Analyse des conférences 2011
Analyse des conférencesLes différentes sessions CMOI ont fait l’objet d’un rapport rédigé par les présidents de session qui mettent en avant les nouveautés apportées par les différentes contributions.
Session 15 Mesures et CND optiques
Présidents : J. BOUTEYRE – EADS France, Saint-Médard-en-Jalles (F) P. JACQUOT – EPFL/NAM, Lausanne (CH)
1 - Mesure de forme par projection de franges: apport d’un capteur couleur tri-couche
S. EQUIS, P. JACQUOTLaboratoire de Nanophotonique et Métrologie, EPFL-STI-NAM, Lausanne (CH)
Cette première présentation est due à un groupe de l’EPFL (CH). Elle rappelle les mérites du multiplexage couleur en projection de franges. La nouveauté réside dans l’emploi pour la première fois dans ce type de mesure d’un capteur couleur tri-couche : le Foveon X3. Ce capteur donne accès à chaque prise de vue à trois versions déphasées d’une mire sinusoïdale trichrome projetée à la surface de l’objet. Les trois versions servent à obtenir automatiquement et numériquement la carte des altitudes de la surface objet par la méthode bien connue du décalage de phase. Un traitement numérique spécifique est décrit faisant notamment appel à la décomposition modale empirique. La méthode est validée expérimentalement. Elle ouvre la voie aux mesures de forme résolues temporellement.
2 - Contrôle et évaluation de particules multicouches sphériques TRISO pour réacteurs à hautes températures (HTR)
A. AMZIANE (1), M. AMARIi (1), D.S. MOUNIER (1), J.-M. BRETEAU (1), M. EDELY (1), V. GUSEV (1), N. JOLY (2),M. LARCHER (3), P. NOIRÉ (3), J. BANCHET (4), D. TISSEUR (5)(1) Laboratoire de Physique de l’Etat Condensé (LPEC), UMR CNRS 6087, Université du Maine, Le Mans (F)(2) Laboratoire d’Acoustique de l’Université du Maine (LAUM), UMR CNRS 6613, Université du Maine, Le Mans (F)(3) École Nationale Supérieure d’Ingénieurs du Mans (ENSIM), Université du Maine, Le Mans (F)(4) AREVA, NDE-Solutions, NETEC, Lyon (F)(5) AREVA, NDE-Solutions, NETEC, Chalon sur Saône (F)
Le combustible nucléaire pour les réacteurs à hautes températures (HTR) se présente sous la forme de billes multicouches d’environ 1 mm de diamètre, faites d’un empilement sophistiqué de coques sphériques concentriques entourant le noyau de dioxyde d’uranium. Un réacteur comprend 109 de ces billes qui doivent toutes être sans défauts. La méthode de contrôle optique qui vient à bout de cet impressionnant challenge est la technique des ultrasons laser. Le laser impulsionnel sert à exciter toutes les fréquences propres des sphères jusqu’à 20 MHz. Les réponses, c.-à-d. les amplitudes de vibration hors plan, sont mesurées par un interféromètre de Michelson homodyne capable de résolution nanométrique. L’analyse par transformée de Fourier des signaux vibratoires permet de garantir l’intégrité et la conformité aux normes des couches sphériques de confinement et de tenue structurelle.
3 - Vérification expérimentale de modèles opto-thermo-élastiques simulés avec le logiciel OOFELIE Multiphysics
A. MAZZOLI (1), P. SAINT-GEORGES (2), A. ORBAN (1), J-S . RUESS (3), J. LOICQ(1), C. BARBIER (1),Y. STOCKMAN (1), M. GEORGES (1), P. NACHTERGAELE (2), S. PAQUAY (2), P. DE VINCENZO (2)(1) Centre Spatial de Liège, Angleur (B)(2) Open Engineering, Angleur (B)(3) GDTech, Angleur (B)
Il s’agit d’une comparaison simulation-réalité appliquée au comportement thermique d’une lentille simple et d’un barreau YAG de laser. OOFELIE Multiphysics, associé au logiciel optique ZEMAX, est un outil logiciel prenant en compte l’ensemble des données physiques d’un problème et leurs possibles couplages: optique, mécanique, thermique, électromagnétique, acoustique, … Le comportement optique de la lentille en réponse à un échauffement local de sa monture est modélisé; le comportement réel est mesuré par un interféromètre de type Fizeau. Un très bon accord est obtenu, au point de valider l’influence du gradient d’indice de la lentille et les conditions aux limites verre-monture prises en compte dans la simulation. L’apparition de biréfringence rend pour l’instant la comparaison plus difficile dans le cas du barreau YAG. OOFELIE conduira à la modélisation, et donc à l’amélioration, de systèmes optiques complexes régis par des interactions multiples et couplées.
