Holographie optique Interférométrie holographique

C’est en 1947 que l’Anglais Dennis Gabor eut l’idée de l’holographie. Mais ce n’est qu’en 1962, soit deux ans après que l’Américain Maiman eut fait fonctionner le premier laser (un laser à rubis, en l’occurrence), que l’holographie prit son véritable essor avec l’enregistrement des premiers hologrammes d’objets tridimensionnels diffusant la lumière par les Américains Leith et Upatnieks et par le Russe Denisuyk, grâce à l’utilisation des premiers lasers à gaz (hélium-néon) à émission continue. Ces hologrammes, surtout ceux du Russe, ont donné lieu à ce qu’il convient d’appeler « l’holographie image », connue du grand public par son côté spectaculaire (relief intégral saisissant des hologrammes géants). Une application, relativement bien développée de l’holographie image aujourd’hui, est l’hologramme d’un type particulier utilisé sur les cartes bancaires, les cartes grises, les billets de banque dont le but est de rendre la carte ou les billets infalsifiables.

L’utilisation de l’hologramme comme composant optique (miroir, lentille, séparateur...) est sans doute aussi un des exemples prometteurs de l’holographie.

Quelques années plus tard, en 1965, plusieurs laboratoires furent à l’origine de l’interférométrie holographique et du véritable départ de l’holographie dans l’industrie. Les chercheurs constatèrent qu’un déplacement trop important de l’objet (ou de tout autre élément du montage), pendant l’enregistrement de l’hologramme, entraînait l’apparition de franges d’interférence sombres et claires parasites sur l’image restituée, pouvant altérer complètement celle-ci. Pour obtenir un hologramme de bonne qualité, il fallait donc éliminer ces franges parasites, en assurant une stabilité suffisante de l’objet et des différents éléments du montage pendant le temps d’exposition. Mais, d’un autre côté, ces franges d’interférences parasites pouvaient être exploitées et donner de précieux renseignements quantitatifs sur les déplacements qui leur avait donné naissance. Un défaut majeur pour un hologramme image devenait très important pour les applications industrielles.

Tout ce qui se déforme dans la nature est a priori susceptible d’être analysé par interférométrie holographique : de la déformation d’un tympan sous l’effet d’un bang d’avion supersonique à la déformation des éléments d’un moteur en fonctionnement, en passant par la croissance d’un cristal ou par les variations de densité de l’air autour d’un profil d’aile d’avion.

Non seulement les grandes sociétés (Aérospatiale, Renault, PSA, SEP, Onera, Snecma, EDF, Thomson...) utilisent de plus en plus l’holographie de façon routinière mais, fait nouveau, les PME-PMI font appel à l’holographie pour la résolution de problèmes ponctuels [recherche de l’origine de bruits dans les structures, identification de défauts dans les matériaux (notamment composites), analyse modale, mesure de déformations dynamiques, contrôle de brasages, identification de zones de faiblesse sans avoir à faire des essais de fatigue destructifs, amélioration ou validation d’un code de calcul...] en s’adressant à des organismes spécialisés.

Pour l a première fois, une technique, l’holographie, permet l’analyse sans contact avec une grande sensibilité et une grande résolution spatiale et temporelle des phénomènes physiques dans leurs quatre dimensions [3 d’espace et 1 de temps (par cinéholographie)]. C’est une méthode qui bouleverse nos conceptions habituelles en matière de métrologie et que le technicien, au sens large du terme, ne peut plus ignorer.

Un des inconvénients majeurs de l’interférométrie holographique réside dans l’utilisation de milieux photosensibles à haute résolution et faible sensibilité (plaques et films photographiques, films thermoplastiques...), nécessitant des lasers d’énergie suffisante par impulsion et demandant un temps de traitement prohibitif pour de nombreuses applications industrielles, sans parler du coût d’approvisionnement. Les cristaux photoréfractifs peuvent être une des solutions du futur. Mais l’idéal serait, en fait, d’utiliser des milieux d’enregistrement adressables et effaçables électroniquement, du type CCD ou cristaux liquides, de résolution spatiale suffisante pour l’holographie (de l’ordre du micromètre) et ne nécessitant qu’un traitement numérique. Des laboratoires travaillent déjà sur l’holographie numérique en essayant d’adapter leurs idées aux résolutions spatiales trop faibles aujourd’hui.

L’interférométrie holographique numérique est pour bientôt. Elle redonnera à l’holographie son extraordinaire potentiel. En attendant mieux, il existe une autre voie explorée par les chercheurs dans les années 70. C’est l’interférométrie de speckle. Cette technique, connexe à l’holographie, fait l’objet de l’article de ce traité.

L’essentiel de ce document est tiré de la référence [15].