Caractérisations optique et mécanique des matériaux par ultrasons engendrés par laser

RÉSUMÉ L'émergence de la technique "laser-ultrasons" dans le domaine de l'évaluation non-destructive des matériaux est essentiellement dûe aux progrès technologiques dans les domaines de l'optique et des lasers et à l'avancement des connaissances sur les phénomènes associés au mécanisme de génération d'ondes acoustiques par impact laser. Actuellement, l'exploitation des signaux ultrasonores engendrés par laser à des fins de contrôle non-destructif des matériaux se limite au domaine temporel. Dans le cas de matériaux thermiquement non-conducteurs, le mécanisme de génération est bien compris. Le Profil temporel des déplacements ultrasonores résulte de convolutions par l'extension surfacique de l'excitation, la durée de l'impulsion et la profondeur de pénétration optique associée à la longueur d'onde de l'irradiation. Dans le cadre de ce travail, on s'intéresse d'une part aux effets de ces trois paramètres sur les caractéristiques des signaux ultrasonores engendrés et d'autre part à la possibilité d'établir des relations quantitatives entre les signaux observés, les propriétés physiques du matériau et les effets des convolutions associées à la source laser. L'étude se présente donc sous deux aspects. Le premier est une approche directe du problème qui consiste à mener une analyse systématique visant à attribuer à chaque paramètre son effet propre sur les différentes caractéristiques du signal ultrasonore. Le second est une approche inverse qui consiste à remonter aux propriétés optiques et mécaniques du matériau à partir des signaux ultrasonores engendrés dans celui-ci. Les études paramétriques menées dans la première partie de ce travail ont montré qu'il est possible de lier quantitativement en régime 1-d et 2-d la largeur à mi-hauteur du précurseur au coefficient d'absorption optique. On a exprimé cette relation quantitative par une expression paramétrique afin de s'affranchir des convolutions par la taille de la tache et par la durée de l'impulsion. Les résultats obtenus par cette approche de déconvolution étaient très satisfaisants. Concernant la caractérisation mécanique, le problème est posé en terme de précision de la mesure. Les résultats de l'analyse quantitative ont montré que les "paramètres-source" peuvent introduire des retards significatifs sur les arrivées des ondes ultrasonores. Pour corriger ces retards, des expressions paramétriques ont été utilisées pour déterminer des vitesses ultrasonores sans effets de convolution. Les résultats obtenus par cette approche ont été confrontés avec succès à des résultats de mesure par la technique piézo-électrique "pulse-écho". Finalement, il en découle qu'en terme de caractérisation non-destructive des matériaux, la fiabilité des résultats donnés par la technique "laser-ultrasons" est principalement liée à la possibilité de s'affranchir des effets des convolutions temporelles. Étant donné que les solutions expérimentales ne permettent pas toujours de s'affranchir complètement de ces problèmes, des procédures théoriques de correction ou de déconvolution s'avèrent la seule alternative possible. CONTENU Génération thermoélastique et détection optique d'ondes acoustiques dans les solides -- Génération thermoélastique d'ondes acoustiques dans les solides -- Modèle bidimensionnel de génération d'ultrasons par laser dans un matériau non-métallique -- Hypothèses et développement théorique -- Validation expérimentale du modèle -- Analyse des effets des paramètres reliés à la source sur les caractéristiques des déplacements engendrés à l'épicentre -- Effet de la taille de la tache -- Effet de la profondeur de pénétration optique et de la durée de l'impulsion -- Application aux caractérisations optique et mécanique des matériaux non-conducteurs -- Caractérisation optique -- Caractérisation mécanique