4 - Identification de critères d’amorçage de macrofissure par la méthode de corrélation d’images
G. PORTEMONT, B. LANGRANDONERA -The French Aerospace Lab, Lille (F)
Cette contribution illustre le bénéfice escomptable de l’emploi avisé d’une méthode optique plein champ en mécanique expérimentale. Plusieurs problématiques fondamentales sont abordées: les critères de rupture basés sur le taux de triaxialité des contraintes sont-ils satisfaisants? Faut-il identifier les paramètres de ces critères au moyen de mesures de déformations ou de contraintes globales moyennées ou au contraire locales ? Peut-on se passer d’un modèle éléments finis dans cette identification ? Doit-on prendre davantage en compte les effets de plastification, d’écrouissage, de localisation des déformations ? Les cartographies de champs de déplacements sur des éprouvettes de traction entaillées obtenues par stéréo-corrélation d’images, et leurs traitements subséquents par le logiciel GOM Aramis, apportent des réponses nouvelles et pertinentes à ces questions. Ce sont principalement l’étendue de mesure, la résolution spatiale, l’accès à la cinématique de déformation et la mesure en bord d’entaille qui mettent en valeur la stéréo-corrélation d’images.
5 - Tomographie RX : un nouvel outil pour l’industrie
J. BOUTEYRE, A. LEDOUX, J. GROS, G. HOURDEBAIGTEADS France, Saint-Médard-en-Jalles (F)
Relevons deux enseignements de cette présentation: 1) Il n’existe pas de technique universelle en contrôle non destructif; chaque expertise nécessite un ou des outils ad hoc. 2) En phase d’exécution du contrôle, il est primordial de réunir à une même table les concepteurs du système testé et les personnes chargées du test proprement dit: de leur interaction naît un supplément de connaissances. ASTRIUM opère deux tomographes RX de 225 et 450 keV qui permettent de reconstruire numériquement les objets en 3D, et donc de détecter à cœur des défauts avec, respectivement, une résolution spatiale d’une dizaine et d’une centaine de microns, pour des tailles d’objets de 1,5 x 0,6 m et 5 m x 2,8 m en hauteur et diamètre. De très nombreux objets ont été testés avec succès, allant du réservoir pressurisé de satellites à des moteurs à combustion interne, avec un intérêt particulier pour les structures en matériaux composites. Les tomographes d’ASTRIUM sont mis à disposition des partenaires et clients.
