Compte-rendu du colloque 2006 :
Le 7ème colloque francophone du club SFO/Cmoi s’est déroulé du 20 au 24 novembre 2006 au Parc Expo de Mulhouse
BUTS ET ORGANISATION DE LA MANIFESTATION
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 déformation, de contraintes, de formes macroscopiques (numérisation 3D) ou microscopiques (état de surfaces, rugosité)…
Son audience est la francophonie internationale. Pour la France, l’Alsace est représentée par Rhenaphotonics Alsace, le pôle optique et photonique d’Alsace, membre du Comité d’organisation et par différents collègues de l’Université de Haute Alsace, de l’Université Louis Pasteur de Strasbourg, du CNRS, de l’INSA, de l’Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis et de Novartis, Bâle pour la biophotonique. A signaler que la situation géographique de l’Alsace, et les contacts de Rhenaphotonics Alsace avec le Bade-Wurtemberg (convention avec le cluster BW Photonics) et avec la Suisse (la Société Suisse d’Optique et de Microscopie SSOM, patronne le colloque depuis l’an 2000) ont permis un accroissement de l’audience du colloque.
Ce colloque est très tourné vers l’industrie (50 % d’industriels aux derniers colloques de Biarritz en novembre 2000, à Trégastel en novembre 2001, à Saint Aubin de Médoc en novembre 2002, à Belfort en novembre 2003, à Saint-Etienne en novembre 2004 et à Marseille en 2005.A Mulhouse, il y a eu 88 conférences et 46 exposants (record) et près de 200 participants (toujours avec environ 50% d’industriels) et autant d’invités de l’université, des écoles d’ingénieurs et de l’industrie.
Le programme est établi de façon à laisser assez de temps pour les discussions et débats afin qu’effectivement la communication s’établisse entre les opticiens qui développent les techniques de mesure et les industriels utilisateurs. Des démonstrations pédagogiques (exposition, stands) des diverses techniques opérationnelles pour l’industrie illustrent largement le potentiel des moyens disponibles.
Les conférences concernent un large public : aussi bien les scientifiques que les ingénieurs,les techniciens et décideurs de l’industrie, spécialistes ou non de l’optique et désireux de connaître les possibilités des applications industrielles de l’optique.
FORMATION
Une formation est précisément programmée chaque année pour donner aux participants non spécialistes, les principes de base permettant une meilleure compréhension de la majorité des conférences.
Fibres optiques et applications
J.P. GOURE - Univ. Jean Monnet - ARUFOG, Saint-Etienne (F)
Les microscopies et la caractérisation des surfaces
M. SPAJER, G. TRIBILLON, Université de Franche-Comté, FEMTO, CNRS,
Laboratoire d'Optique P.M. Duffieux, Besançon (F)
Techniques speckle et applications
P. JACQUOT, NAM/EPFL, Lausanne (CH)
Contrôle non destructif par techniques infrarouges
J.L. BODNAR - Laboratoire d'Énergétique et d'Optique, Univ. de Reims (F)
Contrôle et mesure de la qualité de l’aspect de surface par déflectométrie
Y. SURREL, VISUOL Technologies, Metz (F)
Mesure de formes et de champs de déplacements tridimensionnels par stéréo-corrélation d’images : applications en mécanique expérimentale
J.J. ORTEU, École des Mines, Albi (F)
EXPOSITION
L’exposition dure 2 jours, le mercredi et le jeudi avec de longues pauses permettant une visite approfondie par les participants aux conférences et par les invités des industries et des laboratoires de la région.
On peut remarquer que de plus en plus de techniques optiques et photoniques sont utilisées maintenant dans divers secteurs allant de la mécanique du solide à la mécanique des fluides en passant par les sciences de la vie et la médecine, et les nombreux exposants nationaux et internationaux en apportent la preuve. A Mulhouse, tous les records ont été battus avec 46 stands.
VISITE TECHNIQUE
Une visite technique est organisée chaque année le vendredi après-midi chez un industriel local montrant des nouvelles applications de l’optique. En Alsace, nous avons visité la société TELMAT à Soultz (68), concernant les mesures 3D pour le vivant permettant la définition très avantageuse de vêtements, notamment pour les armées.
II. PRINCIPAUX THÈMES SCIENTIFIQUES DÉBATTUS
Les potentialités de l’optique (mesures ponctuelles ou globales sans contact, grande résolution spatiale et temporelle, miniaturisation et bas coût possibles) sont devenues et deviendront de plus en plus des réalités dans le monde industriel et dans le domaine des sciences de la vie grâce aux progrès réalisés dans le domaine de la micro-électronique, de la micromécanique, de l’imagerie et du traitement du signal.
