TESTEURS D'ÉTANCHÉITÉ

Contrairement à la majorité des contrôles et mesures, par exemple celle pondérale ou dimensionelle, la détection de fuite nécessite presque toujours un appareil.
D’aprés nous, c’est à cause de cette “impalpabilité” du phénomène, que l’on a attribué à l’appareillage de détection de fuites une définition de “boîte magique”, mais également de “boîte fermée”.
Également d’un point de vue normatif, les connaissances sont limitées, si comparées aux normes inhérentes aux autres systèmes de mesure.
Pour faire la lumière, nous ferons constamment référence à la norme européenne:
“Recherche de fuites; Critères pour la sélection de la méthode et de la technique”, car c’est un document clair qui prend en compte les limites de précision et sensibilité des systèmes de détection de fuites, et qui définit avec simplicité unités de mesure et méthodologie.

Une énumération des méthodes applicables est reportée ci-dessous.

Méthode	Gaz	Test type	Sensibilité [ Pa m3/Sec]
Gaz traceurs et Spectromètre	Hélium	Local./ Pass-No Pass	10-11 … 10-6
Test par récupération “compliance” sous cloche	Air	Pass-No Pass	10-6
Test par baisse de pression	Air	Pass-No Pass	10-5
Test par débit Volumétrique Massique	Air	Pass-No Pass	10-4
Test en piscine à eau et air sous pression	Air	Visuelle	10-4

Nota 1 : considérons que lors de l’application de ces systèmes à de grands volumes, la sensibilité en fonction du temps se dénature, et normalement il y a de fort effets négatifs liés aux variations de température.

Nota 2 : Bien qu’étant un système basé sur la baisse de pression, l’effet “Volume” est résolu par la cloche et l’effet de la température est généralement diminué de moitié ou de toutes façons contrôlable.

La méthode par Hélium ne sera pas contemplée, car ne concerne pas notre production. Considérons tout de même que ce système se trouve au sommet de la sensibilité et que les coûts d’implantation et gestion ne le rendent applicable que où il est réellement nécessaire, c’est à dire pour les composants pour gaz réfrigérants, micro électronique, pace-maker….
Il en est de même pour le test en immersion car il n’a pas de valeur technique, si ce n’est qu’il permet de voir etl ocaliser la fuite.
Le bas niveau de sensibilité défini par la norme doit, en effet, être interprété comme une impossibilité de la méthode de fournir une mesure, une incertitude si appliquée en ligne de production, et un coût élevé de gestion du à l’impossibilité d’être automatisée.
Suit une description détaillée des systèmes définis AIR/AIR.

DETECTEURS DE FUITES PAR BAISSE DE PRESSION

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Il y a essentiellement deux systèmes de détection de type Δp/Δt :systèmes absolus et systèmes différentiels..
Les deux systèmes exécutent un cycle de contrôle basé sur trois phases fondamentales:
Remplissage, pour pressuriser la pièce à tester, Stabilisation pour stabiliser le volume d’air émis, et Test qui analyse l’évolution de la pression afin de mesurer une éventuelle baisse dans le temps.

Le rapport entre le taux de baisse et la valeur de fuite volumètrique est:

Baisse de pression [ Atm/Temps] = Volume de fuite [ CC/Temps] / Volume d’air [CC]

Le système absolu, représenté par la figure 1, est la méthode théorique plus immédiate et évidente pour effectuer cette une telle mesure. La difficulté technologique de l’applicabilité, vient de la difficulté à devoir mesurer de façon stable de petites variations de pression de chute sur des valeurs de remplissage élevées ( par exemple 01…0,2 mBar/Sec sur 5 bar d’ offset).



C’est pour cette raison que dans le passé pour compenser cette limite, on à crée le système différentiel, représenté par la figure 2.




Avec cette méthode, pour détecter le transducteur, il suffit une électronique traditionnelle à basse résolution, ou carrément analogique, puisque le signal qui arrive est mesuré sans l’offset de la pression de remplissage.
Avec l’évolution de l’électronique aujourd’hui, ceci n’est plus nécessaire dans le cas de pression comprises entre –1 et 8 Bars.
En plus le système différentiel et désavantagé pour les motifs suivants:

• Complexité de la pneumatique.
• Pneumatique non à sécurité positive.
• Double section de mesure de pression (remplissage et test).
• Répétabilité de la mesure moindre.
• Temps de test plus longs.
• Coût supérieur.

Les avantages de ce système, motif pour lequel aujourd’hui il est encore appliqué, sont à rechercher dans les cas ou ils est nécessaire d’avoir la même sensibilité à des pression trés différentes entre elles, et lorsque l’on effectue des essais à trés hautes pressions (>20 Bars), même si nous verrons ensuite que les systèmes par récupération résultent de toute façons meilleures et plus sures vues les pression trés élevées en jeu.

Pour mieux comprendre les différences entre les deux systèmes, considérons que la finalité d’un capteur de type Δp/Δt est de déterminer la baisse de pression dans le volume en test.
Tout ce qu’il y a en plus, crée des erreurs de mesure. Donc deux capteurs de pression générent le double d’erreurs.

