Compte-rendu du colloque 2008 :
Le 8ème colloque francophone du club CMOI s’est déroulé du 19 au 23 novembre 2007 au Palais des Congrès d’Arcachon
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. Notre Comité Scientifique et Technique et nos correspondants regroupent des représentants de nombreux pays d’Europe, du Canada, des USA et de nombreuses régions et villes de France. Et notamment de la Région Aquitaine avec des collègues de haut niveau (Jacques Bouteyre d’EADS ASTRIUM à St Médard en Jalles, co-fondateur de ce colloque - Arnaud Mennrath de la SNECMA à St Médard en Jalles - Benoît Appert-collin d’ALPhANOV à Bordeaux – et Gabrielle Marre d’ALPhA de la gouvernance de la « Route des Lasers ».
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, à Marseille en 2005 et à Mulhouse en 2006. A Arcachon, il y a eu 82 conférences et 45 exposants et un peu plus de 200 participants (toujours avec environ 50% d’industriels) et de nombreux 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.
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) et G. BRUN - DRRT/Champagne-Ardenne (F)
Les microscopies et la caractérisation des surfaces
M. SPAJER, G. TRIBILLON – Institut FEMTO-ST/Univ. de Franche-Comté, 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.
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 Aquitaine, nous avons visité le Laser MégaJoules (LMJ) du CEA/CESTA , la zone LASERIS 1 de la SEML Route des Lasers et l’Institut Lasers et Plasmas (ILP) créé par le CEA, le CNRS, l’Université de Bordeaux 1 et l’Ecole Polytechnique.
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 d’Arcachon comportait 6 conférences introductives, 14 sessions d’exposés présidées par des collègues de la recherche et de l’industrie réparties sur 3,5 jours, du 20 novembre au 21 novembre midi.
•Conférence introductive 1
Introduction sur les nouvelles technologies laser
A. DIARD - QUANTEL, Les Ulis (F)
•Conférence introductive 2
Lasers à fibre pulsés de très forte puissance du proche Infra-rouge à l'UV
F. SALIN, R. BELLO DOUA, J. SABY, Ph. YVERNAULT - EOLITE Systems, Pessac (F)
•Conférence introductive 3
Méthodes d'imagerie destinée à la lutte anti-contrefaçon
Th. FOURNEL Lab. Hubert Curien, - UMR CNRS - UJM 5566, Saint-Etienne (F)
•Conférence introductive 4
Lasers en biophotonique
C. SUBRAN, J. SAGAUT, G. DELPONT -OPTON LASER International, Orsay (F)
•Conférence introductive 5
Vers la fusion thermonucléaire du Deutérium-Tritium par laser
F. JEQUIER - CEA/CESTA, Le Barp (F)
•Conférence introductive 6
Présentation de la SEML Route des Lasers
I. LAPORTE - SEML Route des Lasers, Bordeaux (F)
• Session 1: Métrologie
Présidée par J-M CAUSSIGNAC – LCPC, Paris (F) Y. SURREL - VISUOL Technologies, Metz (F)
Longtemps limitées à de la visualisation de phénomènes, aujourd’hui, les méthodes optiques et d’imagerie offrent de plus en plus à l’utilisateur des outils quantitatifs permettant à ces techniques des applications industrielles tout à fait compétitives vis-à-vis des moyens opérationnels qui existent. Les apports des progrès technologiques et de l’algorithmique de saisie et de traitement des informations ont largement contribué à ces développements. Les démarches métrologique et qualiticienne deviennent donc essentielles dès qu’il s’agit de couvrir le domaine applicatif. C’est la raison pour laquelle une session consacrée à cette discipline dans un colloque ciblé vers les applications prend ici toute sa place.
Quatre communications ont été présentées dans le cadre de cette session. Les exposés ont permis d’aborder différents sujets sous l’aspect métrologique dans des secteurs variés, allant de la métrologie légale de la masse, à l’étalonnage photométrique en abordant une application « génie civil » et une caractérisation d’état de surface débouchant sur une application métrologique en microélectronique.
