Compte-rendu du colloque 2000 :

 

Le 1er colloque francophone du club SFO/Cmoi s’est déroulé à Biarritz du 21 au 24 novembre 2000.

Plus de 160 personnes (dont 50 % d’industriels) ont assisté à ce premier colloque francophone bien organisé par EADS France (domaine de Villepreux de Saint Aubin de Médoc) et la Société Française d’Optique (SFO).

 

Le succès de ce colloque est probablement lié aux thèmes proposés et aux efforts réalisés pour rapprocher chercheurs et industriels, mais également au soutien efficace apporté par divers organismes complémentaires de la SFO :

 

•Agence de Soutien des Technologies de la Recherche Industrielle et du Développement: ASTRID

•Association pour le Développement des Méthodeset Techniques Holographiques et Connexes:HOLO 3

•Association Française de Mécanique: AFM•Association Nationale pour la Recherche Technique: ANRT

•Association pour le développement des Scienceset Techniques de l’Environnement: ASTE

•Collège de Métrologie du Mouvement Français pour la Qualité: MFQ

•Délégation Générale pour l’Armement: DGA•European Aeronautic Defence and Space Company: EADS

•Groupement pour l’Avancement des Méthodes d’Analyse des Contraintes: GAMAC

•Groupement des Industries Françaises de l’Optique: GIFO

•IEEE Instrumentation and Measurement Technical Committe 16 on Laser and Optical Systems: IEEE

•Société Française des Mécaniciens: SFM

•Technopôle de Haute-Alsace: THAet par diverses revues spécialisées, notamment «Contrôle Industriel», «Essais Industriels»,«Mesure» et «Optique et photonique».

 

Le colloque a été divisé en 8 sessions pour 69 conférences :

• Session 1: Holographie et techniques de Speckle.

La première session, présidée par J. BOUTEYRE (EADS France, St Médard-en-Jalles) et par P.JACQUOT (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) a débuté par un tour d’horizon critique, à la fois scientifique et économique, sur les techniques holographiques et les techniques de speckle et a été suivi par des exposés sur l’holographie numérique hétérodyne (caractérisation des limites de résolution), sur les applications potentielles de l’holographie en couleur utilisant aussi bien les lasers continus que les lasers pulsés, sur l’holographie dynamique multi-expositions utilisant un cristal photoréfractif comme support d’enregistrement (application à l’analyse vibratoire), et sur la réalisation d’éléments optiques diffractifs en relief ou à gradient d’indice de réfraction, à base de photopolymères auto développants. En ce qui concerne l’interférométrie de speckle, après une analyse théorique et numérique du comportement des erreurs systématiques de mesure induites pardes fluctuations d’éclairement des interférogrammes traités par la méthode de décalage de phase, des applications novatrices sont développées :caractérisation dynamique quantitative d’une plaque encastrée libre en vue d’un recalage de modèle éléments finis (précaution à prendre pour obtenir des données quantitatives exploitables), mesure de contraintes résiduelles par la technique à deux éclairages symétriques en utilisant la méthode du trou, caractérisation des endommagements induits dans les plaques composites par des impacts en visualisant par shearographie l’interaction d’ondes ultrasonores (ondes de Lamb) avec les défauts, étude du comportement thermodynamique de composants électroniques de puissance par shearographie, analyse vibratoire d’un frein à disque en fonctionnement à l’aide d’une nouvelle technique d’interférométrie de speckle permettant la mesure des trois composantes du déplacement, en régime pulsé.

 

• Session 2: Mesure des déformations et contraintes. Comportement mécanique et thermique des matériaux et structures et suivi d'essais mécaniques.

