Microscopies photothermiques et thermoelastiques conventionnelles et a sonde locale : theorie et experimentation

• Auteur / Autrice : BRUNO CAVALLIER
• Direction : Bernard Cretin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Besançon

Résumé

Les microscopies thermiques et thermoelastiques constituent un outil d'investigation particulierement efficace pour le controle non-destructif. Nous presentons dans ce memoire une etude theorique et experimentale de la microscopie photothermoelastique conventionnelle et a sonde locale. Apres une etude des differentes methodes de detection photothermiques, dans le cadre des microscopies classiques et en champ proche, nous exposons une partie consacree a la theorie. Cette modelisation est abordee sous deux aspects. D'une part, un modele 3d analytique, base sur la transformee de hankel, permet de calculer les champs thermiques et thermoelastiques, et ainsi de definir les resolutions laterales et les profondeurs d'investigation thermoelastiques. D'autre part, une modelisation par elements finis sous modulef, base sur une excitation harmonique, permet de calculer la temperature et le deplacement normal pour tout type de structure. Les premieres applications de ce modele numerique concernent une inclusion et la modelisation du couplage thermique en champ proche d'une sonde locale metallisee. D'un point de vue experimental, une premiere partie traite du microscope photothermoelastique multi-acquisition qui permet d'obtenir simultanement des images thermoelastiques, thermiques et optique de l'objet examine. De nombreux exemples d'applications montrent l'interet de ce microscope multi-acquisition qui offre la possibilite de reveler la structure subsurfacique de l'echantillon. Enfin, une seconde partie expose les premiers resultats experimentaux du microscope photothermoacoustique a sonde locale, utilisant une fibre optique etiree dont l'extremite n'excede pas 100 nm, qui demontrent une resolution laterale photothermique et thermoacoustique de 50 a 100 nm. Une image topographique complementaire est realisee a partir de l'asservissement de distance sonde-objet base sur le couplage acoustique en champ proche via l'air.