Le colloque de Mulhouse comportait 3 conférences introductives, 13 sessions d’exposés et 2 sessions d’introduction orale des affiches (posters) présidées par des collègues de la recherche et de l’industrie et réparties sur 3,5 jours, du 20 novembre au 24 novembre midi.
•Conférence introductive 1
Etat de l’art des techniques d’Instrumentation Optique
G. BRUN, Délégué Régional à la Recherche et à la Technologie - Région Champagne-Ardenne, Châlons-En-Champagne (F)
•Conférence introductive 2
Quid de l’état de l’art des Réseaux de Capteurs à Fibres Optiques, 20 ans après leurs premiers balbutiements ?
P. FERDINAND, CEA-List DETECS / SYSSC - Centre d’Etudes de Saclay, Gif-sur-Yvette (F)
•Conférence introductive 3
Applications de techniques optiques dans l’industrie aéronautique et spatiale
J. Bouteyre, EADS Space Transportation, Saint-Médard-en-Jalles (F)
• Session 1: Holographie numérique
Présidée par C. DEPEURSINGE, EPFL, Lausanne (CH)P. PICART, ENSIM, Le Mans (F)
Les quatre conférences de la session ont abordé essentiellement deux aspects des techniques holographiques : holographie numérique de Fresnel et microholographie numérique.
La première conférence de la session a concerné la métrologie fine de vibrations auto-oscillantes de grandes amplitudes et son application à l’oscillation d’une anche de clarinette en conditions de jeu. La méthode repose sur scanning temporel à base de laser pulsé pour reconstruire complètement en amplitude et phase le déplacement de la structure étudiée. L’application expérimentale concerne l’auto oscillation d’une anche de clarinette placée dans une bouche artificielle qui reproduit au mieux les conditions de jeu musical réel avec un clarinettiste confirmé. Pour reconstruire une période de l’oscillation libre de l’anche en bouche artificielle (environ 6ms) d’amplitude 400 micromètres, il est nécessaire d’acquérir 3000 hologrammes numériques avec un échantillonnage virtuel de 2 microsecondes. Les premiers résultats présentés au Colloque CMOI montrent les quatre phases du mouvement : phase d’ouverture, anche en position ouverte, phase de fermeture et anche en position fermée sur le bec. En position fermée, la mesure holographique met en évidence des ondulations fortes dues au claquement vigoureux de l’anche sur le bec. Cette première étude permet d’envisager la compréhension de la physique de la clarinette ainsi que l’identification de paramètres clés de l’anche qui conditionnent la qualité du jeu musical.
La seconde conférence concernait l’utilisation de sources lasers picosecondes pour la microholographie numérique. L’idée principale est d’utiliser des sources lasers avec des faisceaux faiblement cohérents et de qualités moindres possédant des fronts d’onde astigmates. Ainsi, la faible cohérence permet un gain appréciable en rapport signal/bruit dans des hologrammes en ligne reconstruits numériquement et la compensation des défauts initiaux du front d’onde est effectuée par le traitement numérique. Les auteurs ont étudié analytiquement la reconstruction du champ diffracté par transformée de Fourier fractionnaire et ils ont montré que le choix judicieux de l’ordre fractionnaire conduisait à une augmentation de la résolution spatiale. Les évaluations théoriques sont confortées par des résultas expérimentaux sur un champ de particules de 100 micromètres de diamètre.La troisième conférence a abordé la problème inverse en microholographie numérique, c’est à dire comment déterminer le diamètre et le champ de vitesse de particules avec un jeu d’hologrammes numériques de Gabor.
L’idée proposée par les auteurs consiste à rechercher les paramètres de position et de taille des particules qui permettent de calculer l’hologramme modèle qui correspond au mieux à l’hologramme réellement enregistré. En vue de réduire le nombre de paramètres, l’optimisation est réalisée itérativement particule par particule par un algorithme à trois étapes qui permet de s’affranchir des effets de bords et d’améliorer la précision axiale. Bien que le temps de traitement soit long et que l’algorithme suppose des particules parfaitement sphériques, son intérêt est démontré par une comparaison avec des résultats obtenus par anémométrie laser Doppler.
