Caractérisation de solides ou liquides par méthode de pulse-écho

Si les relations fondamentales régissant la propagation des vibrations mécaniques et par conséquent des ultrasons sont établies depuis plus de 200 ans grâce aux travaux de d’Alembert ou de Lord Rayleigh, [AF3810] [AF3812] [AF3814], les applications n’ont vu leur essor qu’à partir de la première guerre mondiale, profitant de la découverte récente de la piézoélectricité par Pierre et Jacques Curie. Dès lors, les méthodes échographiques n’ont cessé de progresser et font aujourd’hui partie intégrante des méthodes de contrôle non destructif, par exemple dans le domaine du génie civil pour contrôler les édifices, mesurer des débits, contrôler le serrage, évaluer les contraintes résiduelles…[R1410] [R2265] [R4040] [IN8].

Grâce aux performances croissantes des ordinateurs, des microtechnologies et à l’avènement du numérique, il est maintenant possible de réaliser des transducteurs ultrasonores multiéléments [P3790] qui permettent un balayage spatial et une focalisation dynamique rapide. Profitant de ces avancées, les échographes médicaux fournissent aujourd’hui une visualisation haute résolution ultrarapide et tridimensionnelle. Par ailleurs des résultats quantitatifs en termes de modules élastiques peuvent être obtenus grâce aux élastographes pour détecter en particulier des signes de fibrose .

D’un point de vue de la physique de la matière et de la mécanique du solide, le lien existant entre les ondes ultrasonores et les modules élastiques permet d’établir de façon non destructive les lois de comportement des matériaux viscoélastiques au sens large. Cette alternative aux méthodes classiques de compression et de traction est indispensable dans de nombreux cas : petits échantillons, échantillons microstructurés, radioactifs, biologiques…

Après une présentation du transducteur ultrasonore monoélément piézoélectrique, les approches expérimentales par méthode de pulse-écho dédiées à la caractérisation fine des solides puis des liquides seront détaillées. L’accent sera mis sur les différentes ondes pouvant être exploitées (de volume, de surface, longitudinales, transverses…) ainsi que sur certains bancs de mesures spécifiques : approche en réflexion, transmission, réflectométrie à angles critiques, bancs dédiés aux mesures en fonction de la température…

Même si le sujet est traité de façon plutôt académique, le lecteur trouvera en fin de document divers résultats expérimentaux dans le domaine biomédical, agroalimentaire et nucléaire.