Session 17 Caractérisation et analyse de composants optiques
Présidents : J.-P. MONCHAU - CERTES, Université Paris Est, Créteil (F) H. PIOMBINI, CEA, Le Ripault, Monts (F)
1 - Détection de particules micrométriques en suspension dans l’air par technique LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)
C. DUTOUQUET (1), B. R’MMILI (1), G. GALLOU (1,2), J.B. SIRVEN (2), B. TORRALBA (3) O. Le BIHAN (1), A. DERMIGNY(1), T. AMODEO (1), O. AGUEERRE-CHARIOL (1), E. FRÉJAFON (1)(1) INERIS (Institut National de l’environnement industriel et des risques), Verneuil-en-Halatte (F)(2) Commissariat à l’Energie Atomique Saclay CEA Saclay, Gif Sur Yvette (F)(3) CTIF (Centre Technique des Industries de la Fonderie), Sèvres (F)
Cette présentation a été effectuée par C. DUTOUQUET de l'INERIS sur l’utilisation des méthodes LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) pour l’analyse d’aérosol. Après une présentation du principe et des avantages du LIBS, l'orateur donne des exemples d'applications : mesure in situ de l’effluent, monitoring temps réel, surveillance de rejet industriel, méthode non intrusive...Deux exemples d'application sont illustrés ici la détection des particules de métaux lourds dans les effluents industriels, et la détection de pelote NTC (nanotubes de carbone).Pour les métaux lourds, l'objectif est de substituer la technique de référence constituée par un prélèvement sur site suivi d'une analyse physico-chimique (AAS, ICP-MS, ICP-OES) par une mesure in-situ. L'analyse se fait sur des rejets atmosphériques. Les particules sont sous forme d'aérosols avec des diamètres inférieurs à 10 µm. Les essais comparatifs menés sur des particules de cuivre en collaboration avec le CTIF (Centre Technique des Industries de la Fonderie) se sont montrés concluant avec une limite de détection 7 µg/m3 pour le cuivre. Cette limite est inférieure à la réglementation en vigueur (50 µg/m3).Pour le cas des pelotes NTC, le but est d'effectuer des mesures in-situ au poste de travail en vue d'évaluer les concentrations de ces éléments qui présentent une certaine toxicité lors des différentes phases d'élaboration des NTC. Le fer (catalyseur de la réaction) et l'aluminium (support de catalyse) sont systématiquement détectés lors du procédé. Ces résultats sont corroborés à des analyses MET et EDX (Energy Dispersive X-ray Spectrometry). Néanmoins il n'est pas encore possible d'obtenir des résultats quantitatifs.En conclusion, la méthode LIBS est bien adaptée à la détection des métaux lourds dans les effluents industriels. La méthode est potentiellement intéressante pour la détection de pelotes NTC. Elle possède un grand potentiel pour l’étude de particules micrométrique dans une gamme de concentration de quelques μg/m3 à quelques centaines de μg/m3.
2 - Nb2O5 : un matériau pour la protection laser ?
J.-P. MOEGLIN (1), O. MULLER (1), Y. LUTZ(1), V. KELLER-SPITZER (2)(1) Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis (ISL), Saint Louis (F)(2) Laboratoire des Matériaux, Surfaces et Procédés pour la Catalyse (LMSPC), UMR 7515, Strasbourg (F)
L'exposé a été fait par O. MULLER de l’ISL. L'objet de l’étude consiste à utiliser les mécanismes non-linéaires dans les limiteurs optiques à base de fullerènes pour la protection des capteurs et de l'œil contre les flux lasers intenses. Ces fullerènes ou NTC ont des propriétés non linéaires avec un seuil d'activation faible. L'utilisation des propriétés non linéaire donne la modification instantanée de la propriété (ici la transmission) et est réversible. Une fluence de 100 J/cm² induit une chute de la transmission d'un facteur 10 que ce soit dans le domaine nano que picoseconde. La forme des fullerènes (C60 ou NTC) est étudiée par des mesures de diffusion et rétrodiffusion conduisant à un caractère diffusant des NTC. Les NTC montrent un effet de blanchiment sous des impulsions lasers répétitives qui est dû à une perte de la symétrie cylindrique. L'ajout de Nb2O5 dans les NTC permet de conserver la symétrie cylindrique initiale sous irradiation. En conclusion, modifier des NTC avec du Nb2O5 accroît la stabilité de ce matériau sous flux, mais ne permet pas de protéger le système si le laser à une durée d'impulsion inférieure à la nanoseconde. Les C60 le permettent mais ne le niveau d’énergie reste en-deçà de 4µJ, ce qui est encore insuffisant une protection oculaire efficace. Les perspectives d'amélioration sont de se tourner vers des nanomatériaux (Ag, Cu, Au…) qui sont d'excellent candidats pour cette application.
