Direct strain and slope measurement using 3D DSPSI

This communication presents a new implementation of DSPSI. Its main features are 1. an advanced model taking into account the beam divergence, 2. the coupling with a surface shape measurement in order to generalize DSPSI to nonplanar surfaces 3. the use of small shear distance made possible using a precise measurement procedure. A first application on a modified Iosipescu shear test is presented and compared to classical DIC measurements

Direct strain and slope measurement using 2D DSPSI Title

Large variety of optical full-field measurement techniques are being developed and applied to solve mechanical problems. Since each technique possess its own merits, it is important to know the capabilities and limitations of such techniques. Among these optical full-field methods, interferometry techniques take an important place. They are based on illumination with coherent light (laser). In shearing interferometry the difference of the out of-plane displacement in two neighboring object points is directly measured. Since object displacement does not result in interferometry fringes, the method is suited for localization of strain concentrations and is indeed used in industry for this purpose. Used quantitatively DSPSI possesses the advantage over conventional out-of-plane displacement-sensitive interferometry that only a single difference of the unwrapped phase map is required to obtain flexural strains, thereby relieving problems with noise and reduction in the field of view. The first publication on (DSPSI) was made in 1973, but the emergence of a system providing quantitative measurements is more recent. This work aims to present the results of strain measurements using digital speckle pattern shearing interferometry (DSPSI).Comment: Communication \`a la Conf\'erence M\'editerran\'eenne sur les Mat\'eriaux Innovants et Applications -CIMA, Beyrouth, Liban-Mars 15-17, 2011; JM-CIMA.pd

Decorrelation-induced speckle phase noise in two-wavelength digital holographic profilometry

International audienceThis paper proposes a realistic wavelength decorrelation induced speckle noise simulator. The investigation of the dependence of the coherence factor versus the surface shape, the surface roughness and the wavelength change is carried out

Caractérisation des propriétés mécaniques et électriques des matériaux composites par méthode holographique numérique 3D et analyse diélectrique

Ce travail de thèse décrit l application de méthodes d analyse innovantes à la caractérisation des propriétésmécaniques et électriques de matériaux composites.Le Chapitre premier dresse un état de l art des fondamentaux théoriques et pré requis nécessaires à lacompréhension du manuscrit. Un regard critique permet de dégager une stratégie pour l analyse, basée d une partsur des méthodes holographiques numériques et d autre part sur des techniques de mesure diélectrique.Le Chapitre second est dédié au choix de la méthode d holographie numérique. En particulier, la configurationimage montre quelques particularités qui sont analysées en détail : le rôle du diaphragme d'ouverture du systèmed'imagerie. Nous concluons que la méthode d holographie de Fresnel présente des avantages d achromatismepour les applications avec plusieurs longueurs d onde.Le 3ème Chapitre présente deux applications de l holographie numérique au contrôle de structures compositesincorporées avec des pastilles piézoélectriques dédiées à l émission acoustique. Nous avons démontré en premiertemps, la possibilité d analyser par holographie numérique de Fresnel en temps moyenné le comportementvibratoire des poutres composites excitées harmoniquement. Dans un second temps, on a montré que les pastillesutilisées influencent le comportement mécanique des matériaux en régime statique.Le Chapitre 4 présente l analyse expérimentale et numérique des structures composites soumises à un essai decisaillement en flexion trois points rapprochés. Nous présentons les résultats obtenus pour des applications à deséchantillons lin/époxy et lin/carbone/époxy.Le 5ème Chapitre aborde l analyse des propriétés diélectriques des composites renforcés par fibres de lin. Deuxtechniques expérimentales sont mises en oeuvre : la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et l impédancemètre de type Novocontrol. Nous concluons que les fibres de lin seules dans le composite sont moinshydrophiles que celles incorporées avec des fibres de carbone, ce qui explique la meilleure adhérencefibres/matrice dans le premier cas.This PhD thesis describes the application of innovative analytical methods for the characterization of mechanicaland electrical properties of composite materials.The first chapter provides a state of the art of theoretical fundamentals and prerequisites needed to understandthe manuscript. A critical survey leads to a strategy for the analysis, based partly on digital holographic methodsand dielectric techniques.The second chapter is devoted to the choice of method of digital holography. In particular, this configurationshows some features that are analyzed in detail: the role of the aperture stop of the imaging system. We concludethat the Fresnel holography method has the advantage of achromatism for applications with multiplewavelengths.The third chapter presents two applications of digital holography control of composite structures with embeddedpiezoelectric patches dedicated to acoustic emission. We first demonstrate the possibility of analyzing thevibration behavior of composite beams using time averaged digital holography. Then, it was shown that thepellets used influence the mechanical behavior of materials under static conditions.Chapter 4 presents the experimental and numerical analysis of composite structures subjected to a shear test inclose three-point bending. We present the results obtained for samples with linen / flax and epoxy / carbon /epoxy.The last chapter deals with the analysis of the dielectric properties of composites reinforced with flax fibersstudied in the preceding chapter. We conclude that the flax fibers incorporated in the composite are lesshydrophilic than those incorporated with carbon fibers, which explains the improved adhesion fiber / matrix inthe first case.LE MANS-BU Sciences (721812109) / SudocSudocFranceF

