Compte-rendu du colloque 2005 :
Le 6ème colloque francophone du club SFO/CMOI s’est déroulé à Marseille du 21 au 25 novembre 2005 au Technopôle de Château-Gombert.
BUTS ET ORGANISATION DE LA MANIFESTATION
Le succès de ce colloque (65 conférences, 10 affiches, 3 3 stands) est probablement lié aux thèmes proposés et aux efforts réalisés pour rapprocher chercheurs et industriels, mais également au soutien efficace apporté par divers organismes complémentaires de la SFO :
L’objectif du colloque est de favoriser l’échange des connaissances scientifiques et techniques entre la recherche et l’industrie afin de faciliter les applications industrielles dans tous les domaines où les contrôles et les mesures optiques sont ou peuvent être concernés, en particulier pour les contrôles non destructifs, les mesures de déplacements, de déformations, de contraintes, de formes macroscopiques ou microscopiques.
Plus de 250 personnes (dont plus de 170 inscrits avec 50 % d’industriels et plus de 80 invités industriels de la Région PACA et étudiants de l’université et des écoles) ont assisté au sixième colloque international francophone « Méthodes et Techniques Optiques pour l’Industrie » bien organisé par le club CMOI de la Société Française d’Optique (SFO) avec l’aide de l’Institut Fresnel et de l’EGIM, du Pôle Optique et Photonique de la Région PACA (POP SUD), et par EADS France, au Technopôle Marseille Provence de Château-Gombert, à la Maison du Développement Industriel (MDI) et à l’amphithéâtre de l’Institut Méditerranéen de Technologie (IMT) , du 21 au 25 novembre 2005.
Le succès de ce colloque (82 conférences et affiches, 35 stands) est probablement lié aux thèmes proposés et aux efforts réalisés pour rapprocher chercheurs et industriels, mais également au soutien efficace apporté par divers organismes complémentaires de la SFO : l’Agence de Soutien des Technologies de la Recherche Industrielle et du Développement (ASTRID), l’Association Française de Mécanique (AFM), l’Association Française de la Mécanique de Haute Précision (MHP), le Collège Français de Métrologie (CFM), le Comité Belge d'Optique (CBO_BCO), l’Association Echange et Coordination Recherche-Industrie (ECRIN), le Groupement Français pour l'Analyse des Contraintes (résiduelles) (GFAC), l’Association Française des Industries de l’Optique et de la Photonique (AFOP), le Groupement pour l’Avancement des Méthodes d’Analyse des Contraintes (GAMAC), la Société Française des Mécaniciens (SFM), la Société Française de Thermique (SFT), la Société Suisse d'Optique et de Microscopie (SSOM), l’Association Alsace Biovalley (BIOVALLEY), la Confédération Française pour les Essais Non-Destructifs (COFREND), l’Association pour le Développement des Sciences et Techniques de l’Environnement (ASTE) l’Association pour le Rayonnement, les Mesures et l’Imagerie Rapide (ARMIR), la Société de l’Electricité, de l’Electronique et des Technologies de l’Information (SEE), le Pôle Optique Rhône-Alpes (PORA), le Pôle Optique et Photonique d’Alsace (RHENAPHOTONICS ALSACE)
Par ailleurs, l’aide de l’Etat (Ministère de l’Education Nationale, de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche, Délégation Générale pour l’Armement du Ministère de la Défense) et des collectivités locales (Ville de Marseille, Communauté Urbaine Marseille Provence Métropole, Conseil Général des Bouches du Rhône, Conseil Régional Provence-Alpes-Côte d’Azur) a permis la réalisation du colloque dans des conditions optimales.
Diverses revues spécialisées, notamment Contrôles-Essais-Mesures, En direct, Essais Industriels, Mécanique et Industries, Mesures, et Photoniques ont assuré efficacement la diffusion de l’information.
PRINCIPAUX THÈMES SCIENTIFIQUES DÉBATTUS
Le colloque comportait 14 sessions présidées par des collègues de la recherche et de l’industrie et réparties sur 3,5 jours, du 21 novembre au 25 novembre midi :
• Session 1: Métrologie et qualité
Présidée parA. KLEITZ - Comité d’Honneur Club SFO CMOIY. Surrel - VISUOL, Metz (F)
Synthèse : la prise de conscience de la nécessité de réaliser une caractérisation métrologique soigneuse des systèmes optiques se poursuit. C’est une des tendances flagrantes qui se dégage des derniers colloques MTOI, qui a certinement contribué à amorcer (ou au moins entretenir) cette prise de conscience. Il est remarquable de voir des laboratoires universitaires s’intéresser à des notions comme la capabilité, essentielles dans le milieu industriel mais très peu usitée dans les laboratoires.