Présidée par M. CONTE (INSA, Lyon) et J.P. MONCHALIN (Conseil National de Recherches du Canada, Québec) a été consacrée aux mesures de déformations et contraintes, à l’analyse du comportement mécanique, au suivi d’essais mécaniques de matériaux et de structures par diverses méthodes optiques. Après la présentation d’un projet d’utilisation de la méthode des caustiques optiques pour la détermination des fortes gradients de contraintes d’objets 3D en biomécanique (méthode fonctionnant là où d’autres techniques optiques sont inopérantes, mais méthode nécessitant la réalisation d’un modèle transparent de l’objet 3D), un outil numérique de mesure des déplacements et de calcul des déformations sur surfaces planes à partir de techniques de corrélation d’images en lumière blanche a été décrit et appliqué sur le cuivre, l’eau, un polymère et sur la peau avec une précision inférieure au 1/100 de pixel. Ensuite, il est montré qu’une technique d’auscultation à distance de grandes structures (cheminées, barrages, ponts, …) utilisant des caméras vidéo haute définition couleur disposées judicieusement permet de localiser, de quantifier les défauts apparents avec précision et objectivité. Une technique de vidéogrammétrie utilisant la triangulation pour la métrologie dimensionnelle en milieux hostiles est également analysée (précision/coût) à travers des exemples concrets (mesure de déformation degrandes structures spatiales pendant des tests de vide thermique et expériences en vue d’études archéologiques en milieu sous-marin). Il est démontré que l’ellipsométrie à modulation Faraday permet la mesure des biréfringences et des contraintes dans les matériaux transparents (différents verres). Enfin, l’utilisation de méthodes plus classiques pour résoudre des problèmes industriels variés ont été exposés : étude du comportement viscoélastique et élastique de panneaux structuraux à base de bois (contre-plaqués, OSB, …) par mesure des déplacements hors plan des panneaux sous contrainte à l’aide de la technique de projection de franges, caractérisation du comportement dynamique d’un volant moteur en fonctionnement par différentes techniques (vibrométrie laser et interférométrie holographique pulsée couplées à un dérotateur pour supprimer le mouvement de rotation du volant moteur, projection de franges en lumière pulsée [flash] ), mesure des déplacements transitoires d’une portière au cours de son claquage par projection de franges en lumière pulsée afin de calculer les champs de contraintes et prédire la tenue en fatigue de la porte, suivi d’essais de structures aéronautiques (sous contraintes diverses) toujours à l’aide de la projection de franges afin de recaler des modèles de calcul avec validation de l’évolution de défauts.

 

• Session 2b: Mesure des déformations et contraintes. Comportement mécanique et thermique des matériaux et structures et suivi d'essais mécaniques (suite).

Présidée par M. HONLET (Honlet Optical Systems, Pfaffenhofen - D) et G.ROOOSEN (Laboratoire C.Fabry, Institut d’Optique et CNRS, Orsay) a d’abord traité de la technologie laser-ultrasons appliquée à l’industrie papetière : mesure des modules mécaniques et de la tension d’une feuille de papier. Ensuite, il est montré que l’utilisation de fibres optiques judicieusement disposées dans un contact électrique creux permet de mesurer les températures et de calculer le flux de rayonnement d’arc qui chauffe la surface de contact. Les applications de la thermographie sont également exposées : analyse des contraintes et localisation d’endommagements dans différents domaines industriels (automobile ou aéronautique).Cette technique fournit en temps quasi réel la cartographie des contraintes à la surface de pièces réelles sollicitées cycliquement et depuis peu soumises à un chargement transitoire. Dans ce dernier cas, des exemples d’applications spectaculaires sont donnés comme la visualisation des contraintes maximales générées lors de la fermeture brutale d’une portière de voiture, en tenant compte de la position de la vitre. Enfin, pour identifier les contraintes résiduelles dans les vitres, la photoélasticité est réactualisée grâce à l’apport du numérique et de nouvelles techniques de dépôt d’une couche biréfringente sur la surface à étudier.

 

• Session 3: Capteurs à fibres optiques.

