Connaître le sexe d’un bébé avant sa naissance était considéré comme un miracle avant les années 70. Cependant cette pratique est utilisée aujourd’hui en routine pour le suivi de grossesse. Ceci est grâce à la découverte des ultrasons par le physiologiste britannique Francis Galton en 1883.
Il s’agit des ondes ultrasonores notamment de type mécanique qui se propage au travers de supports fluides, solides en engendrant des oscillations dans les milieux qu’elles traversent. La gamme de fréquences des ultrasons se situe entre 16 000 et 10 000 000 Hertz, ce qui les rendre inaudibles par l’être humain. Ce type d’onde est utilisé dans des domaines variés. Par exemple en 1917 Les ultrasons étaient utilisés dans le domaine des sous-marins, où les Allemands ont installés un émetteur d’ondes dans leurs U-boots afin d’avoir des informations sur la position de l’ennemi. Le système est simple, des ultrasons sont envoyés dans la mer, s’ils rencontrent un obstacle, ils sont renvoyés au navire en indiquant la distance entre l’obstacle et le sous-marin.
Historique :
Le phénomène des ultrasons a été découvert en 1883 par l’anglais Francis Galton. Vécu entre 1822 et 1911, Sir Francis Galton était connu comme un explorateur, géographe et météorologue. Cousin de Charles Darwin, il appartenait à une famille d’intellectuels riches. Après avoir découvrir les ultrasons, il a consacré sa vie à la statistique et à la psychiques afin de quantifier le comportement de l’être humain.
Il existe 3 types d’ultrason :
Les générateurs piézoélectriques qui est constitué de lamelles de quartz d’orientation et d’épaisseur rigoureusement identiques, collées entre deux disques d’acier. Ces deux disques sont reliés aux bornes d’une source de courant alternatif. Les lamelles de quartz sont alors déformées à la même fréquence que celle de la tension qui leur est appliquée. Elles produisent des vibrations mécaniques qui sont transmises au milieu dans lequel se trouve l’appareil.
Les émetteurs magnétostrictifs, qui jouent sur la variation des dimensions d’un corps ferromagnétique lorsque celui-ci est placé dans un champ magnétique variable ;
Les émetteurs électrostrictifs, qui jouent quant à eux sur la variation des dimensions de certaines céramiques lorsqu’elles sont placées dans un champ électrique variable.
Domaines d’utilisation des Ultrasons :
Comme on a mentionné précédemment, les signaux qui sont créés peuvent être exploités dans plusieurs domaines, notamment dans le domaine médical ; dans un objectif diagnostique (échographie, échodoppler, élastographie) ou thérapeutique (lithotripsie, pharmaco-émulsification…) ; dans des applications industrielles (nettoyage de pièces, contrôle non destructif, etc.) ou dans l’automobile (repérage d’obstacles).
Dans la suite de cet article, on s’intéressera aux exemples de l’échographie et du contrôle non destructif des matériaux comme domaine d’utilisation des ultrasons.
L’échographie : Le principe de l’échographie est le même que celui de la détection des sous-marins expliqué précédemment. Son système est composé d’une sonde contenant une céramique piézoélectrique qui permet d’émettre et de recevoir des ondes ultrasons. Le délai entre l’émission et la réception de ces dernières est ensuite converti en image et affiché sur un système de visualisation. Dans le but d’avoir une image claire, les échographistes utilisent un gel, déposé sur la peau, qui permet d’éviter les atténuations des signaux pendant leurs passages entre la sonde et la peau. La définition de l’image obtenue est variable selon son utilisation, par exemple une échographie sur le cœur exige une meilleure qualité.
Contrôle Non Destructif De Matériaux (CND) : Le contrôle par ultrasons est une méthode de contrôle qui sert à détecter des défauts à l’intérieur ou à l’extérieur d’un matériau (exemple : porosité, fissures, épaisseur, etc.). Le principe de fonctionnement de ce contrôle est le même principe expliqué au début de cet article. Un dispositif, dit traducteur ultrasonore, envoie des ondes ultrasons à travers un matériau puis il recueille et analyse ces ondes à l’issue de leurs réflexions dans le matériau.
Exemple de la mesure d’épaisseur d’une pièce à l’aide d’un mesureur à ultrasons portable le «38DL PLUS d’Olympus ».
Cet appareil est conçu pour une grande variété d’applications de mesure d’épaisseurs. Quand vous travaillez avec le 38DL PLUS, l’accès à un seul côté de la pièce à mesurer suffit pour mesurer l’épaisseur des matériaux difficiles, de manière non destructive.
Le 38DL PLUS nous permet d’effectuer des mesures d’épaisseur de 0,08 mm à 635 mm à l’aidé d’une gamme complète de traducteurs mono-éléments et à émission-réception séparées. La température des matériaux à mesurer peut varier entre -20°C à 500°C, selon les caractéristiques du matériau. Pour obtenir une précision maximale, il faut effectuer des mesures uniformes en utilisant un gel, dit couplant, ayant une basse viscosité. Ensuite il faut appliquer le traducteur sur le couplant qui est déposé sur la pièce avec une pression uniforme.
Les étapes nécessaires pour effectuer une mesure d’épaisseur à l’aide de cet appareil sont :
- Configurer le traducteur
- Etalonner l’appareil
- Entrée la vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans le matériau
- Verser du couplant sur le bloc étalon ou sur le point de mesure de la pièce à inspecter.
- Placer l’extrémité du traducteur sur la surface de la pièce à inspecter, en appliquant une pression de modérée à ferme, et maintenir le traducteur aussi plat que possible sur la surface du matériau.
- Vérifier la mesure d’épaisseur de la pièce inspectée.
- Enregistrer les données