Tendances à soutenir : les sytèmes de mesures optiques ont la plupart du temps une indéniable complexité. Il est nécessaire de consacrer du temps et des moyens à la recherche et à la mise en place de méthodologies permettant aux utilisateurs industriels potentiels de connaître les performances de ces systèmes et de les caractériser de manière simple et systématique. Les normes (en particulier dans le domaine de l’assurance qualité) exigent en effet une caractérisation des instruments de mesure pour assurer la traçabilité. (Les présentes remarques apparaissent déjà dans le livre blanc de l’optique).
La complexité des système est amenée à être de plus en plus encapsulée dans des interfaces logicielles ergonomiques. Le danger est que de plus en plus de traitements deviennent invisibles à l’utilisateur (effet « boîte noire »). Il est donc essentiel de développer également des méthodologies de test et validation des logiciels.
Présentations : 1- « Analyse de la capabilité d’un système laser de mesure de déplacements pour le contrôle qualité » (ENSEEIHT Toulouse) : cette présentation illustre parfaitement les points évoqués en synthèse. Une démarche de caractérisation de la capabilité d’un capteur de distance interférométrique à rétroaction laser a été conduite suivant une norme industrielle.
2 - « Résolution et résolution spatiale : deux paramètres clef des mesures optiques de champ » (ENSMSE St-Étienne) : étude systématique des modifications de l’information introduite par les post-traitement (filtrage spatial, dérivation) réalisés sur les mesures de champs.
3 – « Calibrage d’un retardateur de phase à cristaux liquides nématiques pour l’interférométrie speckle. » (ENSTIMA Alès). Illustre le fait qu’une chaîne de mesure est constituée d’un certain nombre de maillons, et qu’une méthodologie de caractérisation doit pouvoir être déterminée pour chacun d’entre eux.
4 – « Mouvelle méthode d’étalonnage de détecteurs mesurant de faibles flux lumineux basée sur la conversion paramétrique dans les cristaux » (LCPC et INM) : collaboration intéressante entre la communauté de la métrologie primaire (INM) et l’optique.
• Session 2: Applications par techniques IR,
Présidents J.L. Bodnar – LEO, Univ. De Reims (F)Ph. Hervé – LEEE, Univ. Paris XI, Ville d’Avray (F)
" Le contrôle optique des matériaux par radiométrie photothermique aléatoire infrarouge "J.L. BODNARLaboratoire d'Energétique et d'Optique, UFR Sciences Exactes et Naturelles, Reims (F) L'objet de ce travail est de présenter le principe et quelques exemple d’application d’une nouvelle méthode de contrôle non destructif : La radiométrie photothermique aléatoire. L’orateur a montré que la méthode permet, à distance, sans contact et sous contraintes énergétiques moindres, la détection de délaminage, la détection de fissure ou encore la mesure de température, de diffusivité thermique ou encore d’épaisseur de revêtement.
" Mesure des propriétés thermooptiques des solides des températures cryogéniques aux très hautes températures "P. HERVE (1), L. FRANCOU (1), N. RAMBURE (1,2), A. SADOU (1), D. RAMEL (1), J.-L. BODNAR (2)(1) Laboratoire d'Energetique et d'Economie d'Energie Université Paris X - Ville d'Avray(2) UTAP / Laboratoire d'Energétique et optique Université de Reims - Reims L'objet de ce travail est de présenter une étude visant à mesurer des propriétés thermooptiques de solides à des températures extrêmes. L’orateur montre la possibilité de mesurer ce type de paramètre jusqu’à 40k pour les températures basses et jusqu’à 2000°c pour les températures hautes.
" Suivi par émission acoustique et caméra infrarouge d'un essai de fatigue sur un composite carbone/époxyde "L. TOUBAL (1), B. LORRAIN (1), M. KARAMA (1), D. MARLOT (2)(1) ENIT, LGP, CMAO. 47 - Tarbes (F)(2) Euro Physical Acoustics SA. - Sucy en Brie (F) L’objet de ce travail est d’évaluer, par deux méthodes non destructives et non intrusives, l’émission acoustique et la thermographie infrarouge, de l'endommagement d'une plaque composite à matrice époxyde sollicitée en fatigue. L’orateur montre que les deux méthodes utilisées sont très complémentaires. Une permet de localiser des phénomènes internes à la structure, c'est l'émission acoustique, l'autre n'est sensible qu'à la dissipation thermique en surface de l'éprouvette.
