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RÉSUMÉ
L’interférométrie holographique est une méthode de visualisation globale sans contact, capable de donner une idée très précise du comportement réel d’un ensemble mécanique ou d’un phénomène physique sans le perturber. Capable de réaliser des mesures quantitatives des phénomènes tridimensionnels statiques ou dynamiques, cette technique se montre donc très performante pour conduire une analyse vibratoire. L’évolution vers le numérique et les progrès dans le traitement informatique des images holographiques lui promettent un bel avenir dans la mesure de l’intensité vibratoire.
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Paul SMIGIELSKI : Docteur ès sciences - Ingénieur de l’École Supérieure d’Optique (ESO) - Président de Rhenaphotonics Alsace
INTRODUCTION
L’étude du comportement de matériaux et de structures soumis à des contraintes dynamiques ou l’analyse des déformations de machines en fonctionnement (moteur d’automobile, par exemple) se fait habituellement à l’aide de capteurs permettant une mesure ponctuelle avec contact très sensible (accéléromètres, jauges de contrainte...). La validation de codes de calculs par ce type de capteurs peut parfois se révéler erronée.
L’utilisation de capteurs optiques ponctuels sans contact est un progrès dans la qualité de la mesure. Mais il serait trop onéreux de trop les multiplier. On opère donc par balayage, ce qui restreint le domaine des applications. De plus, la mesure en des endroits non directement accessibles est difficile et nécessite l’usage de fibres optiques.
Les méthodes optiques globales, interférométriques ou holographiques, quoique moins sensibles (0,01 à 0,1 µm) que les méthodes ponctuelles, semblent les mieux adaptées à l’étude des déplacements dynamiques, notamment sur des corps en rotation ou lorsque l’on désire une grande résolution temporelle. Souvent, elles seront associées à une méthode ponctuelle (vibrométrie laser, par exemple), complémentaire, permettant la synchronisation du laser.
L’étude des phénomènes dynamiques en fonction du temps se fait aisément « en continu » avec des capteurs ponctuels. Avec l’holographie, on opère par échantillonnage à l’aide de la cinéholographie (voir paragraphe 6). Les objets non accessibles directement à l’observation seront étudiés par endoscopie holographique (voir paragraphe 5).
Dans cet article, nous présenterons la caractérisation des vibrations par interférométrie holographique et de speckle.
VERSIONS
- Version courante de déc. 2020 par Pascal PICART, Paul SMIGIELSKI
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2. Rappel sur les méthodes d’interférométrie holographique
L’interférométrie holographique est capable de donner une idée très précise du comportement réel, global, d’un ensemble mécanique ou d’un phénomène physique de façon générale sans le perturber (méthode sans contact). Cet ensemble ou ce phénomène peut être très petit et éventuellement inaccessible (on utilise alors la microscopie et l’endoscopie holographique) ou très gros (vibration par exemple d’une portion d’ouvrage d’art ou d’une voiture en fonctionnement).
C’est non seulement une méthode de visualisation globale, mais également une méthode de mesure quantitative des phénomènes tridimensionnels statiques ou dynamiques. Ainsi, c’est une méthode très performante d’analyse vibratoire.
Son introduction dans l’industrie est due aux progrès réalisés dans les domaines du traitement informatique des images holographiques et de la collecte des données [caméras CCD (Charge Coupled Device) à haute résolution]. L’informatique commence à être assez puissante et rapide pour analyser un interférogramme holographique en temps quasi réel et présenter les résultats sous une forme classique directement compréhensible par les utilisateurs (cartes des déplacements en fausses couleurs et pseudo-3D, par exemple).
Pour aborder les principes de l’interférométrie holographique, il faut rappeler que les interféromètres classiques (type Michelson ou Mach-Zehnder) sont utilisés pour mesurer de petites différences de chemin optique concernant des surfaces planes (ou de révolution) polies ou observées en réflexion spéculaire. L’holographie a permis d’étendre les mesures interférométriques à des objets tridimensionnels diffusants.
Le principe général consiste à superposer des ondes lumineuses, pas forcément contemporaines, dont l’une au moins est produite par un hologramme. Ainsi, grâce à l’holographie, on est capable de faire interférer les ondes lumineuses provenant, à différents instants, d’un même objet se déplaçant, se déformant au cours du temps. L’état de surface de l’objet peut être quasi quelconque, mais ne doit pas se modifier (ou très peu) pendant l’opération. Les interférences observées sont caractéristiques des déplacements micrométriques subis par l’objet. La mesure des interférences permet de quantifier les déplacements...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SMIGIELSKI (P.) - Interférométrie holographique. Principes. - Traité Sciences fondamentales AF 3 345. Techniques de l’Ingénieur éd., Paris (1998).
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(2) - SMIGIELSKI (P.) - Holographie industrielle. - Teknéa éd., Toulouse (1994).
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(3) - FAGOT (H.), SMIGIELSKI (P.) - Cinéholographie et interférométrie. - CR Acad. Sc. Paris, t. 302, vol. II, no 4 (1986).
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(4) - DISCHLI (B.), FAGOT (H.), SMIGIELSKI (P.), DIARD (A.) - Interferometric cineholography on 126-mm film at 25 Hz with the help of two pulsed YAG lasers. - 3rd French-German Congress on Applications of Holography, Saint-Louis (F), 20-22 nov. 1991.
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(5) - SMIGIELSKI (P.) - Cineholography in non-destructive testing. - Invited critical review paper, OE/TECHNOLOGY’92 SPIE Congress, Conference on Optical Inspection and Testing, Boston. Proceedings SPIE CR 46, 18 nov. 1992.
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