Mesure de coefficient de dilatation thermique de matériaux composites par holographie dynamique

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  • Publié le : 24 avril 2011
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Mesure de coefficient de dilatation thermique de matériaux composites par holographie dynamique

Marc Georges, Sébastien Ryhon, Cédric Thizy, Philippe Lemaire

a Centre Spatial de Liège, Parc Scientifique du Sart Tilman, 4031 Angleur (Liège), Belgique
tél : 32-4-3676668, fax : 32-4-3675613, e-mail : mgeorges@ulg.ac.be
b Optrion S.A., rue des Chasseurs Ardennais, 4031 Angleur (Liège),Belgique
tél : 32-4-3729333, e-mail : sryhon@skynet.be

ABSTRACT

Une méthode de mesure de coefficient de dilatation thermique par interférométrie holographique est présentée. Nous passerons rapidement en revue le principe de la caméra holographique dynamique utilisée pour la mesure puis nous montrerons l’application à plusieurs cas concrets de R&D industriels. Il s’agit d’éprouvettes simples dematériaux composite et de structures plus complexes alliant ces matériaux à des métaux. La mesure consiste à observer le déplacement différentiel entre la partie supérieure de l’objet étudié et une plaque de base sur laquelle il est posé et ce lorsqu’un échauffement ou refroidissement de l’ensemble est opéré.

I. Introduction

L'interférométrie holographique est une technique permettant demesurer des déplacements allant de typiquement 10 nm à 25-30 microns. Elle est appliquée ici à la détermination du coefficient de dilatation thermique (CTE). Le CTE est défini comme le rapport de l'élongation (ÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿ

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ÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿΔl/l) de l'objet de longueur l à lavariation de température ΔT que subit cet objet. Le déplacement mesuré lors d'un changement de température est donc donné par

[pic]

Pour un CTE et une longueur donnés, il faut donc éléver la température ΔT de l'objet de manière telle que le déplacement soit mesurable par interférométrie.

La méthode consiste à observer l'objet posé sur une surface de référence et demesurer par interférométrie holographique la différence des déplacements entre le sommet de l'objet et cette référence lorsqu'une élévation de température a lieu. La caméra holographique utilisée est basée sur un support d'enregistrement holographique dynamique (cristal photoréfractif).. Cet instrument a déjà été présenté à maintes reprises, avec une laser continu 1-3 ainsi qu'une variante utilisantun laser impulsionnel 4,5.

Rappelons que l'originalité de cet instrument vient du fait que le cristal photoréfractif enregistre l'hologramme in-situ, ne nécessitant donc pas de développement chimique (comme dans le cas des supports holographiques argentiques) ou de développement physique complexe (chauffage et chargement électrique prenant quelques dizaines de secondes comme dans le cas desthermoplastiques). De plus le cristal est complètement effaçable et réutilisable pour de multiples enregistrements holographiques successifs, et ce, sans fatigue du support. Nous avons montré que, à l'instar des instruments basés sur l'interférométrie de speckle, la caméra holographique photoréfractive permet une capture aisée avec une procédure de traitement simple, en un temps très court, maisavec une qualité des figures d'interférence supérieure puisque le speckle n'est pas présent dans les images. Cela permet d'accéder à des mesures de déplacements généralement plus fines. C'est bien le cas qui nous occupe car les échantillons dont nous devions mesurer le CTE ont des CTE prédits relativement petits (de l'ordre de 10-6), ce qui signifie que les déplacements mesurés restent souventinférieurs à une frange entière, pour des élévations de quelques degrés et des longueurs initales de quelques centimètres.

II. Présentation de la caméra holographique

La figure 1 montre une photo de la caméra holographique. Cette dernière est une version compacte qui a été dérivée d'un instrument présenté à la référence 2 qui consistait en un petit banc optique sur lequel tous les segments...
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