" Etude méthodologique de tests non destructifs des liaisons Composite à Fibres de Carbone / Cuivre par thermographie infra-rouge " F.CISMONDI (1,2), J.SCHLOSSER (1), C. JAUFFRET (2), B.XERRI (2), A.DUROCHER (1), J.L. GARDAREIN (1), M.MISSIRLIAN (1), N.VIGNAL (1)(1) Association Euratom-CEA, CEA/DSM/DRFC, CEA/Cadarache, - Saint Paul Lez Durance (F)(2) Université de Toulon et du Var - La Garde (F) L’objet de ce travail est de contribuer à améliorer la détection de défauts situés dans des composants face au plasma (CFP) des machines de fusion contrôlée à plasma long. L’orateur montre, que grâce à l’utilisation de nouveaux outils de traitement, la possibilité de mieux estimer et de mieux localiser les défauts
" Evaluation de la limite d'endurance moyenne par thermographie. Exemples sur structure complexe "O. ARNOULD (1), P. BREMOND (2), F. HILD (1)(1) LMT Cachan - Cachan (F)(2) CEDIP Infrared Systems - Croissy Beaubourg (F) L’objet de ce travail est de présenter les possibilités d’utilisation de la thermographie infrarouge pour la mesure de la limite d’endurance moyenne de structures complexes. L’orateur montre la possibilité, avec cette méthode permet la mesure de la limite d’endurance moyenne de nickel électrodéposé
" Caractérisation par voie optique de propriétés mécaniques et thermiques de fibres unitaires à très haute température. Dispositif expérimental "G. GRANDCLAUDON, C. PRADERE , J.M. GOYHENECHE, J. LAMON, R. PAILLER Laboratoire des Composites ThermoStructuraux (LCTS), UMR 5801 : CNRS-Snecma-CEA-UB1 - Pessac (F)
L’objet de ce travail est de présenter une technique de mesure par voie optique de propriétés mécaniques et thermique de fibres chauffées à très haute température. L’orateur après avoir présenté son dispositif expérimental, montre les possibilités quantitatives de ce dernier.
Conclusion
Cela a été une session d’un bon niveau scientifique, qui a traité de problèmes actuels et présenté des techniques novatrice.
• Session 3: Mesures des distances, déplacements
Présidents Th. Bosch – ENSEEIHT, Toulouse (F)G. BRUN – LTSI / CNRS, Univ. de Saint-Etienne (F)
• Contexte général des techniques optiques pour la mesure de distances et de déplacements
Cette session concernait la mesure de distances et de déplacements pour lesquelles l’instrumentation optique s’est toujours avérée un excellent candidat en raison de multiples caractéristiques :
• mesures sans contact (absence d’échauffement et d’usure), • possibilité d’accéder à une résolution élevée, notamment à l’aide de techniques interférométriques ; • aptitude à effectuer des mesures temps réel et à haute cadence ;
• possibilité de miniaturiser les dispositifs à l’aide des techniques fibres optiques ou optique intégrée….
Quatre conférences abordaient successivement : • la « mesure de champ pour l’identification de propriétés élastiques et visco-élastiques » ;
• la « Mesure de déplacements par interférométrie à rétro-injection optique dans le cas de rétro-injection modérée » • les « mesures inetrférométriques simultanées de deux distances absolues par balayage de longueur d’onde » ;
• un « interféromètre à fibre optique pour la mesure de déplacement »
Ces conférences ont donc largement mis l’accent sur les techniques interférométriques en introduisant certains points d’originalité : balayage en longueur d’onde, utilisation de la rétro-injection dans la cavité laser, mise en œuvre de dispositifs fibrés.
2• Présentation succincte des conférencesLa première conférence, « mesure de champ pour l’identification de propriétés élastiques et visco-élastiques », proposée par le laboratoire de Mécanique de l’Institut National des Sciences Appliquées de Rouen, décrivait un dispositif destiné à analyser les propriétés viscoélastiques des matériaux. La solution technique retenue est vibromètre laser permettant d’accéder point par point à des informations d’amplitude et de phase sur la réponse d’une plaque de matériau sollicitée par une excitation à large gamme de fréquences (0 – 3000 Hz). Les données expérimentales ainsi collectées permettent d’alimenter un modèle numérique de comportement du matériau permettant de mieux appréhender les processus viscoélastiques mis en jeu lors de sa sollicitation.