Présidée par J.M. CAUSSIGNAC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, Paris) et P. FERDINAND (CEA, Gif-sur-Yvette) a exploré les remarquables possibilités des fibres optiques intégrées dans divers matériaux : détection et localisation de dommages accidentels survenus en service dans les structures composites du domaine aéronautique, pesage dynamique d’un véhicule poids-lourd passant sur un ouvrage d’art de génie civil à partir du signal donné par des capteurs à fibres optiques intégrés dans cet ouvrage, étude du comportement (simulation numérique) de capteurs à fibres optiques noyés dans le béton afin de quantifier l’influence de la structure sur la réponse métrologique des capteurs et donc de pouvoir choisir le meilleur compris capteur-structure. Une technique de réflectométrie faible cohérence à haute résolutionbasée sur l’interférométrie de Michelson, a été utilisée pour détecter et localiser des défauts de propagation dans des structures guidantes, d’une longueur optique de deux mètres. Une application particulière a été exposée, en l’occurrence la mesure de la pression pendant la coupure d’un arc électrique dans un disjoncteur HT grâce à un système de fibres optiques parfaitement isolé des diverses agressions (chimiques, électromagnétiques, …) et qui détecte la position d’une membrane soumise à la pression à mesurer. Enfin, le dernier exposé à traité de la tomographie optique cohérente pour l’imagerie médicale. L’utilisation de guides d’ondes intégrés permettra la réalisation d’une puce optique capable d’acquisitions à haute cadence pour des mesures aussi bien sur tissus biologiques que sur des matériaux comme le plastique, le verre, …

 

• Session 4: Mesures de position, distance et déplacement.

Présidée par Th. BOSCH (Ecole des Mines de Nantes) et par P. BOONE (Université de Gent – B), concernait les mesures de position, de distance et de déplacement, réalisées souvent à l’aide de réseaux ou de l’interférométrie : suivi de l’évolution spatiale d’objets mobiles (contrôle du déplacement de micro – robots) par l’observation de réseaux de traits binaires gravés sur l’objet et la mesure absolue de la phase (sensibilité 0,01 pixel), utilisation de la lumière laser retrodiffusée par une cible qui interfère avec la lumière émise par le laser d’éclairage (diode IR) dans sa propre cavité optique et permet pour l’instant des mesures de distance de 10 cm à ± 100 µm (ce système d’interférométrie homodyne est très intéressant industriellement car auto aligné, à hautes performances et à bas coût), mesure de dépointage angulaire mécanique d’un support d’antenne (précision 10-4 radian) parpolarimétrie optique à l’aide d’un laser IR polarisé à 45 °,utilisation d’un codeur optique miniature compact (basé sur l’interférence d’ordres de diffraction de réseaux) de résolution nanométrique et capable d’assurer une fonction de mesure de déplacement pouvant être insérée de manière discrète et non–intrusive dans un système électromécanique complexe, réalisation d’un prototype de mesure des distances basé sur l’effet Talbot avec évaluation des performances et diverses idées d’amélioration, et enfin mesure par interférométrie lumière blanche, dans le cadre du futur laser méga - joules du CEA de l’épaisseur de très petits ballons (diamètre 2mm, épaisseur 150 µm), en comparant deux faisceaux (l’un servant de référence, l’autre traversant le ballon creux en polymère) présentant un chemin optique identique.

 

• Session 5: Mesures tridimensionnelles.

A traité des mesures de position, distance et déplacement. Présidée par Th. BOSCH (Ecole des Mines de Nantes) et par F. GOULETTE (Ecole des Mines de Paris), elle a mis en évidence l’importance de la numérisation 3D pour obtenir des modèles 3D d’objets à travers diverses techniques : extraction de contours des objets observés depuis plusieurs points de vue différents (méthode originale dite « shape – from – silhouettes »), inspection automatique de formes à partir d’images de profondeurs et de la corrélation optique pour la comparaison avec une image de référence, utilisation d’un nouvel outil de photogrammétrie pour des mesures 3D industrielles (modélisation 3D sous CAO d’installations, contrôle sur site de grandséquipements avec l’ambition d’automatiser les expériences), imagerie laser par réinjection dans la cavité laser de la lumière rétrodiffusée par l’objet analysé permettant avec une haute sensibilité la mesure de la phase et de l’amplitude de cette lumière (les applications sont très diverses : profilométrie submicronique, vibrométrie, imagerie à travers des milieux diffusant, …), utilisation de la projection de franges en lumière blanche pour des mesures géométriques et dimensionnelles 3D, par exemple sur des pièces gauches dans le domaine automobile (avec comparaison avec les fichiers numériques) et sur le corps humain (applications médicales, cosmétiques- mesure du micro relief de la peau par exemple, artistiques ou médiatiques).