La dernière conférence de la session a abordé la microscopie holographique numérique. Les auteurs ont présenté un microscope commercialisé par la société Lyncée Tec SA, startup de l’EPLF. La conférence s’est focalisée sur l’intérêt d’utiliser une technique holographique pour mesurer des paramètres de surface par microscopie puisque le système capture en une seule acquisition, sans mécanisme de balayage, toute l'information nécessaire à des mesures 3D avec une résolution verticale à l'échelle du nanomètre. En configuration « off axis », l’hologramme numérique permet de reconstruire d’une part l’information de phase qui révèle la topographie 3D de la surface de l’objet observé, et d’autre part des images en amplitude telles qu’obtenues par un microscope optique conventionnel. Les deux images, reconstruites en temps réel, à plus de dix images par seconde, sont définies avec une résolution transversale limitée par la limite de diffraction de l’optique de grossissement utilisée. Ce très court temps d'acquisition permet de rendre le système insensible aux vibrations et perturbations extérieures, et d'utiliser ces instruments même en environnement de production. Les applications proposées concernent la caractérisation statique et dynamique de microsystèmes électroniques ou opto-électroniques (MEMS et MOEMS), l’étude topographique de surfaces, la mesure de rugosité et le contrôle de composants d'optique et de micro-optique.
Cette session a ainsi mis en évidence le potentiel extraordinaire des méthodes holographiques numériques pour la métrologie fine de phénomènes physiques ou de micro systèmes. La gamme d’échelle des applications enveloppe donc le domaine macroscopique et le domaine microscopique. Les échanges entre les différents milieux académiques et le milieu industriel que favorise le colloque CMOI ne peut que contribuer à l’émergence de nouvelles idées et applications.
• Session 2: Matériaux pour l’optique
Présidée par C. CARRÉ – ENST Bretagne, Brest (F)L. MAGER – IPCMS, Strasbourg (F)
Cette session consacrée aux matériaux pour l’optique avait comme précédemment pour thèmes l’étude de l’interaction lumière-matière, la mise en œuvre de matériaux fonctionnels pour l’optique et la présentation de techniques optiques pour la caractérisation de matériaux. Elle était l’objet de quatre communications.
Face au besoin croissant de grande capacité d’archivage d’informations, un des objectifs actuels est d’accéder à de nouveaux supports ayant des capacités de stockage de plus en plus élevées. Ainsi, pour essayer de dépasser le téraoctet dans un conditionnement raisonnable, le stockage holographique est une voie prometteuse, permettant d’exploiter l’ensemble du volume du matériau et non plus seulement sa surface. Différentes solutions mettant en jeu l’inscription de hologrammes dans des photopolymères commencent à voir le jour, avec en particulier le système proposé par l‘américain Inphase Technologies.
Les matériaux composites polymère/cristal liquide peuvent mémoriser une figure d’interférences incidente sous forme d’une alternance de zones riches en polymère et de zones où se rassemblent les gouttelettes de cristal liquide.
Ce milieu photosensible possède les avantages d’un photopolymère (matériau auto-développant) et les propriétés d’un cristal liquide qui lui confère des possibilités de commutation. Ces matériaux sont optimisés en vue de l’obtention de cristaux photoniques.
Des micro-pointes optiques sont aujourd’hui créées en extrémité de fibre optique par photopolymérisation. Ces lentilles polymères sont solidaires de la fibre optique et dans le prolongement exact du cœur. Elles sont de dimension micronique ou sub-micronique, de géométrie variable, correspondent à une distance focale d’environ 4,5 µm pour une ouverture numérique allant de 0,3 à 0,9. Le diamètre, par lequel émerge la lumière en extrémité, est d’environ 500 nm. L’objectif actuel est l’amélioration des performances pour développer leur utilisation en SNOM.
La mise en place du Laser Mégajoule a montré la nécessité de travailler sur la tenue au flux laser de différents matériaux (cristaux doubleur et tripleur de fréquence, silice).C’est dans ce contexte que le banc SOCRATE est aujourd’hui mis en place. Il est destiné à l’acquisition de nouvelles données complétées par des caractérisations spectroscopiques plus classiques. Toutes ces informations doivent ensuite faciliter la compréhension des mécanismes à l’origine de l’endommagement laser et permettre d’améliorer la tenue au flux des composants optiques avant leur mise en place dans la chaîne laser.
• Session 3: Applications par techniques infrarouges
Présidée par J.L. BODNAR - LEO, Univ. De Reims (F)Ph. HERVE - LEEE, Univ. Paris XI, Ville d'Avray (F)
- Caractérisation quantitative par thermographie bi spectrale des effluents gazeux : Application à la sécurité et à la respiration L’objet de ce travail est d’essayer de caractériser quantitativement des effluents gazeux par thermographie bi spectrale. Les auteurs montrent qu’une analyse différentielle semble être la méthode la plus efficace, parmi celles envisagées, pour analyser des jets de gaz. Ils montrent d’autre part, que pour aboutir à une quantification du phénomène, il est préférable d’acquérir simultanément les images monochromatiques utiles à l’analyse.