La deuxième conférence, « Mesure de déplacements par interférométrie à rétro-injection optique dans le cas de rétro-injection modérée », proposée par le Laboratoire d’Electronique de l’ENSEEIHT de Toulouse, exposait un système de mesure interférométrique utilisant la lumière rétro-injectée dans la cavité du laser.Cette technique permet de s’affranchir des nombreuses optiques nécessaires à la mise en forme des faisceaux lors des mesures interférométriques traditionnelles et conduit à un système bas coût, robuste et fonctionnel y compris en environnement hostile (perturbations électromagnétiques, vibrations mécaniques…).
La troisième conférence, « mesures interférométriques simultanées de deux distances absolues par balayage de longueur d’onde », proposée par le Laboratoire des Systèmes Photoniques de l’Université Louis Pasteur de Strasbourg, proposait un système de mesure interférométrique donnant accès à la distance absolue à l’aide d’un balayage en longueur d’onde. Il est en effet bien connu que l’interférométrie optique fournit des mesures à très haute résolution de variations relatives de distances mais souffre rapidement d’une incertitude liée au comptage des franges qui défilent lorsqu’il s’agit d’accéder à des mesures de positions absolues. Les auteurs ont proposé une méthode multi-spectrale permettant d’accéder à la mesure absolue simultanée de deux distances.
La quatrième conférence, « interféromètre à fibre optique pour la mesure de déplacement », proposée par le Laboratoire d’Electronique de l’ENSEEIHT de Toulouse, décrivait un interféromètre fibré pour la mesure de déplacement. Afin d’éviter un système complexe, les auteurs exploitent les interférences générées entre les deux polarisation orthogonales du mode fondamental d’une fibre optique unimodale. Cette configuration présente l’avantage d’une grande simplicité de mise en œuvre, d’une grande robustesse et fournit une double information sur le sens et l’amplitude du déplacement.
3• Bilans et prospectivesLes différentes contributions de la session « Mesures de distances et déplacements » de l’édition 2005 du colloque « Contrôles et Mesures Optiques pour l’Industrie » montrent clairement la pertinence toujours avérée des techniques optiques pour les mesures de positions, distances, déplacements, vibrations.... Les dispositifs qui ont été décrits reposent tous sur des concepts depuis longtemps éprouvés mais la tendance évidente est de rendre les solutions techniques plus robustes, plus aisée à mettre en œuvre, plus compactes et à bas coût. Ces considérations méritent amplement d’être soulignées car elles sont le signe évident que les techniques optiques de mesure ont aujourd’hui atteint un degré suffisant de maturité pour leurs utilisations dans le cadre industriel. La densité du plateau technique qui accompagnait le colloque et sur lequel étaient représentées 36 sociétés industrielles développant des outils de métrologie optiques, confirme s’il ne était besoin l’implantation aujourd’hui indéniable des techniques optiques dans de très nombreux secteurs de l’activité industrielle.
• Session 4: Mécanique des fluides et microparticules
Présidents J.M.DESSE - ONERA , Lille (F)J.P.PRENEL – FEMTO-ST/CREST , Belfort
La session 2005 dédiée aux écoulements ne comportait que 3 communications. Cette participation limitée a déjà été constatée par le passé, lorsque le colloque annuel CMOI se déroule à quelques mois du Congrès National « Fluvisu », entièrement consacré à cette spécialité, mais dont la périodicité est de 2 ans. L’alignement de cette session sur une périodicité de 2 ans décalée par rapport à « Fluvisu », déjà pratiquée il y a quelques années, sera à rediscuter lors du Comité de printemps 2006.
La première communication a permis de faire le point sur les performances de l’holographie numérique, appliquée au suivi de particules dans un écoulement 3D. L’étude et la correction des effets de bords observés dans ce type d’investigation étaient présentés pour la première fois. La discussion a porté longuement sur les mérites relatifs de l’holographie traditionnelleargentique et de cette version moderne faisant appel à un détecteur CCD.