3 - Métrologie optique de lentilles diffractives multifocales : efficacités de diffraction et Fonctions de Transfert de Modulation
P. TANKAM (1,2), F. CASTIGNOLES (1), T. LÉPINE (1,2), P. CHAVEL (3)(1) Laboratoire Hubert Curien (UMR 5516 CNRS), Université de Lyon, Université Jean-Monnet, Saint-Etienne (F) - (2) Institut d’Optique Rhône-Alpes, Saint Etienne (F)(3) Lab. Charles Fabry de l'Institut d'Optique, Université Paris-Sud, CNRS, Palaiseau (F)
M. P. TANKAM du LHC nous a introduit une nouvelle méthode de correction de la presbytie. Elle consiste à incorporer un implant qui est l'élément diffractif de révolution dont le rôle est équivalent à une lentille bifocale. L'ordre 0 de l'élément diffractif est équivalent à une lame plane et parallèle et est utilisé pour la vision de loin. L'ordre -1, correspond à une vraie lentille de puissance +2.5d compensant l'accommodation de l'œil. Pour cela il a fallu concevoir, optimiser, fabriquer et caractériser ces lentilles diffractives intra-cornéennes destinées aux patients presbytes. Les mesures proposées pour caractériser ces implants sont des mesures d'efficacité de diffraction et de FTM. Ces deux mesures ont fait l'objet d'un développement de bancs spécifiques. Le 1er banc consiste à une mesure du taux d'énergie encerclée par des trous de 50 µm (ordre 0) et 200 µm (ordre -1). Ce taux est comparé aux efficacités théoriques. Il y a une bonne adéquation entre les valeurs expérimentales et théoriques (3 %) lorsque l'indice de l'élément diffractif est correct. Pour la FTM, l'option choisie pour le second banc est l'analyse du point image (PSF) issu d'un point source situé à l'infini ou distant de 400 mm. Le dimensionnement de banc est fait par le choix du diamètre du trou source (d = 20 µm) et du grandissement (gy = 20).Les résultats expérimentaux sont prometteurs. Les Fonctions de Transfert de Modulation (FTM) ont été évaluées pour la vision lointaine et la vision proche. Elles sont comparées à la théorie. Des améliorations notables sont apportées lors de la prise en compte de l'indice réel de l'implant et du filtre de la caméra. En conclusion, si l’application est très prometteuse il reste à mesurer précisément le profil du composant (hauteur des anneaux) dans son milieu liquide cible (l’œil).
4 - Ondes guidées pour caractérisation des couches sol-gel
H. PIOMBINI(1), X. DIEUDONNE (1), T. WOOD (2), F. FLORY (2)(1) CEA, Le Ripault, Monts (F)(2) IM2NP, Faculté des Sciences et Techniques, Avenue Escadrille Normandie Niémen, Marseille (F)
M. H. PIOMBINI du CEA nous a présenté un banc de mesure pour la caractérisation des couches minces optiques utilisant les ondes guidées. Ce banc a été monté avec le soutien de l'IM2NP. Il met en œuvre la technique m-line ou ligne noire. Un faisceau de lumière monochromatique convergent est envoyé sur une couche mince accolée à un prisme de haut indice qui réalise à lui seul une réflexion totale. Dans des conditions précises d'incidence qui correspondent à un mode, la lumière est couplée dans ce guide et une ligne noire apparaît sur la tache réfléchie. Avec cette incidence, on remonte à la détermination de l'indice d'une couche si on connaît son épaisseur, si on a deux modes on peut la calculer. A ce banc est associé un dispositif qui permet la mesure d'atténuation des modes. On visualise la diffusion du mode dans la couche avec une caméra. La sensibilité de cette technique pour mesurer les coefficients d'extinction est nettement inférieure à 10-3, ce que ne peut pas faire l'ellipsométrie ou la spectrophotométrie. Des valeurs voisines de k =10-5 ont été mesurées sur des couches minces en PVD. L'objectif de ce montage est de différentier les pertes d'absorption en volume des pertes de surfaces. En effet, les modes d'ordre bas privilégient le volume, les modes d'ordre hauts qui se réfléchissent plusieurs fois sur les interfaces sont sensibles aux interfaces.
