Imagerie térahertz utilisant des lasers à cascade quantique : application au contrôle non destructif de matériaux

par Fabien Destic

Thèse de doctorat en Photonique et systèmes optoélectroniques

Sous la direction de Xavier Briottet et de Jean-Claude Mollier.

Soutenue le 13-06-2014

à Toulouse, ISAE , dans le cadre de École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse) , en partenariat avec Équipe d'accueil doctoral Optronique, laser, imagerie physique, environnement Spatial (Toulouse, Haute-Garonne) (équipe de recherche) et de Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département électronique, optronique et signal (laboratoire) .

mots clés

• Imagerie térahertz
• Laser à cascade quantique
• CND
• Matériaux composites
• Polymères
• Absorption d'eau
• Lasers à cascade quantique
• Photonique
• Polymères

Résumé

Les Lasers à Cascade Quantique (QCL) sont de "nouvelles" sources THz dont les progrès en termes de puissance, température de fonctionnement et qualité de faisceau sont remarquables. Les QCL sont utilisés dans des dispositifs d'imagerie THz continue pour le Contrôle Non Destructif de matériaux. Une première application de CND sur des matériaux composites permet de mettre en évidence de manière qualitative les défauts d'imprégnation des fibres par la résine ou les dommages causés par un impact. Des images à 3,8 THz, en transmission et ré flexion, ont pu être comparées avec une technique de CND par ultrasons. Une seconde application quantitative porte sur la concentration d'eau dans deux matériaux polymères à tendance hydrophobe : le polystyrène et le polypropylène. L'établissement d'une relation entre la transmittance de l'échantillon et sa prise de masse d'eau permet d'établir une cartographie quantifiée de la concentration d'eau. Ces cartographies sont nécessaires à la connaissance du processus de diffusion de l'eau dans les matériaux polymères.

mots clés

• Terahertz Imaging
• Quantum Cascade Laser
• Non-Destructive Testing
• Composite materials
• Polymers
• Water absorption

Titre traduit

THz imaging with Quantum Cascade Laser : Application to Non-Destructive Testing of materials

Résumé

Quantum Cascade Lasers (QCL) are "new" THz sources that have enjoyed remarkable progress in terms of power, operating temperature and beam quality. QCLs are used in continuous wave THz imaging setups applied to Non Destructive Testing of materials. A first qualitative application of NDT allows us to highlight defects in the fibers impregnation by resin or damages caused by an impact on composite materials. Transmission and reflection images at 3.8 THz are compared with a NDT ultrasonic technique. A second quantitative application relates to the water concentration in two hydrophobic polymeric materials: polystyrene and polypropylene. Establishing a relationship between the transmittance of the sample and mass water content enables us to draw up a quantified mapping of the latter. These maps are necessary for the understanding of the water diffusion process in polymeric materials.