La seconde communication a été annulée pour cause de grève nationale SNCF, mais le texte retenu par le Comité présentait l’état de développement actuel de la vélocimétrie 3D volumique par codage chromatique de la 3ème dimension (RVV – Rainbow Volumic Velocimetry), méthode dont le principe avait été détaillé lors du colloque précédent.
Les travaux présentés concernaient la procédure de validation de cette méthode récente par l’intermédiaire d’images de synthèse, permettant de simuler des écoulements totalement 3D stables et reproductibles.La dernière présentation décrivait une approche originale de la mesure des tailles de particules microniques transparentes, exploitant les réflexions multiples internes qui induisent des résonances morphologiquement dépendantes. Une sensibilité théorique très élevée aux variations de forme et de diamètre des particules rend la méthode très attractive et laisse entrevoir des applications à l’étude de l’évaporation des trains de gouttes. La mesure de l’indice , voire des gradients d’indice est envisageable ainsi que la détection des écarts de sphéricité pour de grosses particules soumises à des forces dynamiques non négligeables devant la tension superficielle.
En conclusion, les axes de recherche déjà identifiés lors du Colloque précédent se confirment : le développement de méthodes de vélocimétrie réellement 3D et la recherche conjointe d’informations sur les tailles et les formes des traceurs se poursuivent.Dans tous les cas l’imagerie et son mode d’analyse « plein champ » reste au cœur des recherches, prenant le pas sur les méthodes locales.
• Session 5: Aide au diagnostic de l’état des œuvres d’art
Présidents M. Elias - Institut des Nano-Sciences de Paris (INSP), Université Pierre et Marie Curie / CNRS - Paris, (F)J.J. Ezrati - C2RMF, Paris (F)
Pour la première fois le programme du CMOI ouvrait une session consacrée aux apports de l’optique à la recherche appliquée au domaine de la restauration et de la conservation des œuvres d’art.
Cette session a permis de montrer d’une part la nécessité de développer des techniques optiques non-destructives et sans contact au service de la restauration et de la conservation des objets du patrimoine, fragiles et uniques, d’autre part le besoin de résultats quantitatifs précis par opposition aux techniques qualitatives traditionnelles. Plusieurs développements récents ont été présentés en ce sens, par le C2RMF-laboratoire de musée, mais aussi par des laboratoires de physique pour lesquels ce domaine d’application est récent et en plein développement.
Un premier exposé a montré à travers l'exemple de l'étude d'une plaquette gravée préhistorique, différentes méthodes appliquées à l’étude tracéologique et tribologique. La macrophotographie numérique sous lumière rasante, la microscopie confocale à champ étendu et à codage chromatique et la méthode de triangulation par projection de franges ont ainsi été décrites. La pertinence des résultats a été discutée en fonction de la résolution requise par le problème posé.
Un second exposé a montré que la radiométrie photo-thermique, développée pour la caractérisation des défauts, peut être ici mise en œuvre pour détecter les décollements ou les couches d’air contenus dans la structure interne des peintures murales, donc non visibles à l’œil.Cette technique remplace avantageusement le sondage acoustique empirique utilisé jusqu’ici par le restaurateur, avant son travail de consolidation.
Un troisième exposé a développé l’utilisation de la spectrométrie de réflectance diffuse, de la goniophotométrie et de la colorimétrie pour l’identification non destructive des pigments et colorants, pour la reconnaissance des différentes techniques artistiques, pour le constat chiffré de la palette d’une œuvre d’art. Ces trois fonctions ont été réunies dans un seul appareil portable et donnant les résultats en temps réel.
Un dernier exposé a présenté les résultats de techniques complémentaires aux méthodes optiques, mais historiquement bien antérieurs, issus des faisceaux de particules de l’accélérateur linéaire AGLAE du C2RMF, dont la caractéristique est de générer des faisceaux extraits à l’air. Les analyses élémentaires réalisées par la méthode PIXE ont, en particulier, montré l’importance des éléments traces dans l’étude des matériaux du patrimoine.En conclusion, ces présentations et les questions qui les ont suivi ont montré la nécessité de développer des appareils d’analyses portables, non-destructifs et sans contact conduisant à des résultats quantitatifs précis et en temps réel. Il est à prévoir, dans un avenir proche, que d’autres techniques optiques, développées actuellement dans d’autres domaines, telle que l’OCT, la fluorescence-UV,... voient leur domaine d’application étendu à celui des œuvres d’art, dont la restauration et la conservation demandent une étude scientifique de plus en plus quantitative. Enfin cette session a mit l'accent sur les liens étroits qui existent d'une part entre les sciences humaines et les sciences physiques et d'autre part entre le monde de la recherche et de l'industrie.