- Etude expérimentale de l’usinabilité d’aciers par analyse thermographique lors d’un essai de rabotage en coupe orthogonalL’objet de ce travail est d’étudier expérimentalement l’usinabilité d’aciers par thermographie infrarouge. Les auteurs montrent expérimentalement que la méthode permet de déterminer rapidement l’usinabilité d’une nuance d’acier inoxydable en plus d’une meilleure compréhension des phénomènes thermomécaniques mis en jeu.
- Une caméra pour traquer les fuites de gaz invisiblesL’objet de ce travail est la présentation d’un dispositif expérimental permettant des traques des fuites de gaz invisibles.
Les auteurs montrent que leur instrumentation permet la détection et la localisation de différents types de gaz comme le butane ou le benzène
- Analyse thermique de complexes isolants multicouches par thermographie infrarouge L'objet de ce travail est d’approcher les possibilités de la thermographie infrarouge passive et active en matière d’analyse de complexes isolants multicouches. Les auteurs montrent d’une part, que la méthode passive permet une bonne quantification du flux thermique traversant un complexe isolant plâtre – polystyrène. Ils montrent d’autre part que la méthode active permet la détection des défauts d’isolations dans un complexe isolant du même type, et ce qu’il soit placé en partie courante d’un mur ou à proximité d’un refend.
- Utilisation d’une caméra infrarouge pour la mesure de température et l’identification des paramètres d’un modèle de propagation pour un feu de terrain
L’objectif de ce travail est de contribuer à fournir aux gens de la lutte anti-incendie un simulateur de feux. Les auteurs montrent d’une part qu’une caméra infrarouge est bien adaptée pour le suivi de feu de terrain. Ils montrent d’autre part qu’elle permet aussi l’accès aux paramètres nécessaire au modèle de propagation d’incendie.
• Session 4: Aide au diagnostic de l’état des œuvres d’arts
Présidée par V. DETALLE – LRMH, Champs sur Marne (F) J.J. EZRATI – C2RMF, Paris (F)
Pour la seconde fois le programme du CMOI ouvrait une session consacrée aux apports de l’optique au domaine de la recherche, de la restauration et de la conservation des œuvres d’art.
Cette session a permis de confirmer 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, soit six communications, par les deux laboratoires du ministère de la culture et de la communication, en collaboration avec d'autres laboratoires du ministère de la recherche, mais aussi par l'Institut des Nano-Sciences de Paris ainsi qu'un projet européen impliquant plusieurs institutions.
Le premier exposé traitant de l'usage de la microtopographie pour une meilleurs connaissance des œuvres d'art présenté la première phase d'une étude ayant pour objet l'identification du travail d'un artiste florentin du XVème siècle, Dessiderio da Settignano, par la caractérisation des différents traitement du poli (le finito) sur ses sculptures. Le travail réalisé dans cette première phase sur deux de ses œuvres devra reprendre dès que l'exposition qui lui est consacrée au Musée du Louvre, sera terminée.
le second exposé « Application de la spectroscopie d’émission optique sur plasma induit par laser à l’analyse du patrimoine culturel : enjeux, principes et réalisations » résultat d'une collaboration entre le CEA et le laboratoire de recherche des monuments historique – LRMH - a présenté les premières applications de la spectroscopie d'émission sur plasma induit par laser (LIPS) à l'analyse du patrimoine culturel, comme le suivi de nettoyage au laser d'œuvres et l'analyse directe de ces dernières pour l'identification de pigments, la composition d'alliages métalliques ou de céramiques.
Le troisième exposé « identification non-destructive des vernis des œuvres d’art par fluorescence UV » présenté par l’INSP – Paris 6, apporte une solution simple et efficace à l’identification des vernis permettant ainsi aux restaurateurs effectuant des allègements de ces derniers de choisir en connaissance de cause le type de solvant à utiliser. Cette méthode allie la mesure optique et la comparaison avec une base de données de vernis de référence récent, vieillis artificiellement ou naturellement.
