+ 2013 Scanner champ proche – champ lointain en micro-ondes (interCarnot)

SPLM

Porteur du projet

Rodolphe Vaillon CETHIL

rodolphe.vaillon@nullinsa-lyon.fr

Laboratoire(s) membre(s)

avec 

Impression

  • Institut Fresnel

Domaines scientifiques Ingénierie@Lyon

MODÉLISATION NUMÉRIQUE ET CONCEPTION ROBUSTE ( caractérisation de matériaux)

secteurs industriels

Aéronautique
Chimie et Matériaux
-
Pour des applications Contrôle non destructif: AGROALIMENTAIRE, AUTOMOBILE, FERROVIAIRE, INDUSTRIE DE LA SANTE, NAVAL, NUCLEAIRE

portrait du porteur

Vaillon3Rodolphe VAILLON CETHIL
Groupe Transferts radiatifs et couplages dans les milieux semi-transparents (P)
Groupe Micro et nanothermique (permanent)
Directeur/directrice de recherche au CNRS
Thème "Milieu réactifs et transferts radiatifs"
Thème "Transferts aux petites échelles"
Mots-clés
Transferts radiatifs dans les milieux semi−transparents ; propriétés radiatives des particules et des gaz ; caractérisation radiative / optique de particules ; transferts thermiques dans les cellules photovoltaïques ; transferts radiatifs en champ proche.

Axe(s) de recherches

Objectifs

Le projet a pour objectif de poursuivre le développement d’un prototype de scanner champ proche – champ lointain en micro-ondes, de le mettre en œuvre pour démontrer ses performances dans le cadre d’actions de recherche et de valorisation. Le scanner comprend un générateur d’ondes évanescentes à l’aide d’un prisme par réflexion totale interne et des systèmes de mesure des champs diffusés par des objets déposés sur le prisme, en champ lointain et en champ proche. L’idée d’utiliser non plus des ondes planes (ou assimilées comme telles) pour « interroger » les objets, mais plutôt des ondes évanescentes bien plus riches en fréquences spatiales, a pour but de caractériser des objets de taille bien inférieure à la longueur d’onde, sans utilisation de sonde (les objets à caractériser sont eux-mêmes les convertisseurs d’ondes de surface en ondes propagatives).
L’étude de qualification du prototype vise à mesurer les champs diffusés par un ou plusieurs objets canoniques (sphères, cubes) en champs proches et lointains puis de les utiliser pour : analyser et mieux comprendre les limites des modélisations physiques existantes ; spécifier les performances maximales du scanner. Elle sert également à améliorer l’invention et les revendications d’un brevet français déposé en mars 2013 (dépôt n°1352803), à apporter des preuves du concept en vue d’une valorisation auprès d’industriels ciblés.

spl

Résultats partiels 

Avec les soutiens financiers des deux Instituts Carnot (I@L et STAR) et de la SATT Sud Est, le prototype a été amélioré pour se prémunir d’effets indésirables (tels que l’existence d’ondes propagatives résiduelles au-dessus de la surface du prisme) et a été muni de systèmes de déplacement des sondes en champ proche. Des sondes électriques et magnétiques résolues, à forte dynamique et peu perturbatrices, ont été acquises et installées. La mise en place d’un capot anéchoïque est en cours. Le prototype amélioré a atteint l’opérationnalité visée et fait l’objet des tests de qualification des performances.

Du point de vue modélisation, le cas d’un cube seul et de deux cubes adjacents ont été simulés à l’aide de codes numériques dédiés (approximation des dipôles discrets, notamment) et ont permis de définir une cartographie des champs électriques diffusés proches et lointains. L’analyse de ces résultats a permis de dégager les capacités de distinguer un objet seul (plus petit rapport taille sur longueur d’onde) et deux objets proches (plus petit rapport distance entre les objets sur la longueur d’onde). Une étude spécifique destinée à comprendre l’impact du substrat sur le champ diffusé a été menée. Elle a permis de bien mettre en évidence les limitations des modèles actuels à bien traiter ce cas et la nécessité de mettre en œuvre plusieurs approches (dipôles discrets, éléments finis) pour conclure.

Avec les améliorations apportées au prototype, une extension géographique de la protection de l’invention a été effectuée par le dépôt d'une demande internationale au titre du Traité de Coopération en matière de Brevet (PCT n° EP2014/056351).

Intérêt industriel

Dans le domaine fréquentiel du prototype, le scanner peut être mis à profit pour la détection de défauts ou d’humidité à l’intérieur d’objets et de matériaux, non visibles à l’œil nu (car en cœur). Des essais ont été réalisés pour déceler quelques gouttes d’eau dans du sable ou pour observer la signature de fissures dans des blocs de matière plastique. Ces défauts peuvent être détectés en champ lointain et imagés en champ proche. Ces perspectives d’application à du Contrôle Non Destructif ont déjà fait l’objet de démonstrations auprès de plusieurs entreprises. 

Le deuxième intérêt de ce scanner est qu’il peut permettre de réaliser à plus grande échelle et pour des plus grandes longueurs d’onde des mesures similaires à de la microscopie optique en champ proche, en s’appuyant sur des principes d’invariance d’échelles. De nombreux systèmes optiques désormais utilisés couramment ont d’abord été développés dans le domaine des micro-ondes. Ce scanner peut tout à fait être mis au service de développeurs de nouveaux imageurs optiques en champ proche et champ lointain qui ne feraient pas appel à des sondes ou des guides d’onde. Il s’agit là d’un champ d’innovation à continuer d’explorer en lien étroit avec les entreprises. 

 

 

 

 

 

 

VALORISATION - IMPACTS DU PROJET

1 publication de rang A
1 workshop et 2 conférences en 2014, 1 conférence en 2015
1 séminaire invité à ''Queensland University'', Brisbane, Australie
1 brevet : R. Vaillon, B. Lacroix, J-M Geffrin, M. Francoeur, ’’Dispositif d’imagerie en champ proche et lointain dans le domaine des micro-ondes’’, FR3003950 - 2014-10-03 (dépôt FR1352803 - 2013-03-28)
Partenariat avec ''University of Utah'' (Dr. M. Francoeur, un des quatre inventeurs du brevet), discussions d'ouvertures nouvelles avec des partenaires japonais
3 contacts industriels
1 contrat 

Une ingénierie adaptée aux services des enjeux de nos partenaires

CALY TECHNOLOGIES, MECALAM, CCI LYON, VIBRATEC, THALES, AREVA, VOLVO, RENAULT, MICHELIN, ANNEALSYS, HUTCHINSON, EDF R&D ENERBAT, RIBER, SKF, EDF, PSA Peugeot-Citroen, SAFRAN, LUTB Transports&MobilIty, ...