En analysant la figure 2, et en considérant l’application du différentiel de façon symètrique, c’est à dire avec un élément de référence hérmetique et une pièce en test, il est facile de comprendre qu’entre le premier test de la journée et les succésifs, nous aurons une sur-stabilisation et thérmique et mécanique égale à “n” tandis que la pièce en test est égal à 0, car il est toujours nouveau. C’est pour ce motif qu’en termes de répétabilité le système n’est pas comparable à une mesure directe.
Enfin il existe une variété d’effets secondaires amplement décrits, que nous sommes prêts à argumenter.
Ce qu’il est important de considérer en passant d’un  système à l’autre, c’est que les valeurs de pression mesurées de Δp/Δt souvent ne correspondent pas.

Dans le système absolu, celle-ci est la baisse réelle de pression, qui peut être mesurée par un manomètre de précision, tandis que la mesure différentielle est la différence entre deux pressions.
Selon les pièces en test, et de l’utilisation symètrique ou non et des temps de stabilisation, considérons de 1:0,8 à 1:0,1 le rapport entre mesure absolue et mesure différentielle: en d’autres termes le millibar en une seconde mesuré par un système absolu ou manomètrique peut être vu comme 0,8……………0,1 mB/s pour un système différentiel.
Cela ne signifie pas que le système différentiel ne fonctionne pas correctement, mais simplement que ce sont deux mesures différentes entre elles, et cela doit être considéré en phase d’installation.

Dans les deux cas, ces systèmes peuvent être utilisés avec des “cloches” afin d’effectuer des tests sur l’extérieur de la pièce afin d’en réduire le volume.
Dans le cas de cloches appliqué&es sur des pièces qui ne sont pas pressurisables de l’intérieur (catadioptres, systèmes électroniques…) et pour lesquels le volume intérieur est réduit, il est nécéssaire joindre un capacimètre à la phase de Remplissage pour éviter de saturer la cavité durant la phase.

Les instruments peuvent également être équipés de pneumatiques spécifiques et de régulateurs de pression électro pneumatiques pour effectuer des courbes de remplissage spécifiques, optimiser les temps et améliorer la hase de stabilisation.

L’unité de mesure pour cette instrumentation doit obligatoirement être exprimée en termes de pression et temps, et seulement en un second temps il peut y avoir une visualisation de valeur déduite de fuite volumètrique. Auquel cas l’instrument doit être équipé d’un capacimètre nécessaire à l’acquisition du volume de la pièce en test, sinon le paramètre doit être renseigné par l’opérateur.


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MESUREUR DE DÉBIT DE FUITE

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Ce système permet de mesurer de manière directe le débit ou flux d’air généré par la fuite. Au terme des phases de remplissage et stabilisation le temps de test est uniquement celui nécessaire à obtenir une mesure stable de ce débit: temps généralement trés court (0,1 sec).



Ce système est essentiellement constitué d’un senseur de débit, un senseur de pression et un générateur de pression constante de l’échelle du débit de mesure.
La complexité pneumatique du système est de pouvoir fournir un battant de pression constant mais dépourvu de fluctuations et bruits puisque, à la différence des systèmes Δp/Δt, la mesure se fait à flux de pression ouvert.

La mesure de débit peut se faire par des systèmes volumètriques compensés en température ou actuellement, par des capteurs massiques.
Dans le premier cas on conseille d’évaluer la norme CNR-UNI 10023et les lois communes de la physiques des gaz pour la compensation en température.
En ce qui concerne la mesure massique considérons normalement et par commodité, que l’unité de mesure est exprimée en volume/temps et normalisée à 21 degrés (nCC/h).

L’application pratique des ces instruments pour la mesure de fuites se fait fondamentalement dans trois cas:
a  - quand le volume est inconnu et variable: moteurs côté huile, sacs, flacons trés élastiques…
b -  quand une mesure continue est nécessaire pour effectuer des réparations.
c -  quand les valeurs de fuites sont trop importantes et qu ’un système par Δp/Δt ne peut maintenir une pression de test stable dénaturant la mesure de la fuite: valves à cartouche, distributeurs d’huile….

Pour les autres applications industrielles le système par Δp/Δt sont plus économiques et durables du fait de l’absence de parties d’usure.

L’unité de mesure pour ce type d’instrument est double: Pression de test (ex: mBar) et taux de fuite (ex: nCC/h).

DÉTECTEUR DE FUITES PAR RÉCUPÉRATION

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Par système  “Compliance” ou récupération, on entend un système capable de mesurer des fuites à l’extérieur de la pièce à contrôler.

L’exemple pratique le plus diffus et explicatif est celui de la mesure de la fuite de l’obturateur de soupape: on envoie l’air d’un côté et on détecte la fuite de l’autre.

Ce concept est applicable à tout type de composant ou pièce qui à la possibilité d’être mis sous cloche et pressurisé de l’intérieur.