Le cinquième « Identification des composants de couches picturales stratifiées par SOCT et modélisation de l’aspect visuel par AFM » travail présenté par Gaël Latour, doctorant à INSP. Cette méthode veut répondre à la recherche de la composition pigmentaire des œuvres d’art d’une manière non destructive, c’est-à-dire sans prélèvements à partir d’un système de tomographie optique cohérente qui combine l’imagerie tomographique dans le domaine du visible et la spectroscopie par interférométrie de Linnik. Enfin le sixième, présenté par le Centre Spatial de Liège, « Détection de défauts dans des œuvres d’art par holographie photoréfractive et utilisation pour la certification et la conservation : présentation du projet européen MULTIENCODE et résultats préliminaires ». Ce projet a comme objectif de créer une nouvelle méthodologie, et un appareillage portable, pour le suivi des œuvres d’art mobile (transports, expositions, traitements, etc.) grâce aux techniques holographiques. Cette méthodologie sera testée avec les musées partenaires du projet, la Tate Gallery à Londres et la National Gallery à Athènes. « Radiométrie photothermique sous excitation aléatoire et analyse paramétrique appliquée à la détection de défauts situé dans une fresque », collaboration entre le LRMH et le laboratoire d’Energétique et d’Optique de Reims, a présenté comme étude de cas la détection de quatre défauts présents dans une fresque. Cette méthode, comparée à d’autres comme l’examen acoustique, voire l’examen tactile, est rapide, sans contact, objective, quantitative et permet l’analyse de surfaces étendues.
En conclusion, toutes ces présentations et la participation du public confirme tout l’intérêt que représente ce type de rencontre entre chercheurs, industriels et utilisateurs dans la recherche de développer des appareils d’analyses portables, non-destructifs et sans contact conduisant à des résultats quantitatifs précis et en temps réel.
• Session 5: Sciences du vivant
Présidée par J.L. TRIBILLON, MRIS/DGA, Paris (F)C. SUBRAN, OPTON LASER INTERNATIONAL, Orsay(F)
La session consacrée aux sciences du vivant comportait 5 exposés :
- Lasers microchip et leurs applications en biophotonique
Depuis 2003, Oxxius a breveté une architecture monolithique de laser pompé par diode, incluant ² fonctions de filtrage en polarisation et en fréquence et un contrôle précis de l'évolution en température des fréquences des modes et du filtre. Cette architecture permet au laser d'atteindre facilement un fonctionnement monofréquence et d'y rester.Le premier laser produit selon cette architecture émet une longueur d'onde de 473 nm (SLIM-473). Récemment Oxxius a adaté cette technologie à d'autres longueurs d'onde : 532nm- 561 nm- et au moyen de triplage de fréquence en intra-cavité des longueurs d'onde dans l'UV.Les longueurs d'onde disponibles actuellement sont : 473nm, 532nm, 561nm,671nm. Plusieurs autres longueurs d'onde seront lancées : 488nm, 456nm, 514nm, et surtout 355nm.L'instrumentation biophotonique sera le principal bénéficiaire pour diverses applications.instrumentation bio-médicale LIF, la fluorescence laser pour les analyses via les marqueurs excités dans le bleu ou l'UV, cytométrie en flux ou comptage des photons, analyse confocale,séquençage ADN, imagerie in-vivo.
- Capteurs miniatures de pression à fibre optique :
défis et opportunités des applications médicalesNous savons tous que l'utilisation de fibres optiques pour les télécommunications est aujourd'hui acquis technologique établi pour le grand public.Dans le milieu médical, le premier critère d'acceptation d'une nouvelle technologie est sa fiabilité et sa reproductibilité car la vie des patients est en jeu. Les capteurs sont le plus souvent intégrés dans des systèmes complexes de diagnostics cliniques et leur utilisation doit rester le plus simple pour le praticien.De plus les capteurs à fibre optique doivent avoir un coût proportionnel à l'avantage technologique qu'ils procurent face à des technologies conventionnelles.A ce jour citons par exemple la thérapie de contre-pulsation intra-aortique (intra aortic balloon pumping, IABP). Le capteur FOP-MIV est suffisamment petit (diamètre = 550 microns) pour être intégré à l'extrémité d'un cathéter, exactement à l'emplacement où la mesure de pression est requise.Un autre exemple d'application concerne la mesure de la pression intra-cranienne (PIC) qui est un paramètre critique à mesurer en cas de traumatismes. Le cathéter peut être placé avec précision dans le cerveau à l'aide d'imagerie par résonance magnétique (IRM).La mesure de pression à l'aide de capteurs miniatures à fibre optique s'applique aisément aux diagnostics urologiques.Ainsi l'utilisation des capteurs de pression miniatures à fibres optiques dans le domaine médical ouvre la voie vers de nouvelles thérapies minimalement invasives ainsi qu'à des méthodes de diagnostics cliniques beaucoup plus performantes.