5 - Fabrication de mirroir en carbure de silicium : polissage et mise en forme optique des mirroirs m2, m4 et m5 du satellite astrometrique gaia
P. GLOESENER, F. WOLFS, M. COLA, R. VANDOOLAEGHE, P. LEMAIREAMOS, Angleur (B)
M. P.LEMAIRE a présenté d'abord la société belge AMOS spécialisée dans la conception et réalisation d'instrument pour l'astronomie et le spatial. L'exposé porte sur un instrument d'observation destiné au futur satellite GAIA, successeur de la mission Hipparcos dont une des missions est de cartographier l'univers avec une précision de 20 microsecondes d'arc. La réduction drastique du poids contraint à l'utilisation du carbure de silicium comme substrats des 3 miroirs du télescope. Le SiC permet une structure complexe, ultralégère, rigide avec un faible coefficient de dilatation. Le SiC nécessite pour le polissage une technique de mise en forme spécifique qui comprend un frittage à la forme recouvert par une couche de plusieurs centaines de micromètres de SiC déposée par CVD (Chemical Vapor Deposition).La dureté du SiC nécessite un polissage diamant qui est fini par polissage par faisceau d'ions.La métrologie 3D est présente durant l'ensemble du procédé. Les miroirs sont contrôlés par interférométrie sous 0 g avec pour les grands miroirs un contrôle en sous-pupille et pour les miroirs convexes hors axes l'introduction d'un hologramme généré par ordinateur.En conclusion, la mise en forme et le polissage de ses 3 miroirs ont été très difficiles, mais cela a permis de réaliser des miroirs de haute performance en SiC pour les domaines du visible et de l’UV. Les perspectives d'AMOS sont l'amélioration de la qualité du dépôt de SiC par CVD et l’extension de ce procédé aux grands miroirs dans le visible.
Session 18 Capteurs à Fibres 0ptiques
Présidents : C. BOISROBERT – IREENA, Université de Nantes (F) P. FERDINAND – CEA LIST, Gif-sur-Yvette (F)
1 - De l’intérêt des Capteurs à Fibres Optiques pour le renforcement de la sûreté des centrales nucléaires
P.FERDINAND, S. MAGNECEA, LIST, Laboratoire de Mesures Optiques, Gif-sur-Yvette (F)
Pierre Ferdinand, Directeur de Recherche au CEA LIST, a présenté les avantages des Capteurs à Fibres Optiques (CFO) pour améliorer la sûreté des tranches nucléaires, tant en service que pour l’EPR et les prochaines générations de centrales. La catastrophe nucléaire de Fukushima-Daiichi ayant montré que l’impératif de sûreté doit toujours prévaloir, plusieurs pistes ont été présentées pour renforcer les aspects « mesure et instrumentation » qui, devenant inopérants à Fukushima, rendirent l’exploitant complètement aveugle du fait de la perte des alimentations électriques. Ces pistes d’améliorations concernent un grand nombre de matériels/équipements critiques de l’îlot nucléaire que les auteurs proposent de surveiller/ausculter à grande distance grâce aux fibres optiques. Pour renforcer leurs "lignes de défense" (barrières de confinement), les centrales pourraient désormais tirer profit du potentiel considérable des technologies de mesure optiques. En effet, les CFO et les réseaux de capteurs (les RCFO) permettent de réaliser des mesures fiables et déportées à grande distance de nombreux paramètres (température, déformations, doses de rayonnements …). De plus, les mesures réparties (continûment sensible) par fibre optique n'ont pas d'équivalent puisqu'elles permettent un large multiplexage (une seule fibre est équivalente à des milliers de capteurs), offrant ainsi de nouvelles fonctionnalités. Dans le domaine de la sûreté nucléaire, nombre de leurs avantages retrouvent ici leur place : aucun besoin d’alimentation électrique locale, déport multi-kilométrique de l’instrumentation donc des risques réduits pour les travailleurs, redondance (plusieurs fibres et câbles de déport cheminant par différents trajets, nombreux points de mesure sur chaque câble optique, apport à la diversification (aucun mode commun de défaillance avec d’autres technologies de mesure), etc.Ainsi, des fibres optiques judicieusement déployées au sein du Bâtiment Réacteur (BR), une fois sélectionnées pour