Cette thèse traite du développement de la déflectométrie à décalage de phase en contexte industriel. Cette technique optique permet de mesurer le champ des pentes à la surface d'objets réfléchissants ; elle est particulièrement adaptée à la caractérisation de leurs défauts, qui se traduisent par des valeurs de courbure locale importantes. Plusieurs aspects de la déflectométrie ont été étudiés. Nous nous sommes tout d'abord intéressés à la question de la normalisation des mesures de pentes et de courbures. L'étude détaillée menée sur une pièce de référence interne nous a permis de mettre en évidence l'attention que l’on doit porter à la définition d'étalons fiables de pentes et de courbures. Elle nous a amenés à proposer un étalon spécifique pour ce type de mesure. Une deuxième partie concerne le problème de l'étalonnage du système déflectométrique, indispensable pour permettre la mesure quantitative de pentes. Après avoir mis en évidence l'intérêt des techniques de mesure de phase pour la détermination de la pose de caméras, nous avons développé une méthode d'étalonnage dédiée au cas particulier d'une configuration proche de l'incidence normale. La dernière partie de cette thèse traite de la mesure de forme par déflectométrie, problématique complexe en raison du couplage pente / altitude inhérent à cette technique. Nous avons proposé une solution itérative ne nécessitant aucune modification du montage de base. Cette méthode, dont le principe a été validé par simulation, offre des perspectives pour la mesure d'objets non plans et de grandes dimensions, tels que des miroirs solaires ou encore des verres automobiles / This work deals with the development of phase stepping deflectometry in an industrial context. This optical method allows the measurement of slope fields on the surface of specular objects. It is particularly suited to the characterization of their defects that result in high local curvature values. Several aspects of deflectometry were studied. First we examined the question of the standardization of slope and curvature measurements. The detailed study made on an internal reference part allowed us to show that the definition of slope and curvature measurement standards deserves special attention. It led us to suggest a specific measurement standard for this kind of measurement. The second part of this work details the problem of the calibration of the deflectometric system, essential for the quantitative measurement of slopes. First, the interest of phase measurement techniques for the determination of camera pose is highlighted. The principle of our calibration method, dedicated to the particular case of normal configurations, is then explained. The last part of this work deals with the shape measurement by deflectometry. This problematic is very complex because of the slope / altitude coupling inherent in this technique. We suggest an iterative solution that does not require any modification of the basic setup. This method, whose principle was validated using simulations, offers perspectives for the measurement of large non-flat objects, such as solar mirrors or automotive glasses

Ce travail présente le développement théorique et l'application expérimentale d'une méthode permettant l'identification simultanée des caractéristiques élastiques et d'amortissement d'un matériau isotrope à partir d'essais de plaques minces en vibration. La théorie montre que les paramètres recherchés peuvent être extraits des champs de flèche et de courbure mesurés à la surface de l'éprouvette à deux instants particuliers du mouvement vibratoire. L'application expérimentale consiste dans la réalisation d'un dispositif original d'excitation couplé avec l'adaptation d'une technique optique permettant la mesure des champs de pentes présentés par la plaque. Ces dispositifs sont associés à un traitement des images permettant la détermination des champs de flèche et de courbure utilisés dans la procédure d'identification mettant en oeuvre la méthode des champs virtuels. Ces derniers peuvent être considérés comme des filtres choisis pour permettre l'identification des paramètres recherchés. Une procédure a été développée permettant la sélection des champs virtuels optimaux respectant tout à la fois les conditions aux limites de la plaque et minimisant les effets du bruit de mesure sur les résultats de l'identification.

