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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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3. Exemples d’application
Nous présentons ici quelques résultats illustrant les possibilités de la sonde hétérodyne compacte développée dans notre laboratoire et commercialisée par la société B.M. Industries. La sensibilité de cet instrument est mise en relief par la figure 23. Celle-ci représente l’amplitude de la vibration d’épaisseur, à la fréquence de 160 kHz, d’un transducteur en céramique piézoélectrique (PZT) portant un miroir. Le saut de 3 × 10–5 nm montre qu’une amplitude de 10–5 nm est détectable. La limite théorique correspondant aux conditions de l’expérience (laser He-Ne de 2 mW, B = 1 Hz) est presque atteinte [formule [12]]. Lorsqu’elle est équipée d’un laser YAG de puissance 100 mW, la sensibilité de cette sonde atteint
. Les expériences décrites dans ce qui suit ont été effectuées avec la sonde He-Ne.
La figure 24 se rapporte à l’excitation et à la détection d’ondes de Lamb se propageant dans un tube de diamètre extérieur 20 mm et d’épaisseur 0,5 mm. Ces ondes se propagent, comme dans une plaque, suivant deux modes, l’un symétrique (S0 ) à mouvement principalement longitudinal, l’autre antisymétrique (A0 ) à mouvement prédominant de flexion. La vitesse de phase du premier mode est plus grande que celle du deuxième. L’impulsion issue d’un laser YAG, d’énergie 10 mJ et de durée 80 ns, est focalisée selon une ligne, de longueur 15 mm et parallèle à une génératrice de tube. Le faisceau sonde, disposé au point diamétralement opposé, détecte les déplacements normaux de la surface. Le premier signal correspond au mode symétrique à petit déplacement...
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