• Session 6: Mesure de formes
Présidents M.A. De Smets - NDT Expert, Toulouse (F)J.J. Orteu - Ecole des Mines, Albi (F)
Le premier exposé de la session concernait l'utilisation de la technique de photogrammétrie pour l'acquisition de données tridimensionnelles dans le contexte de la mise en forme des tôles minces (secteur automobile). L'exposé a montré l'intérêt de ce type de mesure tout au long de la chaîne de production, depuis le contrôle des outillages jusqu'au contrôle après ferrage, en passant par l'analyse des pièces de présérie. L'orateur a rappelé l'importance qui doit être accordée à l'évaluation des incertitudes de mesure et il a souligné le manque de norme internationale concernant la façon d'évaluer et d'exprimer ces incertitudes.
Le deuxième exposé concernait aussi le secteur automobile (collaboration avec Renault) et présentait un système de mesure 3D par photogrammétrie permettant le contrôle géométrique de 2000 points sur une caisse de véhicule assemblée nue. Le système, porté par un brasrobotisé, permet de réduire de 8 à 2 heures le temps de contrôle du véhicule.
Au cours du troisième exposé, l'utilisation de la technique de déflectométrie pour mesurer des formes a été présentée. La déflectométrie mesure des pentes et il est nécessaire de recourir à une intégration pour obtenir l'altitude recherchée. Des comparaisons avec des mesures d'altitude obtenues par un capteur à codage chromatique ont montré que la technique de déflectométrie pouvait conduire à des mesures d'altitude entachées d'une incertitude importante.
En conclusion, l'orateur a rappelé que la déflectométrie permet l'analyse des pentes/courbures d'une surface, ce qui la rend très efficace pour la détection des défauts locaux de surface.
Le quatrième exposé concernait l'étude du comportement de membranes utilisées dans les missions spatiales (antennes gonflables, panneaux solaires...). La planéité des surfaces déployées est essentielle pour assurer un bon comportement des membranes et il est donc important de pouvoir évaluer les plis à la surface des membranes voire de prédire leur apparition. Pour mesurer les plis, les auteurs ont mis en œuvre une technique optique de projection de franges. Ils ont également développé un modèle de prédiction des plis. Ils ont ensuite comparé les résultats de simulation à des mesures expérimentales obtenues sur une membrane soumise à un cisaillement. Les premiers résultats sont encourageants mais, de l'aveu même des auteurs, il ne s'agit que d'une étude préliminaire qui doit être complétée par une étude métrologique.
Le cinquième et dernier exposé de la session concernait les mesures dimensionnelles par interférométrie spectrale en lumière blanche, dans le contexte du contrôle de la forme de surfaces asphériques de composants optiques (collaboration avec Thales-Angénieux). L'auteur a rappelé que la technique est classique mais qu'elle a été revisitée dans le cadre de l'étude présentée du fait de l'évolution technologique des sources (et des détecteurs). En particulier, l'étude visait à mettre en évidence l'influence de la cohérence spatiale de la source sur la qualité de la mesure. Les auteurs ont montré l'intérêt d'utiliser une source de lumière blanche large bande (en l'occurrence un supercontinuum généré dans une fibre optique micro-structurée) qui permet d'obtenir un meilleur contraste des franges.
• Session 6b: Mesure de formes (suite)
Présidents J.L. ARNAUD – AIRBUS France, Toulouse (F)Y. SURREL – VISUOL, Metz (F)
Synthèse : La session illustre l’intérêt de l’optique dans le domaine tout à fait essentiel de la mesure tridimensionnelle, qui concerne un très large éventail de secteurs industriels. En dehors des applications télécoms et du multimédia grand public, la mesure de forme ou de qualité d’aspect (rugosité, brillance etc) est sûrement un domaine où l’optique est susceptible de générer des chiffres d’affaires importants.
Tendances à soutenir : la caractérisation métrologique, en particulier les comparaisons de mesures par des techniques différentes sur des objets de forme simple (plans, sphères, profils sinusoïdaux…) ; le développement de normes européennes et mondiales dans ce domaine.