leur bonne résistance aux radiations, permettraient de renforcer une surveillance, continue ou à la demande, en situation nominale mais aussi - et surtout - en situations accidentelles et post-accidentelles. Pierre Ferdinand insista sur le fait que ces mesures par voie optique ne prétendent pas remplacer telle ou telle technologie de mesure, mais apportent bel et bien des fonctionnalités nouvelles, tout en améliorant les aspects redondance et diversification des moyens.Plus précisément, l’orateur exposa que ces techniques permettraient, entre autres, la détection du percement de la cuve du réacteur (instrumentation du radier) puis le suivi de la progression et la cinétique de refroidissement du corium, la surveillance de l’enceinte de confinement, la surveillance thermique des piscines d’entreposage des combustibles usagés, celle des conduites du circuit primaire de refroidissement du réacteur, la détection d’incendie spatialement continue dans toutes les zones du BR, le suivi des contraintes au niveau de la structure en béton précontraint de l’enceinte de confinement, la surveillance radiologique dans cette même enceinte (dosimétrie OSL), la surveillance multipoints du taux d’hydrogène présent et la gestion du risque d’explosion/détonation... donc au final bon nombre de problématiques de sûreté présentes à Fukushima. Lors de la conférence ces différentes applications furent donc présentées, commentées et firent l’objet de nombreuses questions, prouvant l’intérêt de l’auditoire pour ces questions.
2 - Avancées d’EDF sur les mesures de température et déformation réparties par fibre optique pour la surveillance des ouvrages de génie civil
J-M. HENAULT(1), S. BLAIRON(1),G. MOREAU(1), J. SALIN(1), Y-L. BECK(2), J-R. COURIVAUD(3)(1) EDF, R&D-STEP, Chatou, France(2) EDF, DTG-DMM, Grenoble, France(3) EDF, CIH, Bourget du Lac, France
Dans la première partie de son exposé, G.MOREAU rappelle brièvement les conditions de propagation et comportements des fibres optiques intégrées dans les câbles adaptés à l'environnement en génie civil en s'appuyant sur les notions développées antérieurement et publiées. Il présente ensuite rapidement les détails de la démarche de qualification suivie par les différentes équipes partenaires dans cette action et reprise du guide européen de qualification des procédés d'essais non destructifs. Les mesures de température pour la détection des fuites dans les ouvrages en géomatériaux et les mesures de déformations pour l'auscultation des ouvrages sont les deux applications qui constituent l'essentiel de cet exposé. Les actions de modélisation suivies d'expérimentations (environnement simulé et sur site ) de ces applications sont décrites. Une analyse approfondie plus technique de leurs calendriers et des résultats obtenus devrait permettre de positionner les acquis et compétences des équipes partenaires
3 - Câbles-Capteurs à Fibres Optiques pour les mesures réparties Brillouin, Raman et Rayleigh dédiées à la surveillance des structures
J.C. DA ROCHA (1), P. FERDINAND (2), A. POULAIN (1), V. DEWYNTER (2),M. GIUSEFFI (2), S. MAGNE (2), L. MAURIN (2), S. ROUGEAULT (2)(1) ACOME, Usine de Romagny, Mortain (F)(2) CEA, LIST, Laboratoire de Mesures Optiques, Gif-sur-Yvette(F)
Cette présentation, donnée par Jean Claude Da Rocha responsable des technologies fibres et câbles optiques au sein de la Société ACOME (Câblier français, premier fournisseur de France Télécom) permis de présenter les résultats particulièrement intéressants de travaux menés en collaboration avec le Laboratoire de Mesures Optiques du CEA dans le domaine des câbles optiques sensibles pour les mesures réparties par fibres (continûment sensibles). En effet, bien que les avancées technologiques aient conduit à rendre disponibles des instruments optoélectroniques performants, fondés sur les phénomènes de rétrodiffusion dans la silice (effets Raman, Brillouin et Rayleigh) et qui, exploités dans des systèmes réflectométriques, permettent de mesurer le profil des paramètres (température, déformations, courbure, fuite, pression, …) le long de