- Microscopie tomographique optique en lumière cohérente.
La technique d'imagerie tri-dimensionnelle mise en oeuvre au travers d'un montageexpérimental sur un bâti de microscope est basée sur la microscopie holographique en lumière cohérente et l'interférométrie.Si l'on considère des objets diffusants (cellule biologique) on peut affirmer que l'image enregistrée correspond à la distribution spatiale des indices optiques complexes du spécimen, où la partie réelle décrit les propriétés de diffraction tandis que la partie imaginaire décritl'absorption de la lumière.Cette technique permet donc d'accéder à des données physiques de la cellule qui n'étaient pas jusqu'alors accessibles avec des techniques de microscopie classique. De plus les données tridimensionnelles peuvent faire l'objet de différents traitements en lien direct avec les paramètres physiques.
- Développement au LNE de moyens de caractérisation de simulateurs solaires ultraviolet utilisés pour la détermination des facteurs de protection solaire (SPF ) en cosmétique.
Il s'agit de mesurer le facteur de protection solaire ( SPF ). Le dispositif met en oeuvre l'utilisation d'un spectroradiomètre de marque Opronic Lab., type OL 754, équipé d'une sphère intégrante de 5 cm de diamètre avec un port d'entrée de 8 mm de diamètre. Le spectroradiomètre est constitué d'un monochromateur double à réseaux muni de fentes delargeur ajustable. Le système de détection est un photomultiplicateur. Le domaine spectral couvert est 200nm-800nm. Les fentes du monochromateur sont choisies pour obtenir une largeur à mi-hauteur inférieure à 1,2 nm dans le domaine UV.
- Stabilisation du processus de déconvolution par filtrage de la réponse impulsionnelle optique.
La microscopie de fluorescence tri-dimensionnelle est devenue l'une des principales méthodes d'investigation volumique de spécimens vivants. Avec cette méthode, chaque image acquise est la convolution entre l'objet et la réponse impulsionnelle optique (PSF, Point Spread Function) du système d'acquisition. Les images doivent être restaurées. Les méthodes dedéconvolution permettent d'effectuer ce traitement de façon numérique. Mais ces méthodes peuvent s'avérer instables et complexes d'utilisation, d'où l'intérêt de les combiner avec l'expérience, ce qui est fait dans cette étude.Il a été présenté l'application de cette méthode à la microscopie 4-D, laquelle consiste en une acquisition consécutive de plusieurs images 3-D.Très peu de techniques permettent de suivre l'évolution temporelle rapide de spécimens microscopiques.En utilisant les moments de Zernike pour prétraiter la PSF, le rapport signal sur bruit est amélioré, ce qui a pour effet d'optimiser la stabilité de la déconvolution et la reproductibilité des résultats. De plus la PSF du microscope est constante durant l'acquisition 4-D ainsi une seule PSF de Zernike peut être utilisée pour la déconvolution de l'ensemble de la série d'images 3-D.
• Session 6: Optique et Automobile
Présidée par Ph. CHICAN, Pôle Véhicule du Futur, Mulhouse (F)Ch. CUDEL, MIPS/.Université de Haute Alsace, Mulhouse (F)
La session comportait 5 exposés liés à l'automobile et l'optique. Nous avons eu le plaisir d'écouter deux présentations d'universitaires, deux d'industriels et une dernière industriels/universitaires. Avant de détailler les thèmes abordés au sein de chacune de ses sessions, on peut d'emblée remarquer que les applications sont très diverses, et en fin de compte cela montre que l'optique trouve sa place parmi l'équipement automobile, l'instrumentation pour la modélisation du véhicule et de ses organes, ou bien encore pour la métrologie d'éléments mécanique.
La session a débuté par un exposé du LPRC
qui a étudié l'apport d'un système d'imagerie laser pour la vision en milieu diffusant (typiquement du brouillard). L'idée, extrêmement séduisante, consiste à utiliser une diode laser en émission mais aussi comme détecteur. Le principe est qu'un faisceau va être amené à se réfléchir vers sa source au contact de la surface d'une cible. La quantité de photons retournés est liée à la surface et aux milieux diffusants traversés. Classiquement, on essaie de minimiser cet effet, ici les auteurs ont essayé de trouver une source qui possède le taux de ré-injection le plus important pour exploiter le phénomène. Ils ont montré quelques résultats intéressants obtenus en laboratoire avec un panneau routier, voilé par du lait (en guise de brouillard). C'est un système d'imagerie ponctuel, qui nécessite donc un balayage de la cible pour obtenir une image. A ce jour, il faut 5 secondes pour former une image 200x200. Les auteurs envisageraient à terme de porter ce système sur un véhicule.