Ce travail avant tout numérique concerne l'identification directe des rigidités d'une plaque mince anisotrope avec la méthode dite des champs virtuels. Cette méthode est basée sur l'utilisation du principe de travail virtuel avec des champs virtuels particuliers. L'intérêt est d'identifier plusieurs paramètres inconnus à partir d'un seul essai générant des champs de contraintes hétérogènes et pour lequel aucun lien direct n'existe entre données du problème et déformations ou déplacements en des points donnés.<br />Deux aspects originaux sont développés dans ce travail. Le premier concerne des champs virtuels définis par sous-domaines. Le deuxième concerne l'optimisation des conditions d'essai vis-à-vis du bruit de mesure. La caractérisation d'une plaque endommagée est également examinée. Enfin, quelques essais ont permis de confirmer certains résultats trouvés dans la première partie du travail.

Jusqu’à récemment, la plupart des applications des arcs électriques mettaient en oeuvre les propriétés du coeur de la colonne, un effort particulier a donc été effectué pour développer des méthodes de caractérisation de ces zones dont la température moyenne est de l’ordre de 10000 K. Avec le développement de la plasma-chimie, le diagnostic des zones périphériques d’arcs et des décharges hors équilibre est devenu un enjeu primordial. Les méthodes de mesure classiques sont mal adaptées pour cette tâche ; le but du travail présenté dans cette thèse se résume donc au développement et à la validation de techniques de diagnostic adaptées à ces zones, dont la température cinétique n’excède pas 8000 K. Deux méthodes innovantes basées sur l’indice de réfraction, l’ombroscopie quantitative et la déflectométrie moirée, ont été étudiées en détails. Les résultats théoriques ainsi que le traitement des données obtenues ont été validés sur un jet de plasma laminaire d’argon, un modèle parfait de zone périphérique. Pour sonder les décharges hors équilibre, l’utilisation du spectre UV de OH a été aussi envisagée. À cette occasion, un programme de simulation de spectre moléculaire a été développé. L’étude des spectres synthétiques obtenus a permis de mettre au point des méthodes de mesure simples de la température rotationnelle et vibrationnelle pour une large gamme de résolution. Une des méthodes développées a été mise en œuvre sur une décharge à faible intensité de courant. On montre que les résultats obtenus par spectroscopie moléculaire sur le radical OH sont très proches de ceux obtenus à l’aide d’une simulation. / Until recently, most of electrical arcs applications were dealing with the properties of the centre of the plasma column, a large number of works was then done to develop diagnostic techniques dedicated to those area where the mean temperature is about 10000 K. With the emergence of plasma chemistery, the diagnostic of arc’s peripheral areas and un-equilibrium discharges become a goal of prime importance. Classical diagnostic techniques are not adapted to those objects where the maximum temperature is around 8000 K; the principal aim of this work was to develop and check diagnostic techniques. Two inovating techniques based on refractive index, the quantitative shadowgraphy and the moiré deflectometry were studied extensively and checked on a laminar plasma jet, a perfect model of arc’s peripheral area. To probe unequilibrium discharge, the use of UV OH spectrum was considered. At this occasion, a spectrum simulation software was written. The study of synthetic spectra lead to the creation of simple measurement methods of rotationnal and vibrationnal OH temperature for a large range of resolution. Those methods was checked on a low power electric discharge. It can be shown that result from molecular spectroscopy are close to those obtained by simulation.

Jusqu'à récemment, la plupart des applications des arcs électriques mettaient en oeuvre les propriétés du coeur de la colonne, un effort particulier a donc été effectué pour développer des méthodes de caractérisation de ces zones dont la température moyenne est de l'ordre de 10000 K. Avec le développement de la plasma-chimie, le diagnostic des zones périphériques d'arcs et des décharges hors équilibre est devenu un enjeu primordial. Les méthodes de mesure classiques sont mal adaptées pour cette tâche ; le but du travail présenté dans cette thèse se résume donc au développement et à la validation de techniques de diagnostic adaptées à ces zones, dont la température cinétique n'excède pas 8000 K. Deux méthodes innovantes basées sur l'indice de réfraction, l'ombroscopie quantitative et la déflectométrie moirée, ont été étudiées en détails. Les résultats théoriques ainsi que le traitement des données obtenues ont été validés sur un jet de plasma laminaire d'argon, un modèle parfait de zone périphérique. Pour sonder les décharges hors équilibre, l'utilisation du spectre UV de OH a été aussi envisagée. À cette occasion, un programme de simulation de spectre moléculaire a été développé. L'étude des spectres synthétiques obtenus a permis de mettre au point des méthodes de mesure simples de la température rotationnelle et vibrationnelle pour une large gamme de résolution. Une des méthodes développées a été mise en œuvre sur une décharge à faible intensité de courant. On montre que les résultats obtenus par spectroscopie moléculaire sur le radical OH sont très proches de ceux obtenus à l'aide d'une simulation.