la fibre déployée sur des portées le plus souvent multi-kilométriques, l’orateur fit remarquer qu’une instrumentation complète requiert aussi des "câbles-capteurs" dédiés à chaque application (dimensions, matériaux, sensibilité, mise en œuvre, et prix). Or, jusqu'à ces derniers temps, les utilisateurs étaient relativement limités dans le choix de ces câbles-capteurs et le plus souvent recouraient par défaut à des câbles télécoms, c'est-à-dire à des câbles non conçus ni optimisés pour les applications de mesure et de surveillance des structures (Génie Civil, BTP, travaux souterrains, ferroviaire, marine, aéronautique, industries diverses…). Or, dans ces différents secteurs, les applications sont de plus en plus motivées par les besoins de sécurité, de maintenance préventive, de qualité de production, … et poussent les maîtres d'œuvres / d'ouvrages à mieux comprendre le comportement de leurs structures, dès leur fabrication, puis lors de la phase opérationnelle jusqu'à leur démantèlement.Lors de sa présentation, en première mondiale, Jean Claude Da Rocha mis en exergue et détailla les phases de développement, de qualification, puis la fabrication industrielle en très grandes longueurs (10 km) de plusieurs câbles optiques innovants de mesures compatibles avec, d'une part les instrumentations optoélectroniques disponibles et, d'autre part, les contraintes du déploiement et d'utilisation en grandeur réelle, depuis la fabrication jusqu'à la mise en service des câbles, incluant leur conditionnement, le transport, l'installation et bien entendu, la problématique de raccordement optique sur le terrain. Les résultats obtenus lors de plusieurs démonstrations tant de laboratoire que sur le terrain, furent également évoqués lors de cette présentation orale. L’auditoire apprécia et posa plusieurs questions pertinentes à l’orateur.
4 - Capteur de Pression à réseaux de Bragg pour l’ELaboration Intelligente de pièces structurales Composites Le projet ELICo-CP
L. MAURIN (1), P. FERDINAND (1), L. ROBERT (2), J.-J. ORTEU (2)(1) CEA, LIST, Laboratoire de Mesures Optiques, Gif-sur-Yvette (F)(2) Université de Toulouse ; Mines Albi ; ICA (Institut Clément Ader), Albi (F)
Cette présentation, donnée par Pierre Ferdinand, concerna les travaux menés conjointement par le Laboratoire de Mesures Optiques du CEA et l’Institut ICA (Ecole des Mines d’Albi) dans le cadre d’un projet Inter Carnot soutenu par l’ANR et nommé ELICo-CP dédié au développement d’un capteur innovant, permettant de mesurer la pression de contact au sein des outillages de fabrication des pièces en matériaux composites (RTM Resin Transfer Molding, autoclaves), et s’inscrivant dans la thématique de Fabrication intelligente.Dans une perspective de validation et d’un meilleur contrôle de fabrication fondé sur l’acquisition de paramètres procédés, il est en effet envisageable, par l’utilisation de la Maîtrise Statistique des Procédés (MSP), de réduire la part du CND (gain 5 %) et la réalisation d’éprouvettes suiveuses ainsi que leur caractérisation (gain de 6 % à 10 %) donc in fine un gain global voisin de 12 % du coût des pièces composites. L’instrumentation des outillages par fibres optiques permettant d’enregistrer localement les conditions de pression et de température a donc semblé une voie privilégiée d’accès à ces informations locales aux partenaires, qui choisirent de développer un capteur de pression de contact à réseaux de Bragg faiblement intrusif pouvant être intégré dans les moules et outillages de fabrication, principalement dans les zones d’incidents géométriques de forme. L’orateur précisa que la contrainte liée au fait de pouvoir positionner un capteur dans les congés de raccordement, de rayons de courbure (e.g. < 4 mm), impose de recourir à une surface sensible réduite, limitant d’autant la sensibilité. Or, le très petit nombre de capteurs de pression du commerce potentiellement utilisables, de type piézoélectrique ou piézorésistif, souffrent soit un diamètre trop important, soit ne permettent pas de mesures en continu exemptes de dérive, soit ne supportent