 

• Session 6: Utilisation de l'optique en mécanique des fluides.

Présidée par A. KLEITZ (ex EDF, Châtou) et J.P. PRENEL (IGE/CREST, Belfort) avait pour objectif de montrer l’intérêt de l’utilisation de l’optique en mécanique des fluides. Elle a débuté par un exposé général sur les mesures par rayonnement (émission, réflexion, absorption, …) de grandeurs thermodynamiques (pression, température, conductivité thermique, …) en vue d’applications industrielles (température des surfaces et profils de température des milieux semi-transparents, pression partielle des gaz, caractérisation à distance de la nature chimique et de la concentration de divers produits, …). Pour pouvoir effectuer des mesures locales à partir d’images globales, la tomographie est utilisée : mesure de la distribution de température dans un liquide volatil durant son évaporation par tomographie interférentielle en vue d’études en conditions de microgravité à bord d’une fusée sonde, imagerie tomographique polychromatique (réalisation simultanée de plusieurs nappes laser de couleurs différentes) pour l’analyse tridimensionnelle et la visualisation d’écoulements ensemencés de microtraceurs (trajectoires 3D, vitesses 3D),étude des champs acoustiques dans un tuyau sonore par tomographie laser (visualisations des microparticules, mesure des formes et amplitudes vibratoires) et par vélocimétrie laser Doppler (mesure des vitesses vibratoires). Dans le cas de mesures 2D par cette dernière technique, une amélioration a été proposée pour lever l’incertitude sur le sens de la vitesse en plaçant un masque constitué d’une paire de trous d’Young dans le plan pupillaire de l’objectif de prise de vue (modulation de l’intensité lumineuse diffusée par les microparticules ensemençant l’écoulement) et en étudiant le fonctionnement de ce masque. Enfin, deux techniques particulières ont été décrites : la strioscopie pour visualiser des écoulements instationnaires présentant de très forts gradients thermiques (étude du comportement d’un arc électrique dans un disjoncteur basse tension) et enfin l’holographie associée à la transformée en ondelettes pour la localisation 3D plus précise sans mise au point sur les microparticules ensemencées dans les écoulements et la mesure de la taille et de la vitesse de ces microparticules.

 

