Les ultrasons: principe et applications

Résumé du document

Les ondes ultrasonores sont dues à la mise en vibration des molécules constituant le milieu de propagation. Ces molécules oscillent autour d'un point fixe dans la direction de propagation, c'est pourquoi on peut dire que la propagation de l'onde se fait par déplacement de matière, les molécules revenant à leur point de départ. Lorsque la densité de molécules augmente localement, cela se traduit par une augmentation de la pression. Le milieu de propagation de l'onde est donc soumis à une succession de surpressions et de dépressions. Les ondes ultrasonores sont donc des ondes de pression tout comme les ondes sonores, mais dont la fréquence est supérieure à 20 KHz. Elles se propagent à une vitesse qui sera fonction de la nature du milieu, indépendamment de la fréquence de l'onde, selon une direction longitudinale ou transversale. Le milieu présente une certaine résistance au passage des ultrasons, appelée impédance qui est fonction du module d'élasticité et de la densité du milieu considéré. Comme la lumière en optique, chaque fois qu'un ultra-son rencontre une interface, une partie de l'énergie incidente est transmise tandis que l'autre partie est réfléchie. Les directions de la transmission et de la réflexion sont fonction de l'angle d'incidence de l'onde sonore. Si l'incidence n'est pas perpendiculaire à l'interface, l'onde transmise subit une déviation, c'est la réfraction. Des phénomènes de diffusion et d'absorption peuvent aussi exister selon la taille de l'interface et la nature du milieu traversé. Il existe différents générateurs ultrasonores de types mécaniques (sifflets), électrodynamiques (condensateur), à magnétostriction (barreau ferromagnétique) et piézo-électriques (quartz) utilisées pour plusieurs applications scientifiques. La génération d'ondes ultrasonores est à la base des technologies de conception de transducteurs électromécaniques, utilisés dans les applications médicale telle que l'échographie ou industrielle (soudure de matériaux par ultrasons, Contrôle Non destructif). Le processus utilisé pour ces applications requiert la génération d'un faisceau ultrasonore pulsé, la réception de l'écho et le traitement du signal. Ainsi, des paramètres tels que la fréquence, l'amplitude, le temps d'émission lié au signal d'excitation déterminent la qualité du signal reçu et traité.

Extraits

[...] Le traitement du signal pour la visualisation. La réception et le traitement du signal reçu peuvent changer avec la méthode de balayage utilisée. III ) Atténuation par Réflexion, Transmission et Réfraction: Dans un milieu hétérogène comme le corps humain, un faisceau ultrasonore se propage de manière complexe en subissant essentiellement : réflexion, réfraction, absorption et diffraction. L'ensemble de ces mécanismes est responsable de l'atténuation globale du faisceau. L'énergie transportée par le faisceau diminue progressivement le long de la direction de propagation. [...]

[...] On a également construit des sifflets à jet liquide, fonctionnant dans l'eau, et spécialement adaptés à l'émulsification. Les sirènes permettent d'obtenir une énergie acoustique totale encore plus considérable ; on peut atteindre par exemple 200 pour f = 22 KHz. Il faut aussi signaler, à cause de son extrême simplicité, et malgré la petitesse de l'intensité acoustique émise, le procédé qui consiste à heurter avec un marteau l'extrémité d'une baguette d'acier, ou de verre. La fréquence du fondamental obtenu correspond à la vibration en demi-onde, c'est-à-dire à la présence d'un ventre à chaque extrémité. [...]

[...] I ) Mesures électriques : Elles utilisent le phénomène piézo-électrique. Les variations de pression sur un système piézo-sensible sont transformées en variations de potentiel de même fréquence, que l'on mesure après amplification éventuelle. La très haute sensibilité d'un tel dispositif en fait le seul utilisable dans les cas où l'énergie est très faible, à cause du niveau bas de l'intensité, ou de la faible durée des signaux ultrasonores (sondage sous-marin). La plus simple des méthodes électriques de mesure a été indiquée par DENIER. [...]

[...] Différents procédés permettent de le mesurer : la méthode de l'écho, évoquée plus haut. La mesure directe de λ, obtenue en observant les ondes stationnaires à la surface d'une éprouvette, couverte d'une légère couche de poudre ou d'huile. Outre la mesure des vitesses, l'observation des figures de vibration d'un corps solide transparent donne d'intéressants renseignements sur la structure, en particulier pour l'étude des cristaux. Tableau 2 : Vitesse du son dans divers liquides et solides à 20 II.2) Réflexion et Réfraction: II ) Données fondamentales : Le changement de vitesse à la surface de séparation de deux milieux implique l'existence d'un indice de réfraction n définit par le rapport : Et par conséquent aussi d'effets de réflexion, qui jouent dans la pratique, un rôle considérable. [...]

[...] Les ultrasons: principe et applications RÉSUME: Les ondes ultrasonores sont dues à la mise en vibration des molécules constituant le milieu de propagation. Ces molécules oscillent autour d'un point fixe dans la direction de propagation, c'est pourquoi on peut dire que la propagation de l'onde se fait par déplacement de matière, les molécules revenant à leur point de départ. Lorsque la densité de molécules augmente localement, cela se traduit par une augmentation de la pression. Le milieu de propagation de l'onde est donc soumis à une succession de surpressions et de dépressions. [...]