Capteur ultrasonore multiélément dédié à la caractérisation quantitative haute résolution

Multielement ultrasound sensor dedicated to high resolution quantitative characterisation

• Auteur / Autrice : Pierre-Antoine Meignen
• Direction : Gilles Despaux, Emmanuel Le Clézio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 05/12/2016
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Geneviève Duchamp
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Despaux, Emmanuel Le Clézio, Geneviève Duchamp, Louis-pascal Tran-huu-hue, Pascal Vairac, Mihai Valentin Predoi, Thomas Delaunay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Louis-pascal Tran-huu-hue, Pascal Vairac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Capteurs (technologie)

Microscopie acoustique

Contrôle non destructif

Mots clés libres

Contrôle non destructif

Microscopie acoustique

Capteurs hautes fréquences

Propriétés mécaniques

Modélisation acoustique

Non destructive evaluation

Acoustic Microscopy

High frequency sensors

Mechanical properties

Acoustic modeling

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse s’appliquent à la caractérisation de propriétés mécaniques par la microscopie acoustique. Ils décrivent un capteur focalisé innovant qui autorise à la fois une topographie et une imagerie quantitative d’un matériau élastique. L’innovation consiste en la séparation des différents modes de propagation d’un matériau excité par une sonde focalisée multiélément. La mesure par temps de vol de la vitesse de propagation des modes de surfaces de matériaux élastiques et anisotropes offre une possibilité de quantification du module caractérisant l’élasticité : le module de Young. Le dimensionnement de la sonde multiélément qui est décrit ici est rendu possible grâce au développement d’un modèle de champs acoustiques permettant d’anticiper le champ rayonné par chaque élément. Un deuxième modèle traitant de l’étude temporel des signaux reçus par la sonde focalisée est aussi présenté pour vérifier le comportement discriminant de la sonde des différentes ondes pouvant se propager. La mesure de propriétés mécaniques par la sonde focalisée est appliquée à différents échantillons et propose des résultats cohérents avec une grande sensibilité. La possibilité de réaliser des images de propriétés mécaniques est ainsi démontrée. D’abord adaptée pour des fréquences de l’ordre de la trentaine de mégahertz, cette sonde possède un nombre limité d’éléments pour assurer une simplicité de conception et de fabrication permettant par la suite une miniaturisation du capteur pour atteindre des fréquences proches du gigahertz.

The work presented in this thesis is applied to the characterization of mechanical properties by acoustic microscopy. It describes an innovative focused sensor that enables both topography and quantitative imaging of an elastic material. The innovation consists in the separation of the different propagation modes of a material excited by a focused multielement probe. Measuring the surface mode propagation velocity of elastic and anisotropic materials thanks to their time of flight provides a possibility of quantifying the module characterizing the elasticity: the Young's modulus. The dimensions of the multielement probe are described here and rely on an acoustic field model developed to anticipate the field radiated by each element. A second model studies the temporal behaviour of the focused probe and also verifies the discrimination of the different waves that propagate. The measurement of mechanical properties by the multielement probe is applied to different samples and provides consistent results with high sensitivity. The ability to produce images of mechanical properties is thus demonstrated. First suitable for frequencies near thirty megahertz, this sensor has a limited number of elements to ensure a simplicity of design and manufacture for a subsequent miniaturization of the sensor to achieve frequencies near the gigahertz.