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RÉSUMÉ
Cet article traite de la caractérisation et de la mesure de vibrations de structures par les méthodes interférométriques basées sur l’holographie optique.
La première partie présente le principe des nombreuses méthodes holographiques que l’on peut rencontrer dans la littérature. La seconde partie traite de la mesure de vibrations générées sous différents régimes d’excitation : sinusoïdal contrôlé, grandes amplitudes et régime de choc. La dernière partie de l’article est dédiée à la technique de cinéholographie.
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Pascal PICART : Professeur des universités. Ingénieur de l’École Supérieure d’Optique, LAUM CNRS, Le Mans Université
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Paul SMIGIELSKI : Docteur d’état es-sciences. Ingénieur de l’École Supérieure d’Optique, Mulhouse
INTRODUCTION
L’étude des vibrations est d’un grand intérêt dans plusieurs domaines scientifiques (vibroacoustique, aéroacoustique), industriels (réduction de bruit, réduction de poids des structures) et pour la bio-imagerie (propriétés des issus, imagerie in-vivo). Classiquement, les vibromètres lasers, avec ou sans balayage, sont les outils les plus utilisés par les expérimentateurs car ils sont à maturité technologique depuis plusieurs années. Toutefois, bien que sans-contact donc non-intrusifs, ils ne permettent pas de fournir directement « d’un seul coup » une image large champ et suffisamment résolue des phénomènes vibratoires étudiés. Parmi les solutions alternatives plein-champ et sans-contact, trois méthodes coexistent dans la littérature : la vision 3D avec plusieurs caméras et un traitement par corrélation d’images, la déflectométrie qui rejoint les méthodes interférométriques par ses traitements mais qui nécessite des surfaces de qualité « miroir », et l’holographie qui a un caractère universel par son attrait dans différents domaines tels que l’affichage 3D, la microscopie, la tomographie, la lithographie, la coronographie ou la métrologie.
Ce fascicule est dédié à la présentation de l’ensemble des méthodes de mesure des vibrations basées sur l’holographie. La première partie présente le principe des nombreuses méthodes holographiques que l’on peut rencontrer dans la littérature. La seconde partie traite de la mesure de vibrations générées sous différents régimes d’excitation : sinusoïdal contrôlé, grandes amplitudes et régime de choc. La dernière partie de l’article est dédiée à la technique de cinéholographie. Chacune des parties est abondamment illustrée par des exemples variés montrant la richesse et la diversité des applications possibles des méthodes holographiques. Une liste de références bibliographiques permettra au lecteur d’approfondir plus amplement le domaine.
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- Version archivée 1 de juin 2005 par Paul SMIGIELSKI
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Méthodes d’interférométrie holographiqueArticle inclus dans l'offre
"Mesures mécaniques et dimensionnelles"
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1. Préambule
L’étude du comportement de matériaux et de structures soumis à des contraintes dynamiques ou l’analyse des déformations de machines en fonctionnement (moteur d’automobile, par exemple) sont menées habituellement à l’aide de capteurs permettant une mesure ponctuelle avec contact très sensible (accéléromètres, jauges de contrainte,…). La validation de codes de calculs par ce type de capteurs peut parfois se révéler erronée. La figure 1 montre la carte des déformations obtenue par holographie d’une plaque mince en matériau composite soumise à un choc en son centre à l’aide d’une bille d’acier. La dissymétrie très marquée de la déformée (côté droit sur la photographie) est due à un accéléromètre disposé sur la plaque pour assurer la synchronisation de la double impulsion du laser à rubis avec le déplacement dynamique induit par le choc. On peut imaginer ce qui se passerait si on couvrait la plaque d’accéléromètres afin d’appréhender les déplacements en un nombre de points significatifs de la plaque. Dans de nombreux tests, il est cependant nécessaire d’utiliser un grand nombre de capteurs.
Même dans les cas où ces capteurs influencent peu la réponse mécanique de la structure (structures lourdes par exemple), ils présentent quelques désavantages importants :
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grande perte de temps pour l’installation de tous les capteurs. Il faut parfois plusieurs jours pour instrumenter une structure. De plus, il faut être sûr que les capteurs sont à la bonne place. La figure 2 montre deux hologrammes réalisés sur banc d’essai moteurs chez Renault, l’un (figure 2( a )) sans cliquetis du moteur, le second en présence de cliquetis (figure 2( b )). L’endroit de déformation maximale est bien visualisé par holographie. C’est à cet endroit que le capteur de cliquetis doit être disposé et non à l’endroit où il se trouve (il est visible à gauche de la déformation maximale), qui a été déterminé avec des accéléromètres ;
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des erreurs dans le positionnement des capteurs parfois préjudiciables peuvent survenir, notamment en analyse vibratoire de structures.
Un grand nombre de capteurs entraîne...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SMIGIELSKI (P.) - Holographie industrielle, - Editions Teknéa, Toulouse (1994).
-
(2) - PICART (P.), LI (J.C.) - Digital holography, - Editions ISTE-Wiley, London (2012).
-
(3) - PICART (P.) - New techniques in digital holography, - Editions ISTE-Wiley, London (2015).
-
(4) - FAGOT (H.), SMIGIELSKI (P.) - Cinéholographie et interférométrie, - C.R. Acad. Sc., Vol. T302, Serie II, Vol. II, N° 4, 157-162 (1986).
-
(5) - DISCHLI (B.), FAGOT (H.), SMIGIELSKI (P.), DIARD (A.) - Interferometric cineholography on 126-mm film at 25 Hz with the help of two pulsed YAG lasers, 3rd French-German Congress on Applications of Holography, - Saint-Louis (F), 20-22 nov. 1991.
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(6) - SMIGIELSKI (P.) - Cineholography in non-destructive...
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