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Méthodes d’holographie numérique pour l’acoustique

- Membres permanents

  • P. Picart (PR), E. Brasseur

- Partenaires

  • V. Tournat, G. Penelet, J.P. Dalmont (LAUM)
  • D. Mounier, V. Goussev (LPEC UMR 6087)
  • F. Piquet (IUT GMP Le Mans)
  • J.P. Boileau (ENSIM)
  • J.M. Desse (ONERA, Lille)
  • F. Sourgen (ISL, Saint Louis)
  • J. Molimard (Ecole des Mines de St Etienne)
  • P. Slangen (Ecole des Mines d’Alès)
  • JC Li (Université des Sciences et Technologies de Kunming, Chine)
  • M. Gargouri (Université de Sfax, Tunisie)
  • Réseau européen LAVINYA (LAser VIbrometry Network : sYstems and Applications)
  • GDR 2519 "Mesure de champs et identification en mécanique du solide"

- Présentation générale :

Cette action vise à étudier et développer des moyens optiques d’investigation sans contact et plein champ pour les études en acoustique. Ces études concernent différents aspects du comportement des structures mécaniques sous sollicitation stationnaire ou transitoire, l’étude de champs acoustiques et l’étude d’écoulements turbulents en mécanique des fluides. Les principaux résultats concernent la compréhension du processus holographique et des applications au domaine de l’acoustique, de la mécanique des structures et de la mécanique des fluides. En particulier, la compréhension du processus holographique permet d’optimiser l’enregistrement et la reconstruction des hologrammes numériques mono ou multi-chromatiques et de mettre en évidence les limitations et figures de mérites des méthodes développées au laboratoire.


Les résultats obtenus ces dernières années sont les suivants :

  • Modélisation analytique du processus de formation des images holographiques numériques.
  • Étude de l’influence des paramètres du processus tels que surface active pixel, défaut de mise au point numérique, aberrations de l’onde de référence.
  • Étude de l’influence de non linéarités dans le processus, tel que les effets de saturation des pixels.
  • Développement d’interféromètres à mono et double sensibilité en régime pulsé et pseudo pulsé.
  • Développement de l’holographie numérique couleur à 2 et 3 longueurs d’ondes avec multiplexage spatial et enregistrement par stack de photodiodes ; développement de nouveaux algorithmes à bande passante spatiale adaptée ;
  • Développement d’une architecture temps réelle pour les investigations 3D basée sur des hologrammes tri-chromatiques et un stack de photodiodes.

Figure 1 : banc d’holographie numérique tri chromatique.
  • Applications en mécanique du solide : optimisation des modèles comportementaux de bétons et matériaux composites, mise en évidence de sources de fissuration dans des composants électroniques, étude du comportement de composites stratifiés à fibres de verre unidirectionnelles dans lesquels sont incluses des pastilles piézoélectriques pour émission acoustique.
  • Applications en analyse vibratoire : étude des fonctions de transfert acoustique de composants industriels automobile.
  • Applications en acoustique musicale : visualisation pour la première fois des chocs d’une anche de clarinette sur son bec en condition de jeu dans une bouche artificielle.

Figure 2 : Étude des oscillations libres d’une anche clarinette en condition de jeu( bouche artificielle).

Figure 3 : Visualisation de chocs sur l’anche de clarinette au contact du bec en phase de fermeture.
  • Application en mécanique des fluides dans le cas d’écoulements turbulents à mach subsonique (0,4=120 m/s ; coll. ONERA) et à mach supersonique (2 ou 3 ; coll. ISL).

Figure 4 : visualisation du champ de densité d’un écoulement à Mach 0,45 (coll. ONERA).
  • Application en acoustique des milieux granulaires : visualisation pour la première fois des tourbillons en surface du milieu générés par ses propriétés non linaires.

Figure 5 : Visualisation de tourbillons en surface d’un milieu granulaire à 2760Hz.

- Mots clés

métrologie optique, holographie, approximations de Fresnel, diffraction, interférométrie, traitement du signal et des images, acoustique, mécanique des solides, mécanique des fluides.

- Thématiques

  • Holographie numérique en régime pulsé et pseudo pulsé,
  • Méthodes multi-composantes,
  • Holographie numérique couleur,
  • Modélisation du processus d’holographie numérique,
  • Applications diverses dans le domaine de l’acoustique et de la mécanique.

- Contrats

  • ANR Blanc IMHOTEC n°ANR 2010 BLAN 0302 (2010-2014),
  • "Pari Scientifique Régional", MITHODIC (2010-2013).