Présentations : « Numérisation tridimensionnelle efficace du corps humain à l’aide de caméras pour l’industrie textile » (ENSITM et TELMAT, Mulhouse). Parfaite illustration de l’intérêt que peut avoir la mesure de forme lorsque les post-traitements sont parfaitement adaptés à un secteur industriel. La présentation montre d’ailleurs le chemin qui sépare une technologie de sa déclinaison pertinente en un produit adapté et ciblé.
« Tri 3D en ligne de produits agro-alimentaires par stéréocorrélation dense » (Cybernétix – Marseille) Identification de forme de betteraves sucrières sur convoyeur. Illustre bien la variété des secteurs industriels susceptibles d’être touchés par la mesure de forme.
« Localisation spatiale des défauts dans des pièces de fonderie, en référence à leur enveloppe exérieure » (Cybernétix - Marseille) nouvelle illustration de la nécessité d’un post-traitement adapté des mesures de champ pour bien cibler un secteur industriel.
« Caractérisation des MEMS et MOEMS encapsulés par mesures interférométriques » (VEECO – Tucson AZ, USA) Application au packaging des microsystèmes.
• Session 7: Application de l’interférométrie en lumière diffuse (speckle)
Présidents P. Jacquot – NAM / EPFL, Lauzanne (CH)J-J TASSIN – Tassin-Instruments, Paris (F)
Cette session est à la fois dense (six communications), homogène dans son inspiration (l’interférométrie speckle), et appréciée (auditoire nombreux, assidu et très réactif). Elle est plus animée par des utilisateurs de ces méthodes, et principalement par des mécaniciens, que par des concepteurs de méthodes optiques. Ceci reflète fidèlement, à l’échelle internationale, l’évolution de l’interféromérie speckle, dont la progression se caractérise par un régime de croisière soutenu, tant en recherche qu’en développement et applications.Les contributions sont de deux types: le perfectionnement des méthodes et les applications en mécanique expérimentale du solide.
Dans la première catégorie, un progrès notable est apporté par le groupe Dantec Ettemeyer & Tassin-instruments. Ce groupe propose et valide une nouvelle méthode ingénieuse de détermination de l’ordre absolu des cartes de phase dans un système mesurant les trois composantes de déplacement. Les clés de cette réalisation sont dans l’utilisation de quatre directions d’éclairage de l’objet, suivie d’un traitement subséquent ad hoc des quatre cartes de phase obtenues. De sérieuses sources d’erreurs sont ainsi éliminées et la méthode gagne en facilité d’emploi.
Les aspects “méthode” sont aussi primordiaux dans l’étude présentée par un consortium regroupant DEIOS, Hololab et l’Ecole des Mines d’Alès, qui entreprend de comparer dérivations numérique et analogique en interférométrie speckle. Le projet est d’importance puisqu’il s’agit d’établir si l’interférométrie speckle différentielle (shearographie), sensible aux dérivées partielles premières des composantes de déplacements, possède bien tous les atouts qu’on lui prête et qui la mettent en position de supplanter les versions sensibles aux seules composantes de déplacements. Les premières conclusions vont dans ce sens.Témoins d’une remarquable souplesse d’intervention, quatre applications constituent le second volet de la session et couvrent un domaine d’une très grande diversité:
i) la communication du CEA-Cadarache vise l’investigation de l’érosion des composants d’un réacteur nucléaire tokamak Tore Supra face au plasma. Les conditions d’environnement particulièrement difficiles obligent ici à concevoir un montage et un traitement numérique spécifiques, permettant de s’affranchir de la plupart des effets nuisibles des vibrations.
ii) une équipe de l’Université de Technologie de Troyes et de Pontificia Universidad Católica de Santiago met en oeuvre avec succès un interféromètre speckle à sensibilité dans le plan pour analyser le domaine des déformations hétérogènes (phénomène de localisation, striction) d’une éprouvette de cuivre en traction. L’expérience se déroule en régime dynamique et révèle l’apparition de la striction de façon plus précoce que ne le prédit la théorie.
iii) un second exemple d’utilisation du même type d’interféromètre est fourni par l’Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique de St-Nazaire, qui s’attache à caractériser le comportement thermodynamique d’une mousse PVC. Des résultats originaux sont obtenus sur le comportement thermomécanique de tels échantillons, probablement inaccessibles à toute autre méthode.