• Session 7: Caractérisation des surfaces - Rugosité - Profilométrie

Présidée par J. COHEN-SABBAN (STIL, Aix-en-Provence) ; F. ALBE (ISL, Saint-Louis) et J.L. TRIBILLON (DGA, Paris) a traité de la microscopie, de l’ellipsométrie et de l’interférométrie, sous leurs formes diverses, pour la caractérisation 3D des surfaces. Il a été montré que l’utilisation d’une modulation de phase sinusoïdale dans les microscopes interférentiels (topographie 3D avec le Linnik, profil différentiel avec le Nomarski) permet de réaliser des images d’objets instables dans le temps (études in vivo, objets mobiles, …) ou situés dans un environnement instable (vibrations ambiantes, …) à haute cadence (50 Hz) avec une haute sensibilité en profondeur (20 pm avec le Linnik, 1 pm avec le Nomarski) et une résolution latérale de la fraction de micromètre. La microscopie à balayage laser (impulsions ultracourtes, faible puissance moyenne) par génération de 3ème harmonique rend possible la transposition de la technologie émergente de l’optique non linéaire dans le champ de la biologie cellulaire et de la matière condensée. La microscopie à force atomique, notamment pour la détermination du profil et de la rugosité de réseaux submicroniques, a été améliorée par un choix approprié de la pointe et l’utilisation de réseaux tests à profils connus. La profondeur du champ de la microscopie confocale à balayage a été étendue de façon originale par étirement du chromatisme axial, ce qui permet une mise au point parfaite pour chaque longueur d'onde, indépendamment de l’ouverture numérique de l’objectif. Les applications de la microscopie l’analyse informatisée des interférogrammes (en lumière blanche ou en lumière monochromatique) peut apporter en élastohydrodynamique pour résoudre des problèmes industriels complexes (lubrification en film mince, régime transitoire, …). Enfin, la technique de speckle a été utilisée pour caractériser la microtexture des chaussées de différentsdegrésd’usure, dans le but d’améliorer les performances des revêtements routiers.confocale en lumière blanche à la caractérisation topographique ou géométrique 3D de composants de microsystèmes et de microstructures mécaniques, optiques ou microélectronique dans des conditions réelles d’utilisation ont été exposées. Une méthode basée sur la mesure de la variation de l’intensité de la réflexion spéculaire d’un faisceau laser permet la mesure quantitative de la qualité de la surface de composants optiques de haute qualité lors des procédés industriels de doucissage et de polissage. Les capacités d’analyse en profondeur de la microscopie photoacoustique ont été évaluées par l’observation d’une fêlure dans un circuit intégré et de l’évaluation de la corrosion d’une tôle rouillée. Il a été montré que la technique de diffusion lumineuse faisant intervenir une ellipsométrie sur flux diffusé et des études multi-échelles complétées par la microscopie à force atomique permettait de caractériser les rugosités de surface et les hétérogénéités de volume de substrats et d’empilements diélectriques. Par ailleurs, l’ellipsométrie spectroscopique dans la gamme VUV, associée à la réflectométrie de rayons X rasants a été appliquée à la caractérisation des couches minces et des structures multicouches utilisées dans la microélectronique. Une nouvelle méthode de caractérisation des réseaux optiques simple et rapide d’utilisation, basée sur la mesure automatique des intensités diffractées suivant les différents ordres, permet de reconstruire le profil des réseaux par résolution du problème inverse en se servant des réseaux de neurones. Dans le domaine de la mécanique des contacts, pour la mesure de la hauteur de film lubrifiant séparant deux solides en mouvement, un exposé a montré les avancées que

 

• Session 8: Lasers spécifiques et interaction laser-matière.

A porté sur les développements de nouveaux lasers pour la métrologie et sur la mesure de paramètres optiques par interaction du rayonnement laser avec différents milieux. Elle a été présidée par M.C. BOLLINGER (OXALIS-LASER, Villebon-sur-Yvette) et A. DIARD (QUANTEL, les Ulis). Une nouvelle source laser émettant à 633 nm et asservie en longueur d’onde a été mise au point pour faire des mesures interférométriques en milieu ambiant en étant insensible aux faibles variations de l’indice de réfraction de l’air. Le dimensionnement, l’assemblage et la conception de sources laser sont effectués maintenant de façon performante et peu coûteuse par simulation des composants et du faisceu sur ordinateur PC. Pour optimiser l’imagerie en microscopie laser par la connaissance précise du front d’onde, une méthode d’interférométrie à décalage tri-latéral a été développée. L’analyse spectroscopique de l’émission optique du plasma produit par la focalisation d’un faisceau laser de forte puissance sur un matériau (solide, liquide ou gaz) permet de définir à distance et en temps réel la composition de ce matériau : des applications industrielles dans les domaines métallurgique,pharmaceutique et minéral ont été décrites. La mesure automatisée de l’indice de réfraction non linéaire de composants optiques (tels des verres) utilisés dans les chaînes laser de forte puissance est réalisée de façon absolue avec grande précision grâce à une méthode d’absorption transitoire utilisant des oscillations laser extrêmement courtes (~100 fs) dans une large gamme spectrale (380-450 nm, 740-950 nm, 1300-1600 nm). Les interactions entre des impulsions laser femtosecondes et des verres de différents types permettent d’inscrire des réseaux de diffraction et des guides d’onde en vue d’applications dans les télécommunications (correcteurs optiques). Le développement d’une théorie rigoureuse de la diffusion élastique d’impulsions laser ultra courtes par des particules permet d’envisager de nouvelles techniques de mesures, notamment pour l’étude des écoulements diphasiques denses. Enfin, un nouvel outil interférométrique (l’interféromètre à couplage de zones) très performant (précision nanométrique) a été développé pour le contrôle des spécification des composants optiques plans de grandes dimensions fabriqués pour le laser mégajoule.