Contrôle et caractérisation de structures multicouches par ondes acoustiques guidées générées et détectées par laser

Mots clés : Ultrasons Laser, Ondes acoustiques, Caractérisation, Contrôle Non Destructif, Revêtements, Instrumentation

La génération et la détection d’ondes acoustiques par laser présentent de nombreux avantages par rapport aux méthodes conventionnelles basées sur l’utilisation de transducteurs piézoélectriques. Par exemple, l’absence de contact facilite la caractérisation d’échantillons de petites tailles et/ou de géométries complexes.
Cette thèse s’inscrit dans le développement de nouvelles approches opto-acoustiques pour le contrôle et la caractérisation non destructive de revêtements, en s’appuyant sur une exploitation théorique et expérimentale approfondie des ondes guidées obtenues par Ultrasons Laser. En effet, l’étude des films constitue aujourd’hui un enjeu scientifique et technologique majeur dans de nombreux domaines : transports, énergie, microélectronique, ingénierie des surfaces où la compréhension fine des propriétés mécaniques et des interfaces demeure un verrou.
Sur le plan théorique, la thèse développera un formalisme unifié de la génération thermoélastique et de la propagation des ondes guidées dans des structures multicouches, intégrant les éventuels effets de couplage et de rigidité interfaciale. Ce cadre sera exploité dans des méthodes inverses fondées sur l’analyse de la dispersion modale et des champs mesurés, afin d’identifier quantitativement les propriétés mécaniques effectives des revêtements. L’ambition est de dépasser les approches classiques de contrôle ultrasonore pour proposer une métrologie optique ouvrant de nouvelles perspectives en caractérisation avancée des matériaux stratifiés.
L’étude expérimentale proposée reposera entre autres sur l’utilisation de sources thermoélastiques optiques non conventionnelles, obtenues par des distributions spatiales élaborées de l’excitation laser. Ces sources « exotiques » permettront de contrôler de manière inédite la génération des ondes guidées, en favorisant sélectivement certains modes et en façonnant leur contenu fréquentiel et directionnel. La détection des champs de déplacement ultrasonores sera notamment effectuée par interférométrie holographique, offrant une mesure à haute résolution spatio-temporelle, particulièrement adaptée à l’analyse modale.

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