Chapitre 4 : Mesure de déformation par corrélation d’images de speckles laser-
2. Problématique haute température : Choix d’un nouveau moyen de mesure 123
Pour ces mesures aucun faisceau de référence n’est nécessaire. On utilise seulement les interférences entre les deux ondes d’éclairage.
b) SPSI, La shearographie ou Speckle Pattern Shearing Interferometry.
Cette méthode utilise également le laser [Hung75]. Elle permet de mesurer le gradient de déplacement en surface. L’objet étudié est éclairé à l’aide d’un laser ; celui-ci se reflète sur la surface de l’objet et est renvoyé sur le capteur CCD. Entre le capteur CCD et l’objet est placé, à mi hauteur du CCD, un dispositif optique tel qu’un biprisme ou une lame de verre mince qui cisaille les images. Les deux images interfèrent, et par comparaison des deux états on peut visualiser le déplacement dans la direction cisaillée.
Les méthodes utilisant l’interférométrie speckle (EPSI ou SPSI) sont plus robustes que l’holographie, et plus flexibles que l’interférométrie de réseau. Par contre les montages sont coûteux et complexes à mettre en place. Quant aux signaux, ils sont souvent bruités, ce qui rend difficile l’analyse.
2. Problématique haute température : Choix
d’un nouveau moyen de mesure
Les techniques présentées ci-dessus comme l’interférométrie holographique, l’interférométrie speckles EPSI permettent des mesures de déplacement à l’échelle microscopique (entre 0,1 et 10 μm). En conséquence ces méthodes sont difficilement applicables à des essais de traction, a contrario d’autres méthodes qui concernent des mesures de déplacement à l’échelle mésoscopique, donc plus applicables à notre problématique.
L’ordre de grandeur du déplacement à mesurer n’est pas l’unique problème. En effet lors du choix de la technique, la principale difficulté, dans notre cas, provient des conditions thermiques qui sont imposées sur les échantillons lors des essais. En effet, trouver des paramètres rhéologiques dans des conditions de soudage ou de solidification signifie mesurer des déplacements pour des températures supérieures à 1100°C. Donc le problème est de trouver une méthode de mesure applicable à ces températures.
Chapitre 4 :Mesure de déformation par corrélation d’images de speckles laser
Figure 75 : qualité d’un mouchetis obtenu par éléctrogravage après un essai de traction à 900°C a). Cette dégradation du mouchetis se traduit par des problèmes d’analyse et donc par des aberrations sur le champ de déformation b) (analyse réalisée à
l’aide du logiciel de corrélation d’images Aramis [Aramis])
Les techniques optiques basées sur des mouchetis ou des motifs directement accolés sur les éprouvettes deviennent inutilisables elles aussi à ces températures. En effet, qu’il s’agisse de mouchetis peinture, ou réalisés par électrogravage (Figure 75), ou des techniques basées sur des méthodes de grilles ou de moirés, ces techniques deviennent inutilisables au- delà de 900°C (et ce même pour les peintures sensées supporter les hautes températures [Dahan08]). La Figure 75 montre très bien l’impossibilité d’utiliser de telles techniques pour des températures élevées. On remarque que sur l’éprouvette présentée après un essai de 5min à une température de 900°C, le gravage s’est craquelé, ce qui a pour conséquence de donner dans ces zones des mesures de déformation totalement erronées. Pour réaliser des mesures non intrusives, il est donc particulièrement intéressant d’utiliser un éclairage extérieur et de créer le mouchetis à partir de cet éclairage.
Des études récentes se sont intéressées à ces mesures hautes températures. [Völk02] utilise une méthode optique de détection de contours qui lui permet de connaitre l’allongement d’une éprouvette en se basant sur le déplacement de petits marqueurs usinés sur la surface de l’éprouvette. Cette méthode de type extensomètre ne permet pas d’envisager des mesures de champ. [Pan10] a développé une méthode permettent la mesure de champ. Cette méthode repose sur l’utilisation d’un mouchetis « peinture » à base d’oxyde de cobalt. Ce type de mouchetis permet de s’affranchir des problèmes liés à la dégradation haute température des peintures. Pour s’affranchir des problèmes liés au rayonnement haute tempéarture, il utilise des lumières LED de couleur bleu. [Awander00] avait lui proposé une méthode encore différente, il se base sur une technique de speckles laser dit subjectif et connaissant le dépalcement de deux taches sur une éprouvette, il connait ainsi l’allongement durant un essai de traction.
a)
2. Problématique haute température : Choix d’un nouveau moyen de mesure
Les solutions les plus envisageables sont donc les méthodes de type champ de déplacement en lumière blanche ou des méthodes de granularité laser. Mais pour des températures avoisinant les 1200°C, un autre problème apparaît. En effet, à ces températures, comme le montre la loi de Planck (Figure 76), le rayonnement dans le rouge devient important et sature très rapidement les capteurs CCD.
Figure 76: variation en fonction de la température de l’émissivité spectrale pour deux longueurs d’onde. Emissivité ε=1
Une variante de la mesure de champ en lumière blanche peut alors être envisagée. Elle consiste à éclairer l’aspect aléatoire de la texture des éprouvettes par une source de lumière monochromatique verte (λ=532nm) permettant l’utilisation d’un filtre. Ainsi on s’affranchit du rayonnement rouge des éprouvettes incandescentes. Ce montage pourrait être considéré comme une « mesure de champ en lumière monochromatique ». Néanmoins, dans un tel dispositif le fait d’utiliser une lumière monochromatique cohérente entraîne la formation de speckles laser. Lors de l’observation deux phénomènes sont donc superposés.
L’autre méthode consiste à utiliser uniquement une technique de granulosité laser tout en conservant l’utilisation d’un filtre optique pour supprimer le rayonnement.
Plus concrètement, deux montages différents ont été mis en place, l’un au Cemef, l’autre chez Ascometal. Dans le cas du montage réalisé au Cemef, les speckles sont filmés sur la surface de l’éprouvette et par conséquent couplés à une mesure de champ en lumière monochromatique, tandis que le montage réalisé chez Ascométal exploite uniquement le principe des speckles objectifs (ou de granulosité laser).
Chapitre 4 :Mesure de déformation par corrélation d’images de speckles laser