- Thèses en cours

  • Qinghe Song, débutée le 01 Octobre 2007,
    sujet : "Tomographie optique par holographie numérique multi-chromatique",
    en cotutelle avec l’Université de Kunming (Chine),
    co-encadrement avec JC LI (PR, Université de Kunming, Chine).
  • Mayssa Karray, débutée le 8 Décembre 2008,
    sujet : "Caractérisation par méthodes optiques du processus de polymérisation et d’endommagement de matériaux composites",
    en cotutelle avec l’Université de Sfax (Tunisie),
    co-encadrement avec M. Gargouri (PR, Université de Sfax, Tunisie).
  • Walid Dandach, débutée le 5 Octobre 2009,
    sujet : "Développement d’une méthode optique de champs pour la mesure directe des déformations sur une surface non plane dans le domaine élastique",
    co-encadrement avec J. Molimard (MCF HDR, Ecole des Mines de St Etienne),
    ANR Jeunes Chercheurs 2009-12.
  • Mathieu Leclercq, débutée le 03 Décembre 2010,
    sujet : "Étude et développement d’une sonde holographique numérique couleur",
    co-encadrement avec G. Penelet (MCF),
    ANR Blanc IMHOTEC 2010-14.

- Thèses

  • Patrice Tankam, (Bourse MESR),"Méthodes d’holographie numérique couleur pour la métrologie sans contact en acoustique et mécanique", Université du Maine, 2010.
  • Julien Leval, (Bourse Coll. Locales), "Étude et Développement de Capteurs Holographiques Numériques pour l’Analyse des Vibrations", Université du Maine, 2006.

- Publications

- P. Tankam, P. Picart, D. Mounier, J.M. Desse and J.C. Li , "Method of digital holographic recording and reconstruction using a stacked color image sensor", Applied Optics, Vol. 49, pp. 320-328, 2010.

- P. Tankam, Q.H. Song, M. Karray, J.C. Li, J.M. Desse and P. Picart , "Real-time three-sensitivity measurements based on three-color digital Fresnel holographic interferometry", Optics Letters, Vol. 35, n°12, pp.2055-2057, 2010.

- P. Picart, J. Leval, F. Piquet, J.P. Boileau, T. Guimezanes and J.P. Dalmont "Study of the Mechanical Behaviour of a Clarinet Reed Under Forced and Auto-oscillations With Digital Fresnel Holography", Strain, Vol. 46, pp. 89-100, 2010.

- P. Picart, J. Leval, F. Piquet, J.-P. Boileau and J.-P. Dalmont, "Analysis of Clarinet Reed Oscillations With Digital Fresnel Holography", European Journal of Physics – Applied Physics, Vol. 47, N°1, 12706, 2009.

- P. Picart, J. Leval, F. Piquet, J.-P. Boileau, Th. Guimezanes and J.-P. Dalmont, "Study of the Mechanical Behavior of a Clarinet Reed under Forced and Auto-oscillations With Digital Fresnel Holography", Strain, Vol. 45, N°2, 2009.

- J.C. Li, P. Tankam, Z. Peng and P. Picart, "Digital Holographic Reconstruction of Large Objects Using a Convolution Approach and Adjustable Magnification", Optics Letters, Vol. 34, N°5, pp 572-574, 2009.

- P. Picart, P. Tankam, D. Mounier, Z. Peng and J.C. Li, "Spatial Bandwidth Extended Reconstruction for Digital Color Fresnel Holograms, Optics Express", Vol. 17, N°11, pp 9145-9156, 2009.

- J.M. Desse, P. Picart and P. Tankam, "Digital Three-Color Holographic Interferometry for Flow Analysis, Optics Express", Vol.°16, N°8, 5471-5480, 2008.

- P. Picart, D. Mounier and J.M. Desse, "High Resolution Digital Two-Color Holographic Metrology", Optics Letters, Vol. 33, N°3, 276-278, 2008.

- J.-M. Berthelot, B. Diouf and P. Picart, "Statistical Three-Dimensional Investigation of the Damage Evolution in Heterogeneous Materials", Engineering Fracture Mechanics, Vol. 75, pp 1431-1450, 2008.

- P. Picart and J. Leval, "General Theoretical Formulation of Image Formation in Digital Fresnel Holography", Journal of the Optical society of America A (JOSA A), Vol. 25, N°7, 1744-1761, 2008.