pas les températures de polymérisation. D’autre part, la mesure simultanée de pression et de température est rarement disponible, et enfin il s’agit de capteurs de pression de type hydrostatique ne fournissant pas de mesures fiables dès que la résine n’est plus fluide. Les transducteurs à fibres optiques à réseaux de Bragg présentent quant à eux l’avantage d’être peu intrusifs, sensibles aux déformations et à la température : conditionnés de façon adéquate, ils permettent dès lors de réaliser de telles mesures.Dans ce projet, l’innovation a reposé sur la miniaturisation du capteur et la compensation thermique du transducteur de pression à réseau de Bragg. Le mécanisme de traduction de ce nouveau type de CFO intègre un micro-dispositif d’amplification mécanique des déformations appliquées au réseau de Bragg de mesure de pression, ce qui conduit à une mesure très sensible (résolvant 0,1 bar de pression de contact entre 0 et 10 bar), et un dispositif résistant à des températures continues > 200°C, bien que soufrant encore dans la version prototype d’un hystérésis de 10 %.Le projet a également conduit à mettre au point un outillage permettant la fabrication à façon de pièces composites de géométries complexes (RTM et autoclave), avec congés de raccordement, et de procéder à des mesures comparatives par rapport à des capteurs classiques (pression, température). Finalement, cette nouvelle technologie de capteurs de pression de contact, utilisée de façon adéquate (positionné à la surface de l’outillage au niveau de ses accidents géométriques, donc non intrusif pour la pièce) permettrait d’améliorer la qualité des pièces composites.L’orateur conclu sa présentation en précisant que l’objectif pourrait à terme consister à doter les unités de production de capteurs de contrôle en temps réel du procédé pouvant s’intégrer dans un système de surveillance plus vaste, afin de garantir la reproductibilité des pièces, contrôler in situ les dérives du process en série ou lors de changement de lot de matière première, vérifier que la cuisson s’est effectuée localement dans les tolérances admissibles, anticiper des zones de non-conformité, et disposer d’un outil d’aide à la décision en cas d’incident de cycle. A plus long terme, ce type d’instrumentation permettrait le pilotage « intelligent » des autoclaves, afin d’optimiser les propriétés par zones, en tenant compte des grandes variations de forme et de géométrie des pièces ainsi que des inerties thermiques variables des outillages. Ce type d’instrumentation peut être appliqué au procédé RTM et sera également souhaitable pour la maturation de nouveaux procédés hors autoclave (type infusion de résine).
5 - Mesures de températures et déformations par fibre optique à réseau de Bragg
E. MAUSSION, E. ROSETNational Instruments France, Nanterre (F)
Après avoir rappelé les avantages des capteurs à fibre optique sur les capteurs électriques pour la mesure de phénomènes physiques tels que les températures et les déformations induites par des contraintes et/ou modifications mécaniques, Eric MAUSSION présente rapidement un schéma très simplifié de la structure d'une fibre optique et un modèle également simple des conditions de propagation des ondes lumineuses.Les structures et les propriétés des réseaux de Bragg obtenus par photoinscription sur les fibres selon des procédés sont brièvement et clairement présentées. L'expression analytique de la longueur d'onde de Bragg d'un réseau et la réponse spectrale sont toujours présentées avec à la fois beaucoup de simplicité et de clarté, suivie de l'expression approximative de leurs variations en fonction de l'environnement subit par le réseau.Les caractéristiques spectrales de ces réseaux sont bien précisées. L'orateur a ensuite développé l'essentiel de son exposé sur les techniques d'interrogation et traitement de l'information spectrale adaptées aux réseaux de capteurs à réseaux de Bragg. En fin d'exposé, quelques questions relatives aux techniques d'analyse spectrale ont conduit l'orateur à compléter quelques points de sa présentation sur ce sujet.