Le deuxième exposé, présenté par le laboratoire MIPS, a montré l'utilisation de capteurs laser pour mesurer le carrossage d'une roue. Dans un premier temps les auteurs ont montré, malgré les idées reçues, que les modèles concernant le contact 'roue-sol' ne permettent pas d'envisager toutes les situations de conduite. C'est dans cet objectif qu'ils ont été amené à développer cette mesure de carrossage. Même si plusieurs définitions de l'angle de carrossage existent, on peut considérer qu'il s'agit de l'angle entre la route et la jante. Le système présenté utilise 3 capteurs de distances laser. Avec les 3 distances mesurées, l'angle de carrossage est retrouvé par triangulation. Les essais dynamiques ont été présentés sur un changement de file à 30km/h. Ils montrent qu'ils peuvent être corrélés avec d'autres mesures effectuées sur le véhicule (accélération latérale, angle au volant). Ce dispositif permet d'atteindre une résolution de 0,4°, et montre une bonne robustesse vis à vis du mouvement de la roue.
Le troisième exposé était consacré à un vaste aperçu de la thermographie et de la vision infra rouge appliqué au secteur de l'automobile. C'est la société FLIR System, un acteur majeur dans le domaine, qui a présenté l'intérêt de la thermographie. L'imagerie infra-rouge se trouve aussi bien en recherches et développements, qu'en contrôle de process, qu'en maintenance préventive, ou bien même embarqué sein de véhicules. Des exemples ont été détaillés, nous retiendrons particulièrement le contrôle d'inserts pour la fabrication de sièges automobiles, la maintenance dans les équipements électriques ou bien encore l'assistance au conducteur avec la vision nocturne, proposée sur certains modèles de véhicules. Les caméras infra rouges peuvent se substituer à des caméras industrielles au sein même d'une chaîne de vision automatisée, ou peuvent être intégrées sous forme d'éléments portatifs. La thermographie s'est montrée comme l'outil adapté à chacune des situations présentées.
Le quatrième exposé, présenté par la société HOMMEL SOMICRONIC, était consacré à la métrologie pour le contrôle d'éléments mécaniques. Cette société a développé la machine Opticline qui permet de vérifier jusque 21 caractéristiques de buses d'injection Common rail. Son principe utilise l'ombroscopie, et donne des précisons de quelques microns, ce qui réponds aux exigences industrielles. Le contrôle est entièrement automatisé, avec un système de caméras sans entretien et des servomoteurs qui assurent des guidages linéaires. Elle possède également des étalons pour calibrer la machine à chaque mesure. La mesure est rapide, puisque une pièce est contrôlée au court d'un cycle de 20 secondes.
Le cinquième exposé est le fruit d'une collaboration qui associe la société MECAPLAST, l'institut Femto-st/crest (Université de France Conté) et le LEEE (Université Paris X). Le travail présenté portait sur la mesure par PIV des champs de vitesse de particules d'huiles qui se retrouvent dans le « gaz carter » (fuites au niveau des pistons). Ces particules contribuent à la consommation d'huile de véhicules, et peuvent de plus engendrer des dégradations d'organes mécaniques. Plusieurs types de décanteurs ont été élaborés pour extraire ces particules du gaz et le travail présenté consiste à caractériser l'apport de décanteurs à hélice axial. La PIV se montre particulièrement adaptée à ce cas de figure. En effet, classiquement la PIV permet d'étudier un écoulement qui est ensemencé de traceurs sensés suivre les trajectoires du gaz ou du fluide étudié. Ici, c'est réellement la trajectoire des gouttelettes d'huile, qui sont les traceurs « naturels », qui sont analysées. Le système a été étudié sur un banc conçu à cet effet, où les traceurs sont analysés au moyen d'un laser YaG illuminant la section d'une veine transparente. On accède ainsi aux vitesses tangentielles et radiales suivant le sens de déplacement des particules. Les mesures effectuées ont notamment permis de caractériser l'efficacité du procédé (30 litres/minutes) en fonction de la taille des particules.
