Brevet FR3063149A1 — publié le 20180824

DISPOSITIFS ET METHODE DE MESURE ASSOCIEE POUR LA DETERMINATION DES PROPRIETES MECANIQUES DE MILIEUX INITIALEMENT LIQUIDES OU MOUS ET DE LEURS EVOLUTIONS DANS LE TEMPS. La présente invention concerne un dispositif de mesure et une méthode associée d'exploitation des données obtenues permettant de déterminer des valeurs caractéristiques des propriétés mécaniques d'un milieu initialement liquide ou suffisamment mou pour venir en contact avec une surface plane puis de suivre en temps réel leurs évolutions lors de changements d'état physico-chimique de ce milieu. Les paramètres obtenus sont les célérités de propagation des ondes acoustiques longitudinale et transversale dans le milieu, ainsi que la masse volumique. Ces 3 paramètres réunis sont reliés aux propriétés mécaniques du milieu et à son évolution, notamment par le module d'Young et le module de cisaillement. Cela concerne par exemple le suivi de la prise des ciments et bétons, avant le décoffrage, et qui est à l'origine des travaux ayant conduit à l'invention [LAS 98]. L'invention s'applique à tous les milieux, initialement liquides ou mous, dont les caractéristiques mécaniques évoluent au cours du temps par exemple les colles, mousses, polymères, dépôts sédimentaires de matière, fromages, yaourts, fluides thixotropes. L'invention s'applique également à la mesure des propriétés mécaniques des milieux mous comme les tissus et revêtements, peaux, épidermes, l'élasticité des parois : vaisseaux, tissus, artères, muscles. État de l'art Les méthodes existantes actuellement fournissent des informations partielles sur les propriétés mécaniques des milieux liquides ou mous. Par exemple, certaines méthodes déterminent une seule propriété mécanique : la pointe de Vicat détermine la dureté des ciments, les rhéomètres mesurent la contrainte de cisaillement et la vitesse de cisaillement pour obtenir la viscosité. Elles rencontrent en général des limitations lorsque le milieu passe de l'état liquide vers l'état solide. D'autre part le module d'Young n'est pas mesuré. Les ondes acoustiques se prêtent bien à des mesures tant en milieux liquides que solides. Une première classe de méthodes consiste à faire traverser les ondes acoustiques dans le milieu étudié entre un émetteur et un récepteur. Ces méthodes ne peuvent déterminer que les célérités des ondes. Cette solution est de plus limitée aux ondes longitudinales pour les