Dans le cadre de la Fusion par Confinement Inertiel, la maîtrise de la propagation des faisceaux laser intenses, qui se propagent dans le plasma sous-dense d'une cavité d'ignition, reste un enjeu majeur. En effet, durant leur propagation, les faisceaux vont modifier les paramètres du plasma, ces paramètres contrôlant eux-mêmes la propagation. Cette rétroaction entre le plasma et le laser est potentiellement instable et produit de l'autofocalisation, de la filamentation, etc. Ces mécanismes peuvent alors dégrader fortement la propagation et in fine l'uniformité du dépôt d'énergie recherché.Dans cette étude, expérimentale et numérique, nous nous intéressons à la propagation d'un filament laser (tache focale d'une dizaine de micromètres, impulsion de 1,5 ns et d'intensité variant de 1014 W.cm-2 à 1016 W.cm-2) dans un milieu très sous dense (quelques pour-cents de la densité électronique critique). Deux expériences ont été réalisées sur l'installation de puissance LULI2000 et ont permis à la fois d'observer la transmission laser et de caractériser les gradients de température. Ces gradients sont produits par le transport électronique et influencent la réponse du plasma au laser. Afin de modéliser le rôle des gradients de température dans les instabilités d'auto-focalisation et de filamentation, nous avons associé un code d'hydrodynamique-radiative (FCI2) à un code détaillé de propagation (Héra). Pour compléter les observables précédentes, nous avons aussi mis en œuvre un diagnostic de déflectométrie protonique. Ce diagnostic permet de mesurer les champs électriques présents dans le plasma, ces champs étant issus du chauffage et de l'interaction laser. Un nouvel outil, associant le code de propagation laser et un code Monte-Carlo de transport de protons, a donc été mis en place pour modéliser les déflexions des protons. Cet outil ouvre en plus de nouvelles perspectives pour discuter de l'influence des effets 3D dans l'exploitation de ce diagnostic. Les résultats obtenus confirment l'intérêt à sonder les champs électriques au cœur même du plasma pendant la propagation laser. / The understanding and the control of high-power laser propagation into under-dense plasma is important to achieve inertial confinement fusion. During this process, the interaction of the laser with the plasma filling the hohlraum can lead to significant losses of laser energy which prevent ignition. Self-focusing or filamentation of the laser light is one of these phenomena which are desired to be mitigated since they also affect the uniformity of the laser illumination on the hohlraum wall.In order to improve our understanding of the laser-plasma interaction phenomena at play, we describe an experimental and numerical study involving an intense laser pulse between 1014 W.cm-2 and 1016 W.cm-2 , and which interacts with millimetric and under-dense plasma (having density of few % of the critical density). This work presents two experiments fielding a series of diagnostics aimed at well characterizing the laser propagation (Hisac camera) together with heat deposition in plasmas using Thomson scattering. Experimental results will be presented and discussed in the light of detailed simulations performed with the 3D laser propagation code Hera. In order to take into account the temperature gradients within the plasma during the laser propagation, Hera (laser propagation code) and FCI2 (radiation-hydrodynamic code) have been coupled. Besides, proton radiography has been used in order to access to electric fields. The measurements led to the implementation of a new and promising numerical tool using the Hera and Diane codes (Diane is a Monte Carlo particle tracing code). 3D proton radiography modelling opens new possibilities for users of this temporally and spatially resolved diagnostic.

