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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la mise à jour de l'article "Microscopie acoustique" rédigé en 1998 par Jacques ATTAL.
RÉSUMÉ
La microscopie acoustique regroupe plusieurs modalités d’imagerie acoustique qui poursuivent le même but : offrir une résolution comparable à la microscopie optique tout en permettant l’inspection au voisinage de la surface ou jusqu’à une profondeur, fonction de l’atténuation des ultrasons. Les principes physiques et plusieurs systèmes de focalisation sont exposés. Les applications illustrées appartiennent aux domaines du contrôle non destructif et de la caractérisation ultrasonore locale des matériaux.
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Lire l’articleAuteur(s)
-
Thomas MONNIER : Maître de conférences à l’université de Lyon - Laboratoire acoustique et vibrations de l’Institut national des sciences appliquées de Lyon (INSA de Lyon)
INTRODUCTION
Aboutissement d’une synthèse de plusieurs disciplines de la physique et de l’ingénierie, le microscope acoustique a maintenant plus d’une trentaine d’années d’existence. Dans le domaine des essais non destructifs, il a prouvé son efficacité pour l’inspection interne de matériaux opaques, intégrés dans des structures de plus en plus complexes. Beaucoup d’instruments de ce type opèrent en routine sur sites industriels particulièrement pour le contrôle qualité dans la production de circuits électroniques.
En parallèle, on continue dans les laboratoires universitaires à améliorer les performances et à élargir le champ des applications. Les recherches concernant la caractérisation par microscopie acoustique n’ont pas cessé de progresser, motivées en premier lieu par la science des matériaux et par l’imagerie quantitative en médecine.
Il existe énormément de produits ou de procédés industriels qui utilisent une ou plusieurs couches minces déposées sur un substrat. La caractérisation de ces revêtements : leur épaisseur, leur adhésion, leurs propriétés viscoélastiques et leur évolution, est un challenge important.
Enfin, la progression des techniques de champ proche n’a pas épargné l’acoustique qui, paradoxalement, en était une au départ (acoustique aérienne, acoustique musicale). En cela, l’essor des microtechniques a fortement aidé à développer de nouveaux concepts d’instruments, en permettant une approche acoustique différente mais complémentaire des techniques de microscopie classique.
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MOTS-CLÉS
matériaux Résolution microscopie atténuation des ultrasons contrôle non destructif Caractérisation locale ultrasonore
VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 1998 par Jacques ATTAL
DOI (Digital Object Identifier)
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Accueil > Ressources documentaires > Mesures - Analyses > Contrôle non destructif > CND : méthodes globales et volumiques > Microscopie acoustique > Systèmes de focalisation
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4. Systèmes de focalisation
4.1 Lentille de focalisation
La base du microscope acoustique demeure la lentille acoustique, qui doit être taillée avec soin pour assurer la meilleure qualité d’image possible. Un transducteur piézoélectrique assure la conversion électromécanique des signaux au moyen d’une couche mince d’oxyde de zinc (ZnO) de quelques µm d’épaisseur environ, d’orientation cristallographique parfaitement contrôlée, et déposée sur l’une des faces planes et polies d’un petit barreau de saphir synthétique préalablement métallisé. Le rendement en puissance d’un tel transducteur peut atteindre 50 % pour des fréquences de l’ordre du gigahertz.
La forte atténuation dans le liquide de transmission impose des rayons de courbure de lentille de l’ordre du dixième de millimètre. La fabrication de surfaces sphériques de cette dimension polies à une qualité optique est délicate, bien que sans comparaison avec la difficulté de réalisation de la forme asphérique idéale pour une focalisation rigoureuse. La différence de profil engendre alors un défaut, appelé « aberration de sphéricité » (ou aberration sphérique), qui doit être suffisamment faible pour ne pas trop affecter la qualité de l’image finale.
Cette aberration consiste, tout comme en optique, en un étalement de la tache focale dans la direction de l’axe de la lentille et dans la direction perpendiculaire. Chaque rayon converge alors à une distance différente de la lentille, les rayons paraxiaux focalisant plus loin que les rayons extrêmes. L’enveloppe de tous ces rayons définit une zone où le diamètre du faisceau est minimal, qui sera le foyer résultant en présence d’aberrations. L’aberration sphérique est proportionnelle au carré du rapport des vitesses dans les deux milieux constituant le dioptre.
La figure 7 permet de comparer une focalisation obtenue avec une lentille optique à celle obtenue avec une lentille acoustique de même courbure de 0,85 mm. La seule différence concerne le rapport des vitesses de propagation qui est c 2/c 1 = 0,667 pour l’optique (dans le cas du dioptre air-verre) et c 2/c 1 = 0,135 pour l’acoustique (dioptre saphir-eau). Dans le premier cas, le diamètre de la tache focale minimale est de 40 µm, tandis qu’il est de 0,5 µm en acoustique pour une ouverture...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - VIKTOROV (I.A.) - Rayleigh and Lamb Waves - Plenum, New York, pp. 1-6 (1967).
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(2) - ROYER (D.), CLORENNEC (D.) - An improved approximation for the Rayleigh wave equation - Ultrasonics, 46, pp. 23-24 (2007).
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(3) - WEGLEIN (R.D.) - A model for predicting acoustic material signatures - Appl. Phys. Lett., 34, pp. 179-181 (1979).
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(4) - GUO (Z.Q.) et al - Modeling and acoustic microscopy measurements for evaluation of the adhesion between a film and a substrate - Thin Solid Films, 394, pp. 189-201 (2001).
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(5) - NGWA (W.) et al - Characterization of polymer thin films by phase-sensitive acoustic microscopy and atomic force microscopy : a comparative review - Journal of microscopy, 218, pp. 208-218 (2005).
-
(6) - DA FONSECA (R.J.M), SAUREL (J.M), DESPAUX (G.) - Elastic...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Organismes – Associations – Fédérations
Université de Montpellier II. Laboratoire d’Analyse des Interfaces et de nanophysique.
Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN) – Université Lille I – Sciences et technologies – Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis
Laboratoire d’Imagerie Paramétrique. Université Pierre et Marie Curie – Paris 6
Centre national de la recherche scientifique. Département des Sciences pour l’Ingénieur (SPI)
Ministère de la recherche scientifique et technique (DSPT 4, Sciences pour l’Ingénieur)
HAUT DE PAGE1.2 Constructeurs – Fournisseurs – Distributions
Acoustique Métrologie
Biosonic :
Hitachi :
Honda Electronics :
Kämer Scientific Instrument GmbH (représentant : Systems and Technology International) :
Kibero GmbH (Saarbrücken) :
Krautkramer :
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