Les techniques interférométriques

Parmi les méthodes optiques, les techniques interférométriques occupent une place importante. Elles nécessitent un éclairage en lumière cohérente (en général un faisceau laser), et sont fondées sur l’analyse de franges d’interférences. Il existe différentes techniques d’interférométrie parmi lesquelles on peut citer : l’interférométrie holographique, l’interférométrie de speckle, ou encore l’interférométrie de moiré [Gre04].

Présentons d’abord l’interférométrie holographique qui, historiquement, fut la première mise en œuvre, et dont dérivent les autres techniques [Gab48]. Le principe de l’holographie consiste à reconstruire le champ complet d’une onde lumineuse, en amplitude et en phase [Smi01a]. L’enregistrement de la phase se fait en superposant la phase de l’onde issue de l’objet à celle d’une onde lumineuse de référence.

Figure 4. 1 Principe de l’interférométrie holographique [Lam98]

Pour réaliser l’hologramme d’un objet, il faut l’éclairer avec une source de lumière cohérente, et enregistrer sur une plaque holographique (dont les grains sont plus fins qu’une plaque photographique) la figure d’inférence de l’onde rétrodiffusée par l’objet et l’onde de référence directement issue de la source cohérente (figure 4.1a). Pour lire l’hologramme et

91 restituer l’onde initiale, il suffit de l’éclairer avec l’onde de référence dans les mêmes conditions que celle de l’enregistrement. On a alors réalisé une image virtuelle de l’objet et, pour l’observateur, tout se passe comme si l’objet était présent (figure 4.1b). Pour faire de l’interférométrie holographique, on fait interférer deux ondes lumineuses provenant d’un même objet, mais a des instants différents, dont l’une d’elle au moins est issue d’un hologramme. Par exemple, l’holographie par double exposition consiste à enregistrer sur la même plaque deux hologrammes successifs d’un objet à deux instants différents (figure 4.1c). Lors de la restitution, par le même montage que pour un hologramme classique, deux images de l’objet vont être créées et vont interférer, donnant lieu à des franges d’interférences représentatives des déplacements subis par l’objet entre les deux instants. L’interférométrie holographique est un moyen de contrôle non destructif [Smi82] (figure 4.2).

Figure 4. 2 Détection d’implants de téflon simulant des délaminages dans un matériau composite, par interférométrie holographique [Lam98]

L’inconvénient majeur de l’interférométrie holographique réside dans l’utilisation de plaques holographiques qui nécessitent un développement ultérieur. Avec le développement des caméras CCD, de nouvelles techniques sont apparues pour lesquelles le milieu photosensible est remplacé par une matrice CCD [Jon83].

L’interférométrie de speckle est une technique plus récente, dérivée de l’holographie. Elle est fondée sur le fait qu’un objet rugueux, éclairé par une lumière cohérente, génère un système d’interférences complexe dans l’espace, appelé speckle, ou granularité laser (figure 4.3).

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Figure 4. 3 Formation d’un speckle [Smi01b]

Au point d’observation, les ondes provenant des divers éléments de la surface rugueuse se superposent, et l’on observe une variation spatiale aléatoire de l’intensité. Une surface bien polie ne donnera pas de speckle. On parle d’interférométrie de speckle lorsqu’on réalise des interférences entre deux ondes dont au moins une est un Speckle. Cette méthode consiste à comparer deux figures d’interférences représentatives de la surface d’un objet, enregistrées à deux instants différents [Smi01b]. Le principe est le même que pour l’holographie : c’est la connaissance des déphasages entre deux états de l’objet qui permet de connaître les déplacements. La phase de l’onde est obtenue à partir de l’interférence entre deux ondes issues de deux speckle, ou entre un speckle et une onde de référence. Cette dernière technique est parfois appelée TV holographie, car elle ressemble en tout point à l’interférométrie holographique, si ce n’est que la plaque holographique est remplacée par une camera CCD [Bru07]. Cette technique permet de faire des mesures avec une bonne résolution sur un champ d’observation de quelques mm² à 1 m². Par exemple [Tou05] utilise cette technique pour caractériser les concentrations de déformation au voisinage d’un trou dans une éprouvette composite avec un champ d’observation de 3 cm de côté environ. [Mar03] utilise également cette technique pour détecter l’apparition de fissures avec un champ d’observation d’environ 6 mm de côté et une résolution en déplacement de 0.43 µm.

L’interférométrie de moiré utilise le phénomène d’interférence entre deux faisceaux diffractés par un réseau de diffraction collé sur la surface (figure 4.4). La variation de la phase des franges d’interférences entre l’état initial et l’état déformé permet de connaître les déplacements dans le plan d’observation [Pos94]. Cette technique ancienne a souvent été utilisée pour les essais de laboratoire sur des matériaux composites, en raison de sa haute sensibilité. Elle permet d’obtenir des résolutions inégalées par les autres techniques et présente des performances adaptées pour l’analyse des très petites déformations. Par exemple,

93 [Mar03] obtient une résolution en déplacement deux fois supérieure avec l’interférométrie de moiré à celle qu’il avait obtenue en utilisant l’interférométrie de speckle. Cette technique a depuis longtemps été utilisée sur les matériaux composites pour connaître les champs de déplacements et de déformations dans des zones à forts gradients. Par exemple, [Pip71] et [Her85] ont utilisé cette technique pour mesurer les champs de déplacements sur le bord libre d’éprouvettes stratifiées. [Xin99] utilise cette technique pour caractériser l’état de déformation au voisinage d’un saut de plis et [Mol00] pour mesurer les déformations inter-plis sur le bord libre circulaire d’une éprouvette trouée.

Figure 4. 4 Principe de l’interférométrie de moiré [Mol00]

De façon générale, les principaux inconvénients des techniques d’interférométrie sont la difficulté de mise en œuvre liée aux précautions nécessaires pour le dépôt du réseau de diffraction ainsi que pour l’alignement des faisceaux laser et la forte sensibilité aux perturbations environnementales.