Méthode optoacoustique non linéaire pour la détection et la caractérisation de fissures

Nonlinear optoacoustics method for crack detection and characterization

• Auteur / Autrice : Sylvain Mezil
• Direction : Vincent Tournat, Nikolay Chigarev, Vitalij Gusev
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 06/11/2012
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans - LAUM
• Jury : Président / Présidente : Danièle Fournier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lili Ganjehi, Thomas Dehoux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire Prada, Olivier Bou Matar-Lacaze

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contrôle non destructif

Matériaux -- Fissuration

Acoustooptique

Acoustique non linéaire

Mots clés libres

Opto-acoustique

Acoustique non linéaire

Contrôle non destructif

Ultrasons lasers

Nonlinear acoustic

Résumé

Ce travail concerne la détection de fissure par une méthode optoacoustique non linéaire. Les échantillons sont des plaques de verre contenant une fissure de longueur centimétrique et de largeur micrométrique. La méthode développée est basée sur l’absorption de deux lasers, indépendamment modulés, et focalisés au même endroit de l’échantillon. Ceci génère deux ondes par expansion thermique. La première est une onde thermoélastique à basse fréquence fL (~Hz), et la seconde une onde acoustique à haute fréquence fH (dizaines de kHz). Quand une fissure est présente dans la zone échauffée, l’onde thermoélastique peut la faire respirer. La fissure va se fermer (s’ouvrir) quand l’intensité du laser modulé à fL est haute (basse). Cette respiration influence l’onde acoustique à fH générée à proximité. Il résulte un mélange de fréquence nonlinéaire, provoquant la génération de nouvelles fréquences : fH±n fL (n=1,2,…). La détection de ces fréquences mélangées indique la présence d’une fissure.

This thesis deals with crack detection by a nonlinear optoacoustic method. The samples are glass plates containing a centimeter length and micrometer thick crack. The developed method is based on the absorption of two light beams, independently modulated, and focused at the same location on the sample. This causes the generation of two waves, by thermal expansion. The first one is a thermoelastic wave at low frequency fL (~Hz), and the second is an acoustical one at high frequency fH (tens of kHz). When a crack is present in the heated zone, the thermoelastic wave can make it breathe. The crack is expected to close (open) when the intensity of the heating laser modulated at fL is high (low). This breathing influences the acoustic wave generated in the vicinity of the crack at fH. It results a nonlinear frequency-mixing process, leading to the generation of new frequencies: fH±n fL (n=1,2,…). The detection of these mixed-frequencies indicates the presence of a crack.