemblables à celles du produit de base. Ceci est dû à la différence du coefficient de transfert thermique qui dépend de plusieurs paramètres comme la densité, la conductivité thermique et l’épaisseur du panneau (López et al., 2013). Pour la thermographie passive, l’unique changement réside au niveau de l’élimination de l’étape de chauffage. En outre, la réponse de cette technique est proportionnelle au coefficient d’émissivité des différents matériaux (Aderhold et al., 2010). L’étude de Meinlschmidt (2005) a utilisé la thermographie infrarouge pour quantifier la répartition de la résine dans le bois, la détection du bois compressé, l’évaluation du profil de densité et la détection des noeuds. Le Tableau 1.4 résume les avantages et les limites de la thermographie infrarouge. L’étude de Wyckhuyse et al. (2001) mentionne que le repérage des défauts interne est possible uniquement pour les défauts proches de la surface. Le temps de réponse dépend aussi de la profondeur du défaut. En effet, les défauts situés à un maximum de 2 cm de la surface sont les plus faciles à détecter. La reconnaissance du défaut profond est possible seulement en appliquant une grande quantité d’énergie de chauffage, mais ceci peut endommager le bois. La thermographie infrarouge peut être une solution pour l’évaluation non destructive du matelas en bois. En revanche, le matelas possède une épaisseur qui varie de 2 jusqu’à 22 cm, ce qui rend la détection des défauts profonds plus ou moins difficile.

Imagerie térahertz

Les ondes Térahertz sont une nouvelle technique utilisée pour la décontamination électromagnétique dans l’industrie agroalimentaire (Gowen et al., 2012), considérée comme exigeante en termes de reconnaissance des corps étrangers dans les aliments. Elle est capable de détecter tout type de contaminants (métallique ou non). Les ondes térahertz sont situées entre les micro-ondes et l’infrarouge. La gamme de fréquences la plus utilisée est située entre 0,2 et 3 THZ. De plus, la technique est caractérisée par une forte transparence et une meilleure résolution, en outre, elle ne possède pas une haute énergie de photons. L’inspection de l’orientation des fibres et l’analyse des valeurs ajoutées peuvent s’effectuer avec cette technique (Schneider, 2012). La même étude de Schneider (2012) mentionne qu’une excitation du bois avec ces ondes permet d’obtenir une carte de la distribution de la densité. En conséquence, le panneau réagit en développant un indice de réflexion qui représente la vitesse de la lumière dans lui-même. Le Tableau 1.5 présente les avantages et les limites de la solution proposée. La technique possède plusieurs avantages tels qu’une claire distinction entre le bois initial et final et une carte de distribution de la densité (Ok et al., 2014). La même étude montre que l’inspection avec les images obtenues par les ondes térahertz est meilleure que celle de rayons X en termes d’obtention des résultats des plus petits contaminants et des moins denses. De plus, l’étude de Kim et al. (2012) mentionne que la technique peut fournir des images avec une haute résolution (du millimètre près). En effet, elle se base sur l’état physique de la matière et non pas sur la densité. Cependant, la génération des images térahertz est difficile vu que les ondes présentent un écart dans le spectre. L’inspection complète des troncs d’arbres présente un défi pour la technique, de plus, la teneur en 19 humidité affecte directement les résultats. Certaines études appliquent ce moyen d’inspection pour caractériser les tableaux et les peintures sur bois (Zhang et al., 2017), par contre, aucune application n’était discutée pour l’analyse d’un matelas contaminé avec des métaux.

Description du système

Les détecteurs de métaux ont donné des résultats satisfaisants en termes de détection des contaminants métalliques dans les chaines de production. Ces derniers ne présentent aucun impact sur la santé humaine. Ils sont faciles à implanter dans une chaîne de production grâce à différentes formes de bobines disponibles commercialement. Selon la littérature, aucune évaluation pour ce type de détecteur n’est faite pour l’industrie de bois. À côté de cela, le même dispositif est souvent utilisé pour la décontamination des diélectriques, par exemple son application dans l’industrie agroalimentaire. 44 L’approche suivie est une tentative de conception et de réalisation d’un prototype détecteur de métaux à trois bobines équilibrées pour évaluer son potentiel à décontaminer le matelas en bois. L’intérêt de cette section porte aussi sur le choix des solutions technologiques et la réalisation du dispositif de détection. Le système recherché contient trois bobines équidistantes et coaxiales, de plus, son ouverture peut être carrée ou cylindrique. L’obtention des différentes parties du détecteur est réalisée à l’aide d’une imprimante tridimensionnelle. L’étude englobe l’optimisation des paramètres des bobines tels que : le nombre de spires, la longueur, la distance entre les différents composants et les solutions techniques qui assurent la co-axialité de ces derniers. Une analyse des paramètres d’alimentation (fréquences d’excitation) sera aussi détaillée. De plus, une étude des systèmes permettant la récupération des résultats et l’amplification des signaux sera introduite dans cette section.