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Auteur(s)
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Daniel ROYER : Ingénieur de l’École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles (ESPCI) - Professeur à l’Université Denis Diderot (Paris 7)
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Depuis les premiers travaux de génération d’ondes élastiques sans contact mécanique dans un solide (par exemple par impact d’un faisceau d’électrons ou d’ondes électromagnétiques), les études expérimentales ont progressé grâce à l’emploi, d’une part, de sources optiques plus puissantes comme les lasers et, d’autre part, de détecteurs plus sensibles. Des modèles théoriques ont été développés pour expliquer les mécanismes de génération. Par rapport aux méthodes traditionnelles (transducteurs piézoélectriques), la génération photoacoustique présente plusieurs avantages : outre qu’elle n’exige aucun contact mécanique, la position et la forme de la source sont modifiables. Les ondes élastiques peuvent être engendrées dans des matériaux portés à haute température. Cette technique est actuellement orientée vers le contrôle non destructif, la mesure des constantes élastiques, l’émission acoustique, la spectroscopie, et la microscopie.
Dans la majorité des expériences, le solide est irradié à l’aide d’impulsions lumineuses. Des ondes de volume et des ondes de surface ont été ainsi engendrées. Ces ondes sont détectées soit par des transducteurs classiques (piézoélectriques, capacitifs, électromagnétoacoustiques), soit par des méthodes optiques. Les mesures optiques, qui font l’objet de la deuxième partie de cet article, ont l’avantage de s’effectuer à distance avec une bande passante large, sans perturber le champ acoustique. La combinaison de la génération et de la détection optiques est potentiellement très importante dans le domaine du contrôle non destructif. Des exemples d’applications sont donnés en fin d’article.
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2. Détection optique de déplacements mécaniques
L’objet de ce paragraphe est de décrire les dispositifs optiques de mesure de déplacements mécaniques d’une surface. Ces dispositifs sont moins sensibles que le détecteur piézoélectrique mais ils présentent, a priori, l’avantage d’un examen local, sans contact mécanique, avec une bande passante très large.
L’interaction d’un faisceau lumineux, de diamètre d, avec une onde acoustique, de longueur d’onde λ, modifie :
-
sa direction si d < λ : le faisceau lumineux est défléchi par l’ondulation de la surface ;
-
son intensité si
: le faisceau lumineux qui couvre plusieurs longueurs d’onde est diffracté par le réseau de phase associé à l’onde élastique ;
-
sa phase par la variation du chemin optique dû au déplacement normal de la surface ;
-
sa fréquence par effet Doppler.
Les détecteurs optiques de déplacements mécaniques sont ici groupés en deux catégories : les sondes non interférométriques qui exploitent la déflexion ou la diffraction du faisceau lumineux, les sondes interférométriques qui exploitent la modulation de la phase ou de la fréquence de l’onde lumineuse.
2.1 Méthodes non interférométriques
Ces sondes sont employées pour l’examen d’une onde qui donne lieu à une ondulation de la surface telle que l’onde de Rayleigh. Elles se prêtent bien à un balayage rapide de la surface.
HAUT DE PAGE
La figure 15 illustre le principe de la méthode : le faisceau lumineux, de longueur d’onde Λ, réfléchi par la surface oscille au passage de l’onde de surface. Il est partiellement masqué par un coin (en pratique, le bord du photodétecteur) pour que l’intensité du photocourant soit modulée à la fréquence de l’onde. L’amplitude de la déviation...
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