La première présentation orientée vers la métrologie légale s’est intéressée à la question du « kilogramme » qui est la dernière unité dans le Système International d’unités (SI) définie par un artefact matériel. Une des expériences les plus prometteuses pour la redéfinition du kilogramme semble être la balance du watt dont le principe s’appuie sur la comparaison de puissances électrique et mécanique mesurées au cours de deux phases successives, l’une statique, la seconde dynamique. Portée par le Laboratoire National d’Essais, l’expérience présentée relative à une mesure très fine de déplacements et basée sur l’utilisation de l’interférométrie de Michelson hétérodyne en double passage et d’une carte électronique haute fréquence, consiste à déplacer un miroir sur une course de 80 mm avec une stabilité de vitesse à l’échelle du nanométrie par seconde. Les résultats confirment les performances attendues à savoir une incertitude relative de 10-8 voire de 10-9., sachant que l’asservissement du miroir avec les performances particulièrement drastiques requises constitue la grande originalité du système. Etant donné qu’il s’agit de métrologie légale, il faut maintenant positionner ces résultats, au demeurant fort encourageants, vis-à-vis de ce qui se fait à l’extérieur par des organismes analogues, notamment le NPL.
L’objet de la seconde présentation a concerné la mesure et la caractérisation photométriques des LED. Les photomètres actuellement disponibles reposent sur des principes différents qu’il s’agisse de spectroradiomètres, de sphères intégrantes de goniophotomètres ou de photomètres à mesure directe. Cette diversité de principes soulève le problème de l’étalonnage de ces appareils et des références « étalon ». Pour tenter de répondre à cette problématique, une détermination et une analyse fine des incertitudes associées à chaque technique ont été effectuées afin de fournir aux utilisateurs potentiels une indication précise sur le degré de confiance à accorder aux mesures photométriques réalisées.
Ces études étant terminées, l’application et la validation se sont portées sur les LED. En particulier, on a montré que le lobe d’émission étant variable avec chaque LED, l’influence sur le résultat était négligeable lorsque le cône d’émission restait confiné dans une ouverture maximum de 120°. Dans ces conditions, le bilan d’incertitudes réalisé a permis de fixer à 5% celles liés au matériel et à 10% celles englobant le processus global de mesure. Néanmoins, cela exige de fournir avec chaque photomètre un étalon de référence et un mode opératoire. En conclusion, cette étude métrologique présente un intérêt pour les fabricants de photomètres, mais aussi de LED.
La troisième communication a été ciblée sur la mesure des caractéristiques d’aiguilles de pénétrabilité par méthode optique. En génie civil les contrôles de matériaux sont indispensables pour s’assurer des performances attendues sur les constructions réalisées. Dans ce contexte, la pénétrabilité à l’aiguille est un test expérimental qui permet de classer les bitumes et les sols suivant leur dureté. Cet essai qui fait l’objet de la norme européenne NF EN 1426 consiste, pour les matériaux de chaussées, à laisser tomber une aiguille lestée dans un pot de bitume conservé à une température de 20°C. La profondeur d’enfoncement mesurée de l’aiguille représente le quantificateur recherché. Cet essai impose une connaissance précise de la géométrie et de la conicité de l’aiguille. Pour accéder à ces paramètres, il existe une méthode usuelle basée sur l’exploitation manuelle des données fournies par un projecteur de profil. La lourdeur et le temps de mise en œuvre ont conduit à réfléchir à une nouvelle technique automatique d’imagerie permettant d’obtenir les grandeurs recherchées quasiment en temps réel. Les performances vérifiées et validées non seulement satisfont aux exigences de la norme mais vont bien au-delà. Des comparaisons avec la méthode classique ont montré les gains métrologiques ainsi que temporels particulièrement importants obtenus.
La dernière présentation relative à la caractérisation métrologique optique de la rugosité de réseaux appliquée à la microélectronique a permis le contrôle de structures gravées de dimensions latérales de l’ordre de 100nm avec une précision meilleure que 10nm. La microscopie à balayage est le principal outil métrologique utilisé jusqu’ici, mais elle présente certaines limites. C’est ainsi que l’on s’est orienté vers des techniques optiques permettant une caractérisation en champ lointain et une mise en œuvre sur chaînes de fabrication. Cette technique consiste en une résolution du problème électromagnétique inverse après une mesure d’ellipsométrie spectroscopique sur une structure de test périodique. Pour aboutir au but recherché, il a fallu respectivement reconstruire les structures périodiques à partir de la mesure du champ diffracté en résolvant de façon approchée le problème inverse par la combinaison d’un modèle électromagnétique associé à un algorithme d’optimisation, puis examiner l’influence de la rugosité. Les résultats obtenus sont tout à fait prometteurs eu égard à l’application industrielle visée.