Ce travail présente le développement théorique et l'application expérimentale d'une méthode permettant l'identification simultanée des caractéristiques élastiques d'amortissement d'un matériau isotrope à partir d'essais de plaques minces en vibration. La théorie montre que les paramètres recherchés peuvent être extraits des champs de flèche et de courbure mesurés à la surface de l'éprouvette à deux instants particuliers du mouvement vibratoire. L'application expérimentale consiste dans la réalisation d'un dispositif original d'excitation couplé avec l'adaptation d'une technique optique permettant la mesure des champs de pentes présentés par la plaque. Ces dispositifs sont associés à un traitement des images permettant la détermination des champs de flèche et de courbure utilisés dans la procédure d'identification mettant en oeuvre la méthode des champs virtuels. Ces derniers peuvent être considérés comme des filtres choisis pour permettre l'identification des paramètres recherchés. Une procédure a été développée permettant la sélection des champs virtuels optimaux respectant tout à la fois les conditions aux limites de la plaque et minimisant les effets du bruit de mesure sur les résultats de l'identification.

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'inspection de surfaces métalliques industrielles. Nous proposons de généraliser des méthodes de l'imagerie hyperspectrale à des données multimodales comme des images optiques multi-canales, et des images thermographiques multi-temporelles. Dans la première application, les cubes de données sont construits à partir d'images multi-composantes pour détecter des défauts de surface. Les meilleures performances sont obtenues avec les éclairages multi-longueurs d'ondes dans le visible et le proche IR, et la détection du défaut en utilisant l'angle spectral, avec le spectre moyen comme référence. La deuxième application concerne l'utilisation de l'imagerie thermique pour l'inspection de pièces métalliques nucléaires afin de détecter des défauts de surface et sub-surface. Une approche 1D est proposée, basée sur l'utilisation du kurtosis pour sélectionner la composante principale parmi les premières obtenues après réduction des données avec l’ACP. La méthode proposée donne de bonnes performances avec des données non-bruitées et homogènes, cependant la SVD avec les algorithmes de détection d'anomalies est très robuste aux perturbations. Finalement, une approche, basée sur les techniques d'analyse de franges et la lumière structurée est présentée, dans le but d'inspecter des surfaces métalliques à forme libre. Après avoir déterminé les paramètres décrivant les modèles de franges sinusoïdaux, l'approche proposée consiste à projeter une liste de motifs déphasés et à calculer l'image de phase des motifs enregistrés. La localisation des défauts est basée sur la détection et l'analyse des franges dans les images de phase. / The work presented in this thesis deals with the quality control and inspection of industrial metallic surfaces. The purpose is the generalization and application of hyperspectral imagery methods for multimodal data such as multi-channel optical images and multi-temporal thermographic images. In the first application, data cubes are built from multi-component images to detect surface defects within flat metallic parts. The best performances are obtained with multi-wavelength illuminations in the visible and near infrared ranges, and detection using spectral angle mapper with mean spectrum as a reference. The second application turns on the use of thermography imaging for the inspection of nuclear metal components to detect surface and subsurface defects. A 1D approach is proposed based on using the kurtosis to select 1 principal component (PC) from the first PCs obtained after reducing the original data cube with the principal component analysis (PCA) algorithm. The proposed PCA-1PC method gives good performances with non-noisy and homogeneous data, and SVD with anomaly detection algorithms gives the most consistent results and is quite robust to perturbations such as inhomogeneous background. Finally, an approach based on fringe analysis and structured light techniques in case of deflectometric recordings is presented for the inspection of free-form metal surfaces. After determining the parameters describing the sinusoidal stripe patterns, the proposed approach consists in projecting a list of phase-shifted patterns and calculating the corresponding phase-images. Defect location is based on detecting and analyzing the stripes within the phase-images.