• Session 7: Optique et matériaux fibreux
Présidée par M.A. BUENO, LPMT, ENSISA,Université de Haute Alsace (F)L. BIGUÉ, MIPS, ENSISA, Université de Haute Alsace (F)
Contexte général
Cette session s’inscrit dans le cadre des thématiques du pôle de compétitivité « Fibres Naturelles Grand Est ». Ce pôle regroupe trois secteurs d’activités correspondant chacun à des matériaux particuliers : le bois, le papier et le textile. La thématique des matériaux fibreux est abordée pour la première fois en tant que telle au cours du colloque Cmoi bien que ces secteurs utilisent largement des méthodes optiques pour caractériser la structure, l’état de surface et l’aspect de ces trois matériaux, que ce soit au cours du procédé de fabrication ou à l’usage.Les méthodes optiques utilisées s’avèrent très variées en fonction des applications puisque qu’elles vont des rayons X à la thermographie IR en passant par la strioscopie et le traitement d’images.
Présentations
Le premier exposé fait une revue des nombreuses méthodes optiques et des logiciels de traitement d’image proposés par le Centre Technique du Papier (Grenoble) afin de caractériser la matière première et de mesurer la qualité du produit fini dans les usines de recyclage. La quantité d’indésirables (plastiques, métaux et humidité) est caractérisée par la mesure d’un spectre dans le proche IR. La détermination de la blancheur est réalisée par la mesure de la brillance. Le traitement d’images est largement utilisé pour mesurer les caractéristiques morphologiques des fibres, le taux d’impureté dans la pâte ou l’orientation et la distribution des fibres dans le papier ou encore pour contrôler les casses en production. La mesure de l’encrassement du feutre est faite par mesure de la lumière d’un laser absorbée par transmission.
Dans le second exposé, le Centre des Matériaux de Grande Diffusion de l’Ecole des Mines d’Alès (site de Pau) traite de la caractérisation du vieillissement et des défauts des menuiseries en bois. Une acquisition d’images de la surface est réalisée en couleurs RVB, puis codée en Lab ou LCH. Les surfaces bois sont ainsi cartographiées en s’affranchissant du système d’acquisition. Pour caractériser les dérives de couleur liées au vieillissement, l’écart de couleur moyen entre l’échantillon vieilli et sa référence est calculé. La détection des inhomogénéités de la texture est représentée à l’aide de la répartition spatiale des couleurs.
Les tâches sont détectées de la façon suivante : les images couleur des échantillons sont contrastées dans les différents plans L, C et H. Les seuils de discernabilité de ces trois types de défauts sont ensuite déterminés par analyse sensorielle.Le laboratoire du bois à Nancy (LERMAB) et l’ENIM (Tunisie) étudient la déformation d’un tricot jersey en coton sous l’effet de l’humidité grâce à un dispositif d'imagerie numérique par rayons X. Le système capture des images de l’atténuation des rayons X par les tricots. L’échantillon est placé dans une chambre climatique transparente aux rayons X. Le champ obervable mesure 30x20 mm, et il est étudié à une résolution de 30 µm grâce à une caméra CCD 12 bits refroidie précédée d’un scintillateur. L'évaluation des déformations dues aux variations d'humidité est réalisé a posteriori grâce à un algorithme de corrélation d'images. Les résultats montrent que sous l’effet de l’humidité le tricot se déforme et ceci de façon réversible..
L’exposé suivant concerne une étude thermomécanique de tissus réalisée par thermographie IR sous traction uniaxiale réalisée au laboratoire textile de Mulhouse (LPMT). L’émissivité des échantillons a tout d’abord été déterminée. Les échantillons sont placés dans une enceinte climatique afin de limiter l’influence de l’environnement. Il est montré que la vitesse de l’essai de traction n’a pas d’influence sur le comportement mécanique du tissu ; en revanche, la température du tissu augmente de façon non linéaire avec la vitesse. De plus, la température ne varie quasiment pas dans la première partie linéaire de la courbe de traction, puis elle augmente avec la force. L’énergie thermique dissipée est la moitié de l’énergie mécanique dissipée.Le dernier exposé de cette session émane de l’Université de Haute Alsace (LPMT et MIPS) et décrit le principe et les résultats d’un dispositif servant à caractériser la pilosité de surface et à mesurer le profil de surface fibreuses souples (tricots, tissus, non-tissés) par strioscopie puis traitement des données et d’images. Le matériau souple est éclairé en lumière rasante par un laser par filtrage spatial. Une série d’images représentant la pilosité et l’interface entre la pilosité et la structure est obtenue. L’information est séparée en deux : d’une part l’information pilosité est traitée afin d’obtenir la distribution en longueur des poils réelle ou émergeant de la surface ; d’autre part, l’interface est exploitée afin d’obtenir le profil de la surface.