Méthodes multi-éléments en acoustique

Le développement de méthodes acoustiques multi-éléments a toujours été une activité importante de l’Institut Langevin. Depuis 2017, les principales nouveautés sont une caméra aérienne pour l’imagerie de déplacements de surface appliquée à l’étude de la respiration et l’exploitation du couplage acoustique - élastique pour l’analyse vibratoire de structures solides (Figure 13).

Selon le même principe que le stéthoscope sans contact de type sonar que nous avions conçu pour étudier la respiration ou les battements cardiaques, nous avons développé un imageur capable de filmer le mouvement d’une surface en trois dimensions. Cet imageur sans contact est désormais exploité pour l’observation de la ventilation au niveau du thorax et de l’abdomen à des fins d’aide au diagnostic. Baptisé SMC, pour Surface Motion Camera, il est composé d’un réseau d’émetteurs et de récepteurs ultrasonores fonctionnant dans l’air reliés à une électronique numérique qui le transforme en une caméra ultrarapide. Il est capable de cartographier les déformations vibratoires de la surface du thorax (de face ou de dos) 1,000 fois par seconde avec une sensibilité atteignant le micromètre. Le SMC peut ainsi mesurer aussi bien le mouvement lent et naturel de la respiration que les vibrations à plus ou moins hautes fréquences du battement cardiaque et des vocalises. Cette méthode non intrusive pour évaluer l’état des poumons a fait l’objet d’un brevet déposé en 2021.

Dans le cadre du projet DESIR avec SAFRAN, nous avons démontré les possibilités du retournement temporel d’ondes acoustiques aériennes pour la mise en vibration sélective de pièces difficiles d’accès (typiquement une aube de turbine) pour leur contrôle par analyse vibratoire. L’utilisation du retournement temporel à l’aide de réseaux de haut-parleurs permet une répartition optimale de l’énergie acoustique pour mettre en vibration la pièce d’intérêt en tirant au mieux profit des effets de réverbérations. Les expériences ont été réalisées en laboratoire puis lors d’une campagne sur site dans un moteur LEAP [Farin et al., JSV 2022] [Farin et al., JASA 2019]. Dans un deuxième projet, la diversité des excitations acoustiques offerte par le réseau a été exploitée pour l’analyse modale de structures complexes telles que les redresseurs d’air appelés rouets.

Lors de l’ANR PANSCAN, nous avons exploité l’émergence des fonctions de Green par corrélation de bruit pour détecter l’apparition d’un défaut dans des plaques réverbérantes à l’aide d’un réseau de capteurs piezo-électriques. Ainsi, nous avons proposé une méthode passive tirant profit des non-linéarités de contact et démontré la localisation de différents types de défauts grâce au bruit HF (1 -30 kHz), produit par conversion non linéaire d’un bruit BF (1Hz) [Farin et al., JASA 2020].

Par ailleurs, l’imagerie ultrasonore multi-éléments a fait l’objet de nombreux travaux dédiés au Contrôle Non Destructif. Certains liés à la diffusion multiple sont présentés dans le thème OMC (approche matricielle). Dans ce domaine, nous avons des collaborations pérennes. Avec le CEA LIST, nous avons proposé une méthode d’imagerie 3D dans le domaine de Fourier faisant gagner jusqu’à deux ordres de grandeur sur le nombre d’opérations des méthodes temporelles [Merabet et al., NDT&E Int. 2020] . Avec SAFRAN Tech, nous développons des méthodes de cartographie 3D de l’anisotropie de diffusion dans les alliages de titane à fort fibrage [Baelde et al., Ultrasonics, 2018] .

contacts : J. de Rosny, Ros Kiri Ing, C. Prada