Mécanismes de bris de cuves

Mécanismes de bris de cuves 

Ce projet s’intéresse aux réservoirs de l’industrie pétrolière nord-américaine. Cela représente un nombre considérable de cuves remplies d’hydrocarbure et d’autres fluides. Les planchers de ces réservoirs sont principalement constitués d’acier directement en contact avec les différents produits. En cas de rupture de ces planchers, c’est potentiellement des milliers de litres d’hydrocarbure et d’autres liquides polluants qui peuvent être relâchés dans la nature et causer d’importants dégâts environnementaux. Cette section recense les principales causes des bris de cuves pétrochimiques dans l’industrie nord-américaine.

Causes environnementales

La plupart des fuites de réservoir sont causées par le vieillissement, et donc principalement par la corrosion. Cette corrosion a lieu à la fois par l’intérieur de la cuve avec le fluide qui y est stocké, mais également par l’extérieur avec le contact au sol. En fonction de la corrosivité du sol, elle peut être plus ou moins importante et engendrer un défaut localisé ou très étendu. Une fuite d’un réservoir peut également être provoquée par une variation thermique sur les surfaces internes et externes des cuves. Cette variation peut provoquer une dilatation qui va engendrer des contraintes internes au plancher pouvant amener à une rupture.

De plus, des évènements hasardeux tels que des tremblements de terre, des inondations ou encore la foudre peuvent causer des détériorations pouvant être classées de mineures à catastrophiques (Krausmann, Renni, Campedel, & Cozzani, 2011).

Défauts de fabrication 

Les réservoirs de stockage industriels sont intégralement réalisés par soudure entre les différentes plaques qui les composent. Un défaut dans ces soudures peut avoir un impact néfaste allant de la légère infiltration de liquide dans les joints pouvant causer de la corrosion jusqu’à la rupture de la structure en cas de sollicitations trop élevées.

Contrôle des joints de recouvrement

Il existe plusieurs travaux traitant de la propagation des ondes guidées ultrasonores au travers de joint de recouvrement entre deux structures notamment à propos des joints brasés ou des joints adhésifs. Cependant, très peu de travaux traitent du cas des joints soudés. La section suivante résume les différentes avancées réalisées.

Inspection des joints de recouvrement adhésifs 

La littérature regroupe plusieurs articles traitant de l’inspection de joints adhésifs par ultrasons. Différents types de défauts sont ainsi étudiés comme les défauts géométriques, les défauts d’adhésion ainsi que les défauts de cohésion. Les interactions avec les différents modes d’ondes guidées sont également étudiées. Le mode A₀ a été traité afin d’étudier la cohésion d’un joint de recouvrement adhésif avec époxy (Lanza di Scalea, Rizzo, & Marzani, 2004).

Les modes SH₀ et SH₁ ont été étudiés afin de quantifier le module de cisaillement adhésif et la raideur de cisaillement interfacial séparément (Castaings, 2014). D’autres travaux ont également été effectués afin de déterminer le mode de Lamb le plus adéquat à l’inspection de joints adhésifs (Santos & Faia, 2009).

Ces articles démontrent une influence concrète du joint sur l’énergie transmise à travers lui. Cependant aucun des modes étudiés ne semble se détacher des autres pour l’inspection de ce type de joints.

Inspection des joints de recouvrement brasés 

Dans le cas de joints brasés, les études menées se concentrent sur l’inspection de la zone de brasage et des différentes phases de la microstructure. Ainsi il a été démontré que l’utilisation d’onde SH₀ est plus pertinente pour l’étude de ce type de joint (Comot, Bocher, & Belanger, 2017). Il a été mis en évidence une conversion des modes A et S lors de l’interaction avec le joint de recouvrement. Les paramètres géométriques ont également été étudiés. Ainsi la longueur de la zone de liaison entre les deux plaques à une influence minime sur l’énergie transmise.

Comme pour les joints de recouvrement adhésifs, cet article nous montre le lien entre l’atténuation d’énergie d’une onde guidée et la présence d’un joint. Il a également mis en évidence la pertinence de l’utilisation des modes SH pour ce type de joints.

Conclusion sur les inspections de joints 

La littérature nous montre qu’un certain nombre d’articles ont traité des cas de joints de recouvrement. Il en ressort que différents modes sont utilisés, pour différentes utilisations.

Il apparait dans les études les plus récentes que les modes d’ondes guidées S et SH semblent être à privilégier pour l’inspection des joints de recouvrement. De plus, bien que les joints adhésifs et brasés soient différents du type de joint étudié dans ce mémoire à savoir des joints soudés, il en résulte que le protocole de mesure reste le même dans chacun des cas. L’émetteur est placé en amont du joint de recouvrement. Une première zone de réception de l’onde est placée en avant du joint et une seconde après. L’atténuation d’énergie de l’onde entre les deux points de mesures permet de déterminer l’influence des caractéristiques du joint.

L’étude de Jankauskas et Mazeika (2016) se rapproche le plus de celle de ce mémoire avec l’interaction d’un joint soudé avec des ondes guidées ultrasonores. Néanmoins, les planchers de réservoirs sont assemblés selon les normes API (American Petroleum Institute). La zone de recouvrement du joint est donc normée et ne peut donc pas être ajustée au besoin afin de contrôler les planchers.

L’étude bibliographique de l’inspection des joints de recouvrement nous démontre qu’il est nécessaire de poursuivre le travail déjà effectué en ce qui concerne les joints soudés, ce type de joint ayant été que peu étudié jusqu’à maintenant. De plus, la littérature traite de l’inspection des joints de recouvrement par ondes guidées et non pas de l’atténuation qu’ils impliquent. Il serait notamment nécessaire d’identifier le mode d’onde guidée le moins atténué par la présence d’un joint de recouvrement soudé, puisque l’étude réalisée par Jankauskas et Mazeija (2016) ne traite que du mode S₀. De plus, les articles détaillés précédemment nous donnent des pistes concernant la méthodologie à utiliser pour mener cette étude.