Comparaison de l'holographie numérique et de la strioscopie interférentielle utilisées pour la reconstruction des champs 3D de jets d'air et d'hélium

Les modèles analytiques et les simulations numériques de calcul des écoulements (CFD) utilisés de nos jours nécessitent des mesures spatiales et temporelles fines pour initialiser les codes et valider leurs résultats. Les techniques de mesure optique utilisées ici sont à la fois globales et non-intrusives. Elles permettent de mesurer l'indice de réfraction et donc la masse volumique de l'écoulement. Au contraire de l'ombroscopie et de la strioscopie classique qui restent des méthodes qualitatives, l'holographie numérique, la Background Oriented Schlieren et l'interférométrie différentielle à prisme de Wollaston sont des méthodes quantitatives. L'holographie présente l'avantage de faire une mesure du chemin optique ce qui évite les problèmes d'intégration des deux autres méthodes. Les résultats obtenus en soufflerie bidimensionnelle ont prouvé l'efficacité de la méthode et demandent à être adaptés aux écoulements tridimensionnels. L'objet de cette présentation s'intéresse à la mesure de la masse volumique par interférométrie holographique numérique et par strioscopie à prisme de Wollaston. Dans un premier temps, deux montages optiques ont été mis en place pour étudier les écoulements d'hélium laminaires et d'air supersoniques issus de buses tridimensionnelles. Ces deux montages, l'un d'holographie numérique et l'autre d'interférométrie différentielle à prisme de Wollaston, permettent de créer des bases de données tomographiques des écoulements. Pour comparer les projections tomographiques des deux méthodes, il a été choisi d'intégrer les résultats d'interférométrie différentielle à prisme de Wollaston. Concernant les jets d'hélium, les deux méthodes donnent des résultats équivalents avec un écart quadratique inférieur à 0,1?m pour une plage de mesure allant de 0 à 2?m. Cependant, cet écart est beaucoup plus grand pour les jets d'air supersoniques : les déviations lumineuses au niveau des ondes de choc sont importantes et un biais de mesure est constaté. Une fois ces bases de données créées, un code de reconstruction 3D de la masse volumique a été développé. La reconstruction de la masse volumique est fondée sur une approche de régularisation de Tikhonov dans laquelle la fidélité aux données de projection est pondérée par un terme de régularisation qui pénalise la norme du gradient de masse volumique. Comme les projections ont été réalisées avec des faisceaux parallèles, il est possible de reconstruire le volume par plans. Ainsi, comme tous les plans sont reconstruits indépendamment les uns des autres, la parallélisation des algorithmes d'inversion permet de reconstruire le volume avec un gain de temps non négligeable par rapport au cas de rayons divergents. Les reconstructions suivant les deux méthodes sont comparables en terme de résolution et d'ordre de grandeur. Cependant, l'holographie numérique a une convergence plus rapide par rapport à l'interférométrie différentielle à prisme de Wollaston. En effet, la résolution du problème inverse par une méthode qui mesure les chemins optiques et non leurs dérivées ne nécessite pas la propagation des conditions aux limites

Algorithme de dépliement de phase guidé par un facteur de qualité en holographie numérique pour l'étude des écoulements complexes

L'holographie numérique est une technique optique d'imagerie permettant d'enregistrer simultanément l'amplitude et la phase d'une onde diffractée par un objet. C'est un procédé non intrusif utilisé dans de nombreux domaines biomédicales ou encore technologiques, et dont les applications sont variées : stockage de l'information, analyse de vibrations, étude des tissus biologiques ... En mécanique des fluides, cette technique présente un caractère particulièrement pertinent pour la tomographie d'écoulements puisqu'elle permet de remonter à la distribution bidimensionnelle, voire tridimensionnelle de la masse volumique. Comme pour d'autres techniques d'imagerie impliquant des mesures de phase (imagerie par résonance magnétique, l'imagerie radar à synthèse d'ouverture interférométrique...), en l'holographie numérique, les valeurs de la phase déduites sont contenues dans l'intervalle [- ?, + ?]. Le dépliement de ces phases constitue un point fondamental auquel il faire face pour pouvoir être exploité. C'est une opération non triviale, et le signal mesuré est souvent entaché de bruit ce qui peut être critique dans le cas de milieux à forts gradients d'indice. Le champ de recherche associé a donné lieu à divers travaux et au développement de plusieurs approches de dépliement de phase plus ou moins efficaces. Dans ce contexte de tomographie en mécanique des fluides, un banc d'holographie numérique basé sur un interféromètre de Mach Zehnder hors axe, et développé à l'ONERA [1], a été déployé autour de la soufflerie à rafale de l'Institut Saint-Louis (ISL) pour analyser un écoulement supersonique à Mach 2 autour d'un spike axisymétrique en dérapage. Le spike est en incidence de 6° et effectue un mouvement de rotation autour de l'axe du vent à intervalle régulier pour constituer différentes lignes de visée. Pour chaque position, une série d'interférogrammes est enregistrée avant et pendant l'écoulement. Les cartographies des distributions de phase sont déduites en sélectionnant l'ordre +1 de la transformée de Fourier bidimensionnelle des interférogrammes, et la référence soustraite de la mesure afin de ne conserver que la contribution de l'écoulement dans la phase. Enfin, cette différence de phase résultante est dépliée à l'aide de l'algorithme proposé par Herraez et al. [2] qui suit un chemin non continu défini par un facteur de fiabilité, et qui permet d'isoler et de contourner les zones de choc, souvent problématiques. Cette méthode a été éprouvée et a montré son efficacité sur d'autres types d'écoulements compressibles, avec notamment l'exemple d'un jet d'air sous détendu à différents rapports de pression. Les résultats obtenus dans le cas du spike sont prometteurs et en bon accord avec ceux prédits par les tables de choc.   [1] J.M. Desse, F. Olchewsky, Digital Mach-Zehnder holographic interferometer using pulsed laser for analyzing large flow fields, Digital Holography, Heidelberg, OSA congress, Germany, July 2016. [2] M. A. Herraez, D. R. Burton, M. J. Lalor and M. A. Gdeisat, Applied Optics, Vol. 41, No. 35, (2002

