Caractérisation par modes de Lamb à vitesse de groupe nulle (ZGV) de couches fines déposées sur une plaque

Résumé : Le contrôle non destructif de plaques ou de tubes peut être assuré par des ondes de Lamb se propageant dans la structure. Expérimentalement, une source laser pulsée et un interféromètre optique sont utilisables pour générer et détecter sans contact mécanique ces ondes élastiques guidées. Avec cette configuration, nous proposons une méthode alternative utilisant les modes de Lamb à vitesse de groupe nulle (modes ZGV) plutôt que des modes propagatifs. Ces modes ZGV ont des propriétés remarquables : en particulier leur vitesse de groupe s’annule alors que leur vitesse de phase reste finie. Par conséquent, une partie significative de l’énergie déposée par le laser impulsionnel peut rester confinée sous la zone source. Dans une plaque homogène et isotrope nous avons observé une résonance très étroite dont la fréquence, correspondant au minimum de la courbe de dispersion du mode de Lamb $S_1$, dépend uniquement de l’épaisseur de la plaque et du coefficient de Poisson du matériau. Plus généralement, pour un matériau donné, il existe un ensemble de résonances ZGV et leur détection fournit une mesure absolue et locale du coefficient de Poisson. Ces modes non propagatifs peuvent aussi être exploités pour caractériser des structures multicouches. Expérimentalement, nous avons observé qu’une fine couche d’or (500 nm) déposée sur une plaque épaisse de Duralumin (1,5 mm) introduisait un décalage sensible vers le bas de l’ensemble des fréquences de résonance ZGV. Ce décalage, typiquement 5 kHz pour le mode de Lamb $S_1$ de fréquence 1,924 MHz, peut être approché par une formule permettant de calculer l’épaisseur de la couche. Des épaisseurs aussi faibles que 100 nm sont mesurables par cette méthode. Pour obtenir une telle sensibilité avec une technique ultrasonore conventionnelle, telle que la microscopie acoustique, il faudrait travailler à des fréquences de plusieurs GHz.
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https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00549574
Contributor : Quentin Leclere <>
Submitted on : Wednesday, December 22, 2010 - 11:03:39 AM
Last modification on : Thursday, April 4, 2019 - 1:29:35 AM

Identifiers

  • HAL Id : hal-00549574, version 1

Citation

Maximin Cès, Dominique Clorennec, Daniel Royer, Claire Prada. Caractérisation par modes de Lamb à vitesse de groupe nulle (ZGV) de couches fines déposées sur une plaque. 10ème Congrès Français d'Acoustique, Apr 2010, Lyon, France. ⟨hal-00549574⟩

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