Développement d'une méthode acoustique basse fréquence pour la caractérisation des milieux fortement absorbants : application à la caractérisation de la pâte à pain en cours de fermentation

Developement of a low frequency acoustic method for the characterization of strongly absorbing media : application to the characterization of bread dough during the fermentation phase

• Auteur / Autrice : Alain Skaf, Georges Nassar
• Direction : Bertrand Nongaillard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique. Ultrasons
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pâte à pain

Ultrasons

Ondes kilométriques

Capteurs (technologie)

Acoustique

Absorbants et adsorbants

Résumé

Les milieux complexes constituent une classe de matériaux qui occupent une place de plus en plus importante dans notre vie quotidienne. Ainsi, l’étude de leurs caractéristiques physiques présente un intérêt grandissant tant d’un point de vue industriel que fondamental. Cependant, leur structure hétérogène et leur comportement mécanique complexe dépendant de la fréquence de sollicitation rendent leur caractérisation difficile à travers les méthodes classiques d’investigation. Dans ce travail, nous proposons un modèle de capteur acoustique basse fréquence adapté à la caractérisation de tels milieux. Ce modèle consiste à encastrer une pastille piézoélectrique dans un disque isotrope de propriétés mécaniques connues et à mettre en résonance la structure toute entière. Plusieurs modes de résonances sont étudiés et plus particulièrement les modes radiaux et les modes de flexion. Après une validation expérimentale du capteur sur des échantillons de polymères industriels, nous procédons à la caractérisation d’un milieu de complexité élevée qu’est la pâte à pain dans sa phase de fermentation. Dans ce but, un système de mesure a été optimisé, dans lequel le capteur proposé est l’élément principal. Ce système fonctionne en mode transmission et le mode de résonance utilisé est un mode de flexion très basse fréquence de l’ordre du kilohertz. L’excitation de ce mode est effectuée par application d’un choc mécanique. A travers ce système de mesure, nous validons la possibilité de suivre de façon non destructive la cinétique de fermentation d’une pâte à pain afin d’étudier l’influence de divers facteurs technologiques entrant en jeu comme la température et les différents ingrédients

Complex media is a class of materials often found in our daily life. Thus, the study of their physical characteristics presents a growing interest from an industrial and fundamental point of view. However, their heterogeneous structure and their complex mechanical behavior which depend on the frequency solicitation make their characterization difficult through traditional methods of investigation. In this work, we propose a model for a low frequency acoustic sensor adapted to the characterization of such media. This model consists in imbedding a piezoelectric element in an isotropic disc for which the mechanical properties are known and in exciting the resonance of the entire structure. Several resonance modes are studied and more particularly the radial modes and the flexion modes. After an experimental validation of the sensor on industrial polymer samples, we carry out the characterization of a medium of high complexity which is the bread dough in the fermentation phase. For this purpose, a measurement device was optimized, in which the proposed sensor is the main element. This device operates in transmission mode and we use a very low frequency resonance mode which is a flexion mode of about one kilohertz. The excitation of this mode is made by applying a mechanical impact. Through this measuring device, we validate the possibility of monitoring nondestructively the kinetics of bread dough fermentation in order to study the influence of various technological parameters such as temperature and the different ingredients