Agroforesterie et services écosystémiques en zone tropicale

Respectueux de l’environnement et garantissant une sécurité alimentaire soutenue par la diversification des productions et des revenus qu’ils procurent, les systèmes agroforestiers apparaissent comme un modèle prometteur d’agriculture durable dans les pays du Sud les plus vulnérables aux changements globaux. Cependant, ces systèmes agroforestiers ne peuvent être optimisés qu’à condition de mieux comprendre et de mieux maîtriser les facteurs de leurs productions. L’ouvrage présente un ensemble de connaissances récentes sur les mécanismes biophysiques et socio-économiques qui sous-tendent le fonctionnement et la dynamique des systèmes agroforestiers. Il concerne, d’une part les systèmes agroforestiers à base de cultures pérennes, telles que cacaoyers et caféiers, de régions tropicales humides en Amérique du Sud, en Afrique de l’Est et du Centre, d’autre part les parcs arborés et arbustifs à base de cultures vivrières, principalement de céréales, de la région semi-aride subsaharienne d’Afrique de l’Ouest. Il synthétise les dernières avancées acquises grâce à plusieurs projets associant le Cirad, l’IRD et leurs partenaires du Sud qui ont été conduits entre 2012 et 2016 dans ces régions. L’ensemble de ces projets s’articulent autour des dynamiques des systèmes agroforestiers et des compromis entre les services de production et les autres services socio-écosystémiques que ces systèmes fournissent

Contribution au contrôle de surfaces planes et sphériques de précision nanométrique.

Le sujet de ce mémoire est l'étude d'un interféromètre de Fizeau a décalage de phase pour la mesure de surfaces planes et sphériques a des précisions nanométriques. Nous avons recensé et étudié les sources de limitation et recherche les conditions ou les solutions rendant leur contribution inférieure a un millième de longueur d'onde en valeur crête à crête (la longueur d'onde est égale a 632,8 nanomètres). Six sources potentielles d'erreurs ont été examinées: la source laser, la détection, l'élément qui crée le déphasage, le diffuseur mobile du système d'imagerie, les aberrations géométriques des composants optiques et la nature même des interférences. Nous avons optimise la configuration interférométrique. De nouveaux algorithmes ont été développes. Ils sont basés sur des méthodes des moindres carres non linéaires. Ces algorithmes sont auto calibrés mais demandent beaucoup de temps de calcul. Pour obtenir des resultats rapidement, nous avons complete nos techniques de depouillement par une méthode basée sur une correction a posteriori de la formule de carre. La validation a montré les performances de l'instrument. Avec les méthodes basées sur les moindres carrés, les mesures de bruit ont montre que les fluctuations aléatoires sont de l'ordre de 0,21 nanomètres rms ; les erreurs systématiques ont une contribution inférieure a 1,8 nanomètres crête à crête. La cale piézo-électrique qui réalise le déphasage, et le bruit de la détection, sont en fait les principales sources de limitation. La correction des défauts de positionnement de la cale piézo-électrique a été essayée sur l'algorithme de carre et sa post correction ; les résultats indiquent une exactitude meilleure que 1 nanomètre crête à crête. L'interféromètre de Fizeau a décalage de phase a été applique a l'étalonnage absolu de surfaces planes. Une méthode basée sur des combinaisons de translations et de rotations d'une des surfaces par rapport a l'autre, a été présentée. Cette méthode a été utilisée pour la mesure d'une surface plane en silice

Contribution au contrôle de surfaces planes et sphériques de précision nanométrique.

Not availabl

Optical metrology based on coherent phase imaging: applications to 3D deformation measurements and vibrations analysis

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