• Session 2: Diagnostic du patrimoine culturel
Présidée par V. DETALLE – LRMH, Champs sur Marne (F) J.J. EZRATI – C2RMF, Paris (F)
Pour la troisième fois, on peut dire maintenant que cette session fait parti de tous les colloques du CMOI et que les apports de l’optique au domaine de la recherche, de la restauration et de la conservation des œuvres d’art, sont devenus courants. Cette session a entendu quatre communications :
La première communication, « Aide à la restauration d’œuvres d’art du patrimoine par thermographie infrarouge stimulée », collaboration entre le Laboratoire d’Energétique et d’Optique de l’UFR Sciences Exactes et Naturelles et le Laboratoire de recherche des monuments historiques, a confirmer l’apport important de la thermographie infrarouge stimulée au repérages des troubles qui peuvent survenir à une fresque. Cette année l’accent a été mis sur l’aspect expérimentation in situ. Les expérimentations ont montrées l’apport de la technique de par sa simplicité de mise en œuvre sur le terrain, la faisabilité est donc démontrée. Pour les autres matériaux il faut continuer les expérimentations mais voir si d’autres méthodes n’obtiennent pas des résultats plus simplement.
Avec la seconde communication « Etude comparative de techniques analytiques in situ : les apports du LIBS à la connaissance des peintures murales », présentée par le Laboratoire de recherche des monuments historiques, c’est à un excellent tour d’horizon que nous avons eu droit de plusieurs méthodes d’investigation et plus particulièrement des apports et des limites de quatre d’entre elles :
la fluorescence des rayons X, la microspectrométrie Raman, la spectrocolorimétrie et la technique LIBS. Le développement des méthodes optiques portables et transportables auprès du patrimoine patrimonial montrent leurs forces sur le terrain.
Puis avec « Complémentarité de deux techniques, la microtopographie et la spectrocolorimétrie à la résolution d’une problématique : le rôle du vernis dans l’apparence visuelle d’un érable ondé » du Centre de recherche et de restauration des musées de France, ce n’est pas la comparaisons mais bien une complémentarité de deux techniques réalisée d’une manière transdisciplinaire mais qui montre bien les limites des connaissances scientifiques d’une telle démarche.
Enfin la dernière communication « Caractérisation spectrale par émission et transmission de revêtement dans l’infrarouge lointain. Application à l’analyse des tableaux » représente un essais d’application de techniques de l’aérospatiale à l’étude pour la détection de couches successives, de repeints ou de masquage de scène, qui semble donner de premiers bons résultats sur des échantillons « test ». Un travail de thèse est en développement qui devra démontré sont applicabilité à des cas réels.
Une cinquième communication n’a malheureusement pas pu être présenter son auteur, sans doute, par les faits liés aux grèves n’a pu nous rejoindre à Arcachon. En fin comme toujours les colloques CMOI sont une occasion d’échanger entre professionnels de mondes qui ne sont pas si différents les uns des autres.
• Session 3: Infrarouge et thermique
Présidée par J.L. BODNAR – LEO, Université, Reims (F) Ph. HERVÉ – LEEE, Univ. Paris 11, Ville d’Avray (F)
L’objet de la première conférence est d’approcher les possibilités de la thermographie infrarouge stimulée en matière de caractérisation dimensionnelle de défauts situés dans des fresques murales. Les auteurs montrent la possibilité de détecter par cette méthode un défaut incliné situé dans un échantillon de plâtre. Ils présentent ensuite un modèle simple de l’expérience photothermique mise en oeuvre. Ils montrent enfin qu’une comparaison théorie expérience permet d’aboutir à une bonne approximation de la profondeur à laquelle se situe le défaut.
L’objet du deuxième exposé est d’approcher les possibilités de la thermographie infrarouge stimulée en matière de détection de défauts d’isolation dans le domaine du bâtiment. Ils montrent que cette méthode permet la détection de défauts engendrés par une absence complète d’isolant (comblée en tout ou en
partie par du plâtre), de défauts dus à la suppression totale ou partielle de l’isolant pour masquer un transport de fluide (comblé ou non par du plâtre), de défauts engendrés par la présence d’un pot de connexion électrique et enfin de défauts engendrés par une variation de l’épaisseur d’isolant mis en oeuvre.
