Le contrôle de qualité prend de plus en plus d'importance dans le milieu industriel (mécanique, automobile, aéronautique, agro-alimentaire, etc.). La génération et la détection des ultrasons par laser réalisées sans contact permettent d'effectuer un contrôle non destructif, une cartographie rapide de la pièce, et ne nécessitent pas l'arrêt de la chaîne de travail. Des chercheurs du Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'optique¹ (LCFIO) et de l'Institut des matériaux industriels² (IMI) ont mis au point un interféromètre adaptatif fondé sur l'holographie dynamique qui permet le contrôle de matériaux ou de structures de surfaces rugueuses et de formes complexes avec une excellente sensibilité. Dans ce dispositif, le mélange dans un matériau non linéaire de l'onde signal, onde tavelée diffusée par la pièce et portant l'information ultrasonore, avec une onde de référence, donne automatiquement naissance à une onde, dite onde oscillateur local, dont la direction et le front d'onde sont toujours identiques à ceux de l'onde signal³.

Défauts, fissures, porosités, délaminages, inclusions, etc. sont mis en évidence car ils modifient l'amplitude et la vitesse de propagation des ondes ultrasonores et donc les signaux recueillis par l'interféromètre. Les amplitudes de déplacement de surface produit par l'onde ultrasonore étant très faibles (inférieures au nm), le capteur interférométrique doit avoir une grande sensibilité quels que soient les coefficients de réflexion et de diffusion du matériau.

Cartographie ultrasonore (obtenue par l'IMI) d'une pièce de test, qui montre la présence de trous "aveugles" dans une pièce de composite d'environ 25 mm d'épaisseur. © CNRC.

Les performances du capteur d'ultrasons développé par le LCFIO et l'IMI en font un outil particulièrement adapté à la détection de défauts dans les pièces en composite qui seront installées dans les futurs avions civils et militaires.

Différents types de matériaux non linéaires peuvent être utilisés pour réaliser l'adaptation automatique de fronts d'ondes, permettant un fonctionnement dans le visible comme dans l'infrarouge. Le système commercialisé utilise actuellement un cristal de phosphure d'indium (InP) bien connu en microélectronique. Les recherches " matériau " menées conjointement par le laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'optique et l'Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux du CNRS (ICMBC) ont montré que le tellurure de cadmium (CdTe) devrait permettre d'accroître encore les performances.

Philippe Delaye et Gérald Roosen du Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'optique, Alain Blouin et Jean-Pierre Monchalin de l'Institut des matériaux industriels ont reçu le 11 juillet 2001, lors de la 8e conférence internationale sur "les effets photoréfractifs, matériaux et applications" (Chicago), le prix de la meilleure application pour leurs travaux sur "la détection optique des ultrasons par mélange à deux ondes photo-réfractif". L'interféromètre adaptatif développé dans le cadre d'une collaboration CNRS-CNRC (Programme international de coopération scientifique) est commercialisé par la PME Tecnar-Automation sous le nom de "TWM Photorefractive Laser Ultrasonic Detector" et est maintenant opérationnel chez plusieurs industriels. La collaboration entre le LCFIO et l'IMI se poursuit dans le cadre du projet INCA (Improved NDE Concepts for innovative Aircraft structures and efficient operational maintenance, 2001-2005, soutenu par le programme européen "Competitive and sustainable growth") qui regroupe les principaux acteurs de l'industrie aéronautique européenne.

¹ CNRS-Institut d'optique.

² Centre national de recherche du Canada (CNRC).

³ La détection de la modulation ultrasonore est ensuite effectuée de façon classique (interférence des ondes signal et oscillateur local), mais, dans ce dispositif, l'adaptation dynamique de front d'onde permet d'atteindre la sensibilité maximale de détection, c'est-à-dire la limite théorique.