Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Dans cet article, une vision d’ensemble de la méthode de pulse-écho, très utilisée dans le domaine du contrôle non destructif pour caractériser mécaniquement les solides ou les liquides, est présentée. Les principes de base ainsi que les ondes utilisées sont communs au domaine médical, même si dans ce cas le transducteur ultrasonore est multi-éléments. Si a priori la méthode semble très simple, car elle repose sur une relation élémentaire (distance = vitesse x temps), un certain savoir-faire est nécessaire pour obtenir des caractérisations précises. Après une présentation du transducteur mono-élément et du banc de mesure classique couramment employé, les approches expérimentales les plus répandues sont détaillées et illustrées au travers de divers exemples.
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In this paper, an overview of the pulse echo method widely used in the field of nondestructive evaluation for mechanical characterization of solids or liquids is presented. The basic principles as well as the waves used are also found in medical field even if in this case the ultrasonic transducer is a multi-elements one. If the method seems very simple because it is based on an elementary relation (distance = velocity x time), its application sometimes needs some specific skills. After a presentation of the single-element transducer and the commonly used conventional measuring benches, the most common experimental approaches are detailed and illustrated with various examples.
Auteur(s)
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Didier LAUX : Docteur, maître de conférences habilité à diriger des recherches - IES (Institut d’Électronique et des Systèmes, UMR CNRS 5214), Université de Montpellier, France - 860, rue Saint Priest, bât 5, 34095 Montpellier, France - [email protected] - et par ordre alphabétique
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Franck AUGEREAU : Docteur, maître de conférences - IES, Université de Montpellier, CNRS, Montpellier, France
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Emmanuel Le CLEZIO : Docteur, professeur des universités - IES, Université de Montpellier, CNRS, Montpellier, France
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Gilles DESPAUX : Docteur, professeur des universités - IES, Université de Montpellier, CNRS, Montpellier, France
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Jean-Yves FERRANDIS : Docteur, ingénieur de recherche habilité à diriger des recherches - IES, Université de Montpellier, CNRS, Montpellier, France
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Eric ROSENKRANTZ : Docteur, maître de conférences - IES, Université de Montpellier, CNRS, Montpellier, France
INTRODUCTION
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.
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KEYWORDS
Non-destructive testing | viscosity | solids | liquids | elastic moduli | pulse echo
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Glossaire
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6. Conclusion
Cet article s’est attaché à présenter un panel de méthodes basées sur l’application de la technique standard du pulse-écho. L’accent a été volontairement mis sur la détermination des lois de comportement élastiques ou viscoélastiques.
Bien sûr les applications et les méthodes expérimentales sont si nombreuses qu’être exhaustif est impossible. C’est pourquoi dans la littérature le lecteur trouvera d’autres méthodes plus « exotiques » non présentées ici. À titre d’exemple, comme la vitesse ultrasonore dépend de la température, il est possible de concevoir des thermomètres ultrasonores non invasifs en utilisant la méthode du pulse-écho. Cette approche appliquée avec succès lors des traitements par ultrasons de puissance des tumeurs prostatiques connaît aussi des applications récentes en chirurgie cardiaque en complément d’analyses par infrarouges .
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RAYLEIGH (J.W.) - The Theory of Sound. - Vol I, II. Eds MacMilllan & Co (1877-1878).
-
(2) - CASTERA (L.) - Le FibroScan : un nouvel outil pour l’évaluation non invasive de la fibrose au cours des maladies chroniques du foie. - Hépato-Gastro, 14(2) (2007).
-
(3) - JUILLARD (J.) - Étude de la génération d’ultrasons par des ondes électromagnétiques. - Thèse de Doctorat. Commissariat à l’Énergie Atomique Centre Saclay, Université Paris VII Jussieu (1999).
-
(4) - FAESE (F.) - Génération d’ondes acoustiques de surface par différentes sources lasers : applications à la caractérisation sans contact de défauts. - Thèse de Doctorat. Université de Valenciennes (2013).
-
(5) - DESILETS (C.S.), FRASER (J.D.), KINO (G.S.) - The design of efficient broadband piezoelectric transducers. - IEEE Trans. Sonics Ultrason, SU-25 115-125 (1978).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Standard Practice for Measuring Ultrasonic Velocity in Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA - ASTM E494-15 - 2015
ANNEXES
MARTINOTY (P.), COLLIN (D.). Piezo-Rheometric Measuring Cell and Corresponding Piezo-Rheometer. US 20080236255 A1. WO 2006/018516.
SINHA (D.N.). – Non invasive identification of fluids by swept-frequency acoustic interferometry. Patent number 5767407. (1998).
HAUT DE PAGE
Disperse Software. Guided wave dispersion curve calculation. Developped by LOWE (M.J.S.) et al., Imperial College London NDT.
Cast3M – Logiciel de calcul par Éléments finis développé par le Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA).
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