Développement d’un banc instrumental ultrasons-laser pour la caractérisation de matériaux complexes

Le SATIE est une unité mixte de recherche (UMR CNRS 8029) couvrant un spectre thématique large en electrical engineering : électronique, énergie électrique, traitement du signal.
Nos recherches sont orientées vers les systèmes et applications des technologies de l'information et de l'énergie.

Dans la continuité des travaux du laboratoire SATIE dans le domaine, ce stage, à l’interface de l’acoustique ultrasonore et l’instrumentation, sera consacrée au développement de techniques de caractérisation sans contact par ultrasons laser, ainsi qu’à leur validation expérimentale pour le suivi des matériaux complexes au sens large.

Un travail de développement théorique et numérique sera aussi nécessaire pour compléter l’approche et extraire les paramètres pertinents pour l’analyse multi-échelle envisagée des matériaux viscoélastiques et anisotropes (i.e. plaques composites stratifiées en fibre de carbone, matériau typiquement utilisé dans le domaine aéronautique, ou encore des panneaux de bois peints, multicouches typiquement rencontrés dans le domaine patrimonial).

Le stage proposé se déroulera en trois phases :

1. Génération des ondes sans contact : La première étape du stage consiste à développer l’instrumentation capable de générer les ondes acoustiques dans le matériau complexe via le principe de la thermoélasticité. Cela passe par la mise en place d’un laser de puissance Nd-Yag dont le faisceau impactera sans contact la surface du matériau afin de générer les vibrations ultrasonores. Le second enjeu de la génération est d’étudier les paramètres d’influence pour une sélectivité des modes de propagation (puissance, durée d’impulsion, motif, etc.).

2. Détection des ondes sans contact : En ce qui concerne la détection et le suivi de la propagation des ondes, le travail consiste à optimiser une instrumentation existante nouvellement acquise par le laboratoire via l’EquipEX+ ESPADON. En effet, le vibromètre laser infrarouge 3D (Polytec® PSV 500 3D Qtec) permet une mesure plein champ de haute résolution des 3 composantes spatiales des vibrations à la surface d’une structure. Il faudra ainsi adapter les paramètres de détection au nouveau mode de génération des ondes mis en place dans la première partie du stage. Des expériences seront menées sur des échantillons calibrés présentant des géométries simples et des degrés de dégradation variables, avant de passer à des cas réels liés aux applications visées (industrielle et/ou patrimoine par exemple).

3. Traitement des signaux acoustiques pour la caractérisation des matériaux : Une fois les ondes ultrasonores générées et détectées sans contact par ultrasons laser, l’analyse de leur propagation sera faite via le traitement des signatures acoustiques porteuses des informations structurelles des matériaux. Basés sur des transformées de Fourier multi-dimensionnelles des signaux ultrasonores, ces traitements permettent l’extraction de paramètres physiques pertinents conduisant à la caractérisation des matériaux complexes étudiés.

Etudiant(e) de niveau Master 2 ou fin d’études d’ingénieur, spécialisé en acoustique ou en instrumentation, ayant un profil expérimental avec une base de connaissances solide en physique des ondes, des compétences en programmation sur Matlab/en python et en traitement du signal. Des connaissances en science des matériaux, en mécanique et en modélisation par éléments finis seraient appréciées.