Imagerie et signature acoustique
Microscopie acoustique

1 - Avantages des ultrasons pour l’imagerie

2 - Principe du microscope acoustique à balayage

3 - Imagerie et signature acoustique

• 3.1 - Modes de volume et modes de surface
• 3.2 - Microéchographie : une imagerie qualitative
  Figure 2 - Imagerie d’un échantillon de composite SiC/SiC indenté, topographie (échelle verticale et code couleur en mm) obtenue en travaillant sur l’écho de surface Figure 3 - Mise en évidence d’un chevauchement de fibres sous la surface en exploitant l’écho de fond
• 3.3 - Micro-interférométrie : une caractérisation quantitative locale des matériaux
  Figure 4 - Interférences entre les ondes acoustiques réfléchies en incidence normale (trajet I) et les ondes de surface couplées aux modes de volume se propageant sous l’incidence critique θ R (trajet II) Figure 5 - Différentes allures de la caractéristique V  (z) en fonction de l’orientation de la surface d’une pièce d’aluminium Figure 6 - Simulation numérique du module de la fonction V  (z) normalisée en fonction de la position verticale z et de l’ouverture β d’un transducteur sur un alliage Inconel 600 (θ R = 30,5° dans l’eau à 25 °C)

4 - Systèmes de focalisation

• 4.1 - Lentille de focalisation
  Figure 7 - Comparaison des performances d’une lentille optique et d’une lentille acoustique, composées d’un simple dioptre sphérique
• 4.2 - Calottes et membranes sphériques : microscopie acoustique « basse fréquence »
  Figure 8 - Principe de la focalisation géométrique appliqué en microscopie acoustique basse fréquence
• 4.3 - Focalisation linéaire
  Figure 9 - Principe du capteur focalisé en ligne
• 4.4 - Focalisation électronique : vers la microscopie tridimensionnelle
• 4.5 - Microscopie acoustique en champ proche

5 - Applications

• 5.1 - Microélectronique
  Figure 10 - Zone active d’un microcircuit (100 x 70 µm2) Figure 11 - Interface d’un composant de puissance à base de silicium sur molybdène (130 MHz, 1000 x 700 µm2)
• 5.2 - Métallurgie
  Figure 12 - Image acoustique à 600 MHz de la surface d’un acier montrant la structure granulaire d'un acier nitruré (C-scan de 1 000 x 700 µm2), le contraste étant lié aux variations de propriétés mécaniques Figure 13 - Évolution de la signature acoustique d’un acier soumis à irradiation Figure 14 - Signature acoustique V  (f) d’une couche de nitrure de titane sur acier montrant la dispersion des vitesses en fonction de la fréquence, les points expérimentaux coïncidant avec la simulation
• 5.3 - Polymères et composites
  Figure 15 - Images acoustiques à 50 MHz pour les profondeurs (a) 273 µm, (b) 819 µm, (c) 1 365 µm, (d) 1 911 µm (séquence d’empilement des plis : [90°, [0°2, 90°2]10, 0°])
• 5.4 - Matériaux poreux
  Figure 16 - Signature acoustique d’un matériau poreux montrant la décroissance de la vitesse (période des arches) en fonction de la porosité (substrat de Si) [pour 0 % de porosité, V R = 5 160 m/s, pour 20 % de porosité, V R = 4 220 m/s ; pour 50 % de porosité V R = 2 680 m/s] Figure 17 - Image acoustique d’un échantillon de ciment à 600 MHz (1000 x 700 µm2)
• 5.5 - Biomédical
  Figure 18 - Image acoustique à 50 MHz d’une section transversale de la diaphyse d'un tibia humain (avec l’aimable autorisation de Kay Raum, Charité – Universitätsmedizin Berlin). Les paramètres de mesure complets sont indiqués dans [10]
• 5.6 - Agroalimentaire

6 - Perspectives d’avenir