iv) les champs de déplacements dans le plan sont également mesurés par une seconde équipe de l’Université de Technologie de Troyes, à des fins d’analyse des contraintes résiduelles dans une éprouvette grenaillée. L’originalité tient ici surtout à la pratique incrémentale de l’ablation de matière, dans le but de remonter au profil de contraintes en profondeur et l’interférométrie speckle prouve une fois de plus son à-propos. Au total une session très enrichissante sur les développements de l’interférométrie en lumière diffuse. A noter le caractère international de cette session, avec la participation d’institutions française, belge, allemande, chilienne et suisse. La discipline semble toujours très ouverte à l’innovation, qu’il s’agisse de méthodes ou d’applications. On peut regretter que, faute de temps, le debriefing entre “mécaniciens” et “opticiens” ainsi que les échanges avec les protagonistes des sessions voisines “Applications de l’holographie” et “Analyse des déformations. Corrélation d’images” n’aient pas été plus intenses. Ces communautés doivent encore progresser au chapitre de la compréhension mutuelle.n exemple de vérification de la qualité de surfaces des optiques de précision par plusieurs techniques optiques (rayons X, lumière infra rouge, monochromatique et polychromatique). Les lentilles asphériques en fluorure de calcium, CaF2, utilisées dans l'optique de précision (applications dans le cinéma, la télévision, et le militaire) sont produites par le rodage au diamant suivi par un polissage MRF (Magneto-Rheological Finishing). Les résultats confirment la très grande qualité de surface avec une amplitude maximum Pic-Vallée inférieure à 100 nm et une rugosité de 1 nm à 2 nm. Cette étude montre, de plus, qu’avec la mise en œuvre de plusieurs techniques complémentaires, il est possible d’aboutir à une caractérisation totale de l’état de surface.
Parallèlement à ce que nous venons de voir, le développement de méthodes de caractérisation de surface est essentiel pour permettre d’étudier les déformations des micro-systèmes tels que les MEMS. La seconde présentation illustre, en effet, comment à l’aide de la microscopie à saut de phase en mode laser strobé, on est capable de caractériser les déformations à l’échelle nanométrique de micro-miroirs employés dans les micro-systèmes. On a ainsi pu confirmer par cette technique qu’un micro-miroir de 2x2 mm de courbure (centre-bord) de 160 nm au repos ne présentait aucune déformation supérieure à 15 nm (limite de performance du dispositif) lorsqu’il entrait en résonance à 1085Hz. Le troisième papier, très pédagogique, montre les différentes possibilités d’un système industriel d’éllipsométrie spectroscopique pour caractériser les surfaces (épaisseur, rugosité, paramètres optiques...) et les couches minces.
Nous avons constaté la maturité technologique du dispositif qui loin d’être un appareil de mesure de laboratoire est devenu un véritable outil industriel de caractérisation utilisé sur les lignes de production. Toujours dans le domaine de la caractérisation spatiale de surfaces optiques de précision, la quatrième intervention se rapporte à une étude de la technique BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function) en lumière polarisée qui permet l’accès à des données globales de la qualité d'une surface. Les travaux montrent la nécessité du recours à des techniques complémentaires pour pallier les limites d'une simple mesure BRDF dans le cas de certains défauts de surface. La dernière présentation concerne le développement d'un nouveau système industriel de mesure spectrométrique qui permet la mesure automatique de la BRDF/BTDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function et Bidirectional Transmittance Distribution Function) en fonction de l'angle d’analyse et de la longueur d’onde. Le banc de mesure a déjà mis en valeur son intérêt dans différentes industries comme celles de l'automobile, de l’éclairage, de la métallurgie (aluminium, acier), de la cosmétique et des semi-conducteurs. Les performances du système ont été étendues (dynamique plus élevée) pour pouvoir mesurer les matériaux très peu diffusants comme ceux rencontrés dans les industries des verres, des cristaux et des lentilles.
D’un point de vue général, nous avons été agréablement surpris dans cette session par la qualité des interventions, contrairement peut-être à ce que nous avons pu constater ici ou là dans d’autres sessions. Ceci nous semble-t-il n’est pas lié à la qualité des travaux qui dans la majorité des cas sont excellents, mais provient plutôt des intervenants, de leur esprit de synthèse et de leur capacité à transmettre leur savoir. Une suggestion pour les années à venir serait peut-être de communiquer à nos amis chercheurs (surtout pour les débutants) quelques règles indispensables à respecter pour une bonne présentation orale, comme le fait, d’ailleurs, le SPIE pour ses colloques.