Magnétorésistances géantes pour la caractérisation locale de l’état magnétique de surface: vers des applications du type Contrôle Non-Destructif (CND)

La grande majorité des aciers de structure et de construction utilisés par l’industrie du transport, de l’énergie et du bâtiment sont ferromagnétiques. Ces aciers possèdent la propriété de s’aimanter sous l’effet d’un champ externe et de conserver un état magnétique lors de sa disparition.

Les propriétés mécaniques et la microstructure sont des marqueurs forts qui permettent d’anticiper l’état de dégradation de ces pièces en acier. Ces informations qui sont fondamentales en production comme en maintenance peuvent être lues de façon indirecte et non-destructive à travers l’observation du comportement magnétique.

Dans cette thèse, nous proposons de développer des capteurs magnétiques de type magnétorésistance géante (GMR) pour remonter à l’état magnétique de surface et indirectement aux contraintes résiduelles, à la microstructure et au niveau de dégradation.

L’utilisation de l’effet de magnétorésistance géante (GMR), basé sur l’électronique de spin permet de développer des capteurs magnétiques innovants, extrêmement sensibles, détectant des champs magnétiques de l’ordre du nT/√Hz. Leur taille peut être submicronique ce qui les rends complètements adaptés à la caractérisation de surface. Leur sensibilité est telle que l’effet du champ magnétique terrestre est suffisant pour induire une réponse magnétique mesurable. Ceci permet d’envisager un CND magnétique allégé ne nécessitant pas d’inducteur pour la génération du champ.

Les deux applications principales associées à cette thèse seront:

• Détection de défauts surfaciques ou sous surfaciques (de l’ordre du mm).
• Détecter des variations micro structurelles locales, des contraintes surfaciques ou des déformations plastiques.

Plusieurs aspects pourront être traités pendant la thèse. Une partie intégration dont le but est d’aller jusqu’à la mise au point d’un démonstrateur (un intérêt pour ce démonstrateur a déjà été signifié par de grands groupes industriels tel que Framatome, EDF, DGA, SAFRAN, etc.). Des mesures sur des échantillons tests et en conditions réelles seront en amont réalisées pour valider la technique. En parallèle, un outil de modélisation pour l’analyse des signaux sera développé afin de comprendre et interpréter les résultats.

La Financement CIFRE proposé repose sur la collaboration de 2 laboratoires académiques (le Laboratoire de Nanomagnétisme et Oxyde (LNO) du CEA Paris-Saclay, spécialiste des capteurs magnétiques et le Laboratoire de Génie Electrique et Ferroélectricité (LGEF) de l’INSA Lyon, spécialiste des matériaux magnétiques et de leur applications) et une entreprise CmPhy, qui conçoit et fabrique des équipements d’analyses et de contrôles CND ainsi que des bancs de caractérisation magnétiques.

Exemple possible de réalisation