Signaux magnétiques, ondelettes et wirelets

Le principe de l'auscultation magnéto-inductive a été découvert par les anglais dans les années 1830 à 1850 avec une application dédiée à l'inspection des canons de fusils. Une variante d'inspection magnétique des câbles a été développée par MacCann & Colson dans les mines en Afrique du Sud vers 1906. En 1931, le Pr. Woernle de l'institut IFT, Stuttgart met au point la première technologie de bobines magnéto-inductives permettant d'intercepter et mesurer la tension induite par le flux magnétique de fuite émis par une rupture de fil dans un câble. A partir de 1931, la technologie MRT rentre dans l'âge d'or du développement des machines d'inspection suisse: Signum puis polonaises: institut de Krakow.

La source d'aimantation d'origine électromagnétique (Integra) est remplacée en 1970 par des aimants permanents (Kündig). En 1981, le polonais Stachurski introduit des capteurs à effet Hall pour mesurer la perte de section métallique d'un câble. Les aimants de ferrite sont à leur tour supplantés par les aimants de terres rares de type Neodyme au début des années 1990. Jusqu'alors les recherches se focalisaient sur la technologie des machines. Un glissement s'opère à partir de 1985 vers l'ère du software s'intéressant de plus près à l'analyse des signaux avec une accélération à partir de 1999 née des travaux pionniers de Mrs Weischedel, Tytko, Chaplin, Dohm et Nussbaum. Dohm est par exemple un des premiers à pointer les faiblesses de l'analyse MRT en organisant un round robin test démontrant les prévisions erronées dans le contexte des câbles de mines. Un vide théorique lié à la prédiction des ruptures de fils est en partie comblé par les travaux de Nussbaum qui sont la pierre angulaire des recherches à venir.

Les premiers logiciels d'analyse des signaux magnétographiques de câbles sont conçus par S. Winter, suivi de S. Messmer, G. Hinterndorfer entre autres. Bien que des efforts intenses aient été fournis pour améliorer le design des machines d'auscultation, il faut souligner que les résultats ont été bien moins bons en ce qui concerne l'analyse et l'interprétations des signaux magnétiques. Il est important de rappeler que la technologie des câbles a entre temps beaucoup évoluée avec l'utilisation de fils de grade de résistance de plus en plus élevé et un environnement plus hostile: une vitesse d'exploitation des câbles en augmentation et une tendance à toujours plus de cycles de fatigue en un temps raccourci. 

Pr. Pistòra qui a inventé le defectoscope en 1999 est le premier à projeter l'idée d'utiliser les ondelettes comme outil de traitement des signaux magnéto-inductifs. Face aux difficultés théoriques et algorithmiques des analyses en ondelettes mais aussi faisant face à un silence sourd de la communauté scientifique, il a du se résigner à abandonner son idée qui a été reprise ensuite par d'autres contemporains à partir de 2014.  Mr Weischedel (NDtech) a été un pionnier qui s'est intéressé très tôt à partir de 1985 à des techniques de traitement du signal pour isoler les signatures de défauts du bruit de fond dans les câbles. En 2013, il avait développé une technique ingénieuse appelée "wire rope roughness" visant à créer des indicateurs d'évolution des défauts construits à partir des signaux bruts. Peut être sans le savoir, il avait construit une technique de filtrage cousine redécouvrant les préceptes de l'analyse en ondelettes appliquée aux signaux magnétiques.

L'auscultation des câbles est comme une chaine comportant quatre maillons: la machine, le test in-situ, l'analyse et l'interprétation des signaux et enfin l'étape d'après le test. Un maillon fragile ou cassé produit des conséquences importantes sur la qualité de l'évaluation. La méthode magnéto-inductive a des limites liées à la physique du procédé mais également à une analyse "défaillante" des signaux:

Nussbaum a été le premier à établir le fondement théorique des signaux induits de ruptures de fils: une signature de fil cassé est construit comme la superposition de deux signaux - un signal U1 de perte de section du fil et un signal U2 de retour de la section du fil - et possède une forme d'onde évanescente qui présente deux mamelons à amplitude négative séparés d'un pic central d'amplitude positive.

Il est frappant de remarquer la ressemblance du signal magnétique d'une rupture avec par exemple le motif ondelette chapeau mexicain ou encore l'ondelette de Cauchy. La première idée est donc d'utiliser une transformation en ondelettes pour analyser le contenu des signaux magnétiques pour identifier la présence de ces signatures de fils rompus. Après les traits de ressemblance, il est facile de constater des nuances entre les motifs ondelettes candidats. La seconde idée qui suit naturellement est la suivante: la signature d'une rupture de fil est elle même une ondelette. C'est le point de départ des wirelets, une famille d'ondelettes dont la construction est dictée par les lois de la physique.