Caractérisation de matériaux complexes par ondes élastiques guidées engendrées par ultrasons laser – NEWCOMER

Les ondes élastiques guidées sont largement utilisées en évaluation non-destructive pour caractériser un matériau. Parmi ces techniques, les ultrasons laser offrent l'avantage d'une mesure sans contact avec une excellente résolution spatiale tout en étant également large bande. Cependant, les méthodes de contrôle non destructifs en ultrasons laser sont encore limitées aux matériaux avec un seuil d'ablation élevé pour supporter sans endommagement l'échauffement associé à la génération laser (typiquement les métaux). En effet, l’amplitude des ondes acoustiques est proportionnelle à l’énergie déposée (et donc à l’échauffement). Il peut ainsi être difficile de bien engendrer des ondes acoustiques dans des milieux dits complexes, c’est-à-dire, avec un seuil d’ablation faible, une forte atténuation, ainsi que de l’anisotropie.
L'objectif du projet NEWCOMER est donc de surmonter cette difficulté et de développer de nouvelles techniques d'ultrasons laser pour déterminer, via les ondes élastiques, les propriétés élastiques de tels milieux complexes. Dans ce but, le façonnage du front d'onde, avec un modulateur spatial de lumière (SLM), permettra de façonner arbitrairement la source laser, assurant ainsi le couplage entre le laser et des modes spécifiques de la structure pour améliorer leur génération sous le seuil d’ablation.
Dans le premier axe, la forme du laser sera adaptée pour générer de nombreuses ondes élastiques afin de former une base et mesurer ainsi la matrice de transmission de l'échantillon. Cette matrice sera exploitée pour évaluer les propriétés élastiques du matériau. Les deux premières tâches de cet axe seront dédiées à la mesure de cette matrice avec des bases différentes en fonction des matériaux tandis que la troisième tâche, plus exploratoire, s’intéressera à la détection et la caractérisation de défauts à partir de la matrice de transmission.
Dans le deuxième axe, des modes spécifiques seront sélectionnés afin de développer un contrôle non destructif systémique. La première tâche de ce deuxième axe visera ainsi à développer le code numérique dont nous disposons actuellement afin d’extraire les paramètres élastiques d’un milieu complexe à partir des courbes de dispersion quelle que soit l’anisotropie du milieu considéré. Les deux autres tâches visent à mettre en forme la source laser, grâce là encore au façonnage du front d'onde, afin de générer un ou plusieurs modes d’intérêt. Les modes de Lamb et les modes à vitesse de groupe nulle dits ZGV (Zero-Group Velocity) seront particulièrement ciblés.
Le projet NEWCOMER évaluera les propriétés élastiques de matériaux tels que les nanoporeux en silicium (pSi), les composites ou les superalliages métalliques pour lesquels il existe un besoin important des acteurs industriels et académiques. Les méthodes développées à travers ce projet sont cependant générales et applicables à tout autre matériau. Diverses géométries seront également étudiées à travers le projet : plaques, courbes, cylindres, etc.
Le projet NEWCOMER analysera, à travers ses deux axes principaux, le comportement des ondes guidées élastiques dans des milieux complexes où les méthodes actuelles échouent, et nourrira ainsi de nouvelles applications de contrôle et d’évaluation non destructifs.