La troisième conférence présente une technique de traitement d’image permettant d’augmenter la résolution spatiale des capteurs infrarouge. Ils montrent qu’en mettant en œuvre un léger déplacement de l’échantillon analysé associé à des techniques de traitement d’image, ils augmentent la résolution spatiale de leur instrumentation, ce qui leur permet une meilleure analyse de composants électroniques.
La dernière conférence présente un nouveau moyen de mesure de la BRDF, aux angles rasants. Les auteurs présentent d’abord la nouvelle instrumentation. Ils montrent ensuite qu’elle permet une mesure de BRDF, aux angles rasants, sur des matériaux très spéculaires et enfin hors du plan d’incidence.
• Session 4: Mécanique des fluides et acoustique
Présidée par J.M. DESSE - ONERA, Lille (F) M. HONLET - Carl Zeiss Optronics GmbH, Oberkochen (D)
Premier exposé : afin d’améliorer les simulations des risques de dispersion de liquides toxiques en forme de jets de fluides ou de nuages, une fracture brutale d’un réservoir à échelle réelle a été étudiée. Cette fracture, déclenchée par un projectile qui simule une rupture par fatigue, accident ou autres, génère entre autres une augmentation brutale de la pression. C’est le début d’un phénomène hydrodynamique, duquel on veut généralement calculer le déroulement, les bords et les densités. L’analyse a été faite et les résultats de mesure ont été discutés à l’aide d’une séquence d’images binaires traitées, initialement enregistrées par vidéo rapide.
Deuxième exposé : souvent comparée, la LDV (= Laser Doppler Velocimetry) est en fait complémentaire à la PIV (= Particle Image Velocimetry). La LDV, une méthode quasi ponctuelle, est préférée pour sa bonne résolution temporelle et spatiale, tandis que la PIV séduit par sa rapide compréhension de la nature des champs acoustiques en permettant d’observer les phénomènes globaux. Ainsi, les domaines d’application et la résolution voulue définissent le choix de la technique. Toutefois, toutes les performances sont forcement liées aux traitements des signaux. Ici, le traitement d’un signal associé à un burst a été présenté plus en détail. Etudiés à l’aide de modèles des signaux Doppler et des simulations de Monte Carlo, la comparaison aux bornes de Cramer Rao permet de définir les incertitudes du capteur LDV.
Troisième exposé : la PIV est une technique couramment utilisée pour mesurer des champs de vitesses aérodynamiques et/ou hydrodynamiques. Dans le cas de la mesure de champs de vitesses acoustiques, la méthode reste limitée par la dynamique des vitesses et les fréquences d’oscillation des phénomènes acoustiques. Dans le cas de mesures dans des couches limites acoustiques, il apparaît que la LDV est capable d’estimer des vitesses d’amplitude d’au moins deux ordres de grandeur supérieurs à ce que peut réaliser la PIV. Il en ressort que l’intérêt de la PIV réside dans sa capacité à obtenir un champ synchrone et son usage se focalise sur des expériences d’acoustique à forts déplacements particulaires. Des résultats significatifs sont présentés pour qualifier les ruptures de discontinuité en guide d’onde acoustique et pour analyser les pertes de nature turbulente induites par des ondes acoustiques de fort niveau.
Dernier exposé : les auteurs présentent une technique de mesure simultanée de la vitesse et de la granulométrie d’un brouillard de particules. La vitesse est obtenue par la méthode de PIV classique et la granulométrie est déduite du taux de polarisation par la théorie de Mie. Dans le montage optique, un cube à séparation de polarisation est utilisé pour former deux images de polarisation différente sur deux caméras différentes. Deux flashs lasers décalés dans le temps éclairent un écoulement en rotation (vortex) qui est utilisé pour valider la métrologie. Le champ de vitesse des particules est obtenu par la corrélation PIUV standard tandis que le taux de polarisation est donné par le rapport des deux images instantanées fournies par les deux caméras. Une application très intéressante est montrée dans les boucles d’air automobile pour améliorer les performances des cyclones et des hélices qui permettent de séparer les particules d’huile.
• 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.