Les avantages de ce système sont: la sensibilité trés élevée ( la norme nous dit: 10 fois > aux systèmes par Dp et 100 fois par rapport aux débitmètres ) et la vitesse élevée.
La sensibilité grâce à la possibilité de mesurer la fuite en tant qu’augmentation de pression par rapport aux “zéro” ambiant, sans avoir donc de problèmes d’offset.
La vitesse car, tout le test ne se compose que d’une seule phase: pressurisation/mesure, sauf pour quelques composants élastiques.

Vue la nécessité d’effectuer le test sous cloche, le système le système se prête à des test à haute pression, jusqu’à 180 Bars, en toute sécurité pour biens et personnes.

Par contre la complexité de l’instrument et à chercher du côté de la pneumatique non à  sécurité positive: c’set pour cela que bien souvent ces appareils contiennent une section de détection de fuite classique, destinée à contrôler si la cloche est bien fermée.

Dans le cas de pression dépassant les 5 Bars, il est nécessaire prévoir une soupape de sécurité pour protéger le capteur en cas de grosse fuite.

ANALYSE DES TAUX DE FUITES

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La fuite “zéro” n’existe pas, et même si elle existait, elle serait impossible de la mesurer.
Ceci est la bonne approche pour déterminer le choix du niveau de fuite en premier et l’instrument ensuite. Donc, en se basant sur les tableaux fournis en liens, il est toujours bon analyser la propre pièce en définissant un niveau de fuite limite de départ.
Se fier à des tests en immersion pendant cette phase, n’est pas la bonne solution, car elle induit en erreur est n’est pas documentable.
Il est également primordial définir dés le début les composants qui ne peuvent être contrôlés avec des systèmes AIR/AIR comme par exemple composants pour gaz réfrigérants, micro électronique, pace-maker, etc…
Dans ce cas, l’historique du problème fait que la documentation ou les normes du produit, prévoient déja les directives de test, généralement effectuées avec hélium et sniffer.

Après cette première évaluation il est nécessaire étudier le fluide et les pressions opératives pour l’élément à contrôler, en faisant le distinguo entre fluides liquides et gazeux.
Dans le cas de composants pour gaz,c’est à dire là où il n’existe pas de réelle différence entre les dimensions moléculaires des fluides (test/opérationnel), nous nous attenons à une seule évaluation de danger:
par exemple un composant pour gaz de ville peut avoir deux niveaux de fuite admise, qu’il soit appliqué en intérieur (cuisine) ou en extérieur.
Dans ce cas égalemnt, les normes précisent les taux de fuites admises.
Exemples de taux de fuites pour gaz :

15…. 60 nCC/ heure  @ 150mBar pour rampes de gaz cuisine.
1 ….5 nCC/  minute @  5 Bar pour joints de lignes de transmission gaz extérieures.

Dans le cas de composants pour liquides (eau /sang /carburant /huile /etc…) et sur la base du niveau de danger en cas de fuite, il y a des valeurs de fuite établis en air, où les liquides ne fuiront sûrement pas vu le rapport moléculaire entre gaz / liquides.

Exemples de taux de fuites pour liquides (mesurés à l’air/1Bar)

0,3…0,6 nCC/Minute pour conteneurs carburants
2……3    nCC/Minute pour conteneur eau
3……6    nCC/Minute pour conteneur huile

En réalité, là où cela est possible, il est préférable utiliser des pressions supérieures, entre 1….6 Bars maximum. Avec cette solution, nous obtenons une réduction des temps et une augmentation sensible des performances du test.
En augmentant la pression de test, on obtient une amplification de la fuite, laquelle n’est généralement pas linéaire par rapport à la pression: si par exemple nous mesurons 1 nCC/minute/1 Bar, la même fuite mesurée à 5 Bars, peut être supérieure à 5 nCC/minute.
Ceci est dû au libre cheminement moléculaire du gaz de test, dans le cas où la fracture soit assez petite pour en géner le mouvement (porosité sur fusions…), cette résistance sera fonction de la pression même du gaz.

En outre une pression majeure amplifie l’éventuel défaut, si élastique, en écartant les lèvres de la fracture, comme dans le cas de soudures plastiques..

Et contrairement il est nécessaire évaluer les aspects négatifs de pressions supérieures, tels que temps de stabilisation plus élevés pour des éléments assez élastiques, et fuites “masquées” dans le cas de joints à lèvre, où la pression les plaque et cache la fuite.
Dans ce cas il possible effectuer des tests avec des pressions relatives négatives.
Sauf pour ces cas de fuites non linéaires ou “masquées” , l’utilisation du vide est à déconseiller, à cause de la complexité de l’appareillage et du bouchonnage, et de la durée de vie inférieure de l’installation qui va aspirer toute la saleté environnante. En augmentant les pression de remplissage, il est toujours nécessaire prévoir des protections pour les personnes et les choses.

Donc, les bonnes pressions de test, avant même la définition des paramètres de test (seuils, temps, bouchonnage…), doivent être recherchées en collaboration avec des professionnels du secteur, à même d’avoir une expérience suffisante dans le domaine, et surtout l’équipement nécessaire pour effectuer tous les essais.