Contexte :

Dans le domaine de la physique des chocs ou plus généralement de l’étude du comportement dynamique des matériaux, l’interférométrie Doppler de type VISAR (Velocity Interferometer System for Any Reflector), développée dans les années 1970, a représenté une avancée considérable. Des phénomènes rapides (quelques nanosecondes à la microseconde) et à grande vitesse (plusieurs centaines de mètres par seconde) pouvaient alors être mesurés. Ces systèmes ont évolué au fil des ans, donnant lieu à différentes générations d’équipements et à de nombreux développements. L’apparition de composants optiques fibrés dans le domaine des télécommunications a facilité la réalisation de systèmes « Vélocimétrie Hétérodyne » (VH, aussi dénommée Interférométrie Doppler Fibré ou Photonic Doppler Velocimetry en anglais). Ces systèmes offrent de nombreux avantages en termes d’exactitude et de reproductibilité des mesures. Les orientations du CEA Gramat sur les développements actuels sont la mesure en ligne et en 2D ainsi que la quantification de l’erreur résiduelle sur la mesure de vitesse.

Objectif :

Les travaux envisagés dans ce post-doctorat ont notamment pour but de réaliser un nouveau système multi-longueurs d’onde permettant la mesure d’un profil de vitesses en ligne ou en 2D à la surface d’un matériau sous sollicitation dynamique (choc plan, compression isentropique, etc.) de quelques mm/s à environ 10 km/s. Le nouveau système VH devra permettre de réaliser la mesure d’un profil de vitesse avec une résolution spatiale et temporelle suffisante pour mieux appréhender les phénomènes physiques mis en jeu afin d’optimiser les codes de simulation numérique utilisés actuellement en dynamique des matériaux. La fonction de transfert globale de la chaîne de mesure, incluant le traitement du signal, sera ensuite modélisée et maîtrisée par l’estimation de son incertitude de mesure. Le CEA Gramat possède une palette d’outils de traitement du signal pour estimer la fréquence Doppler. Les techniques de transformée de Fourier glissante (SFFT) et d’analyse du déphasage des signaux d’interférences sont les plus utilisées. L’outil devra être mis à niveau pour intégrer de manière automatique le calcul d’incertitude sur la mesure de vitesses.
Le nouveau système VH et l’outil de traitement du signal mis à jour seront validés sur un banc optique puis sur des expérimentations de dynamique des matériaux au CEA Gramat notamment sur un générateur de rampe de compression nommé GEPI (Générateur Electrique de Pressions Intenses) utilisant les Hautes Puissances Pulsées (HPP), qui permet d’atteindre des contraintes maximales de l’ordre de 100 GPa avec des temps de montée caractéristiques de 450-500 ns.

Déroulement :

Sur la base des travaux déjà menés sur les mesures de vitesses en dynamique des matériaux, la première partie de ce travail consistera à prendre en main les systèmes de vélocimétrie hétérodyne et les outils de traitement du signal. La seconde partie aura pour but de quantifier l’erreur résiduelle sur la mesure de vitesse. La dernière partie de ce travail consistera à valider le nouveau système multi-longueurs d’onde et l‘outil de traitement du signal adapté dans le but d’utiliser l’ensemble en routine sur des moyens expérimentaux du CEA Gramat.

Contact:

Yohan BARBARIN & Gaël LEBLANC – CEA/Gramat – BP 80200 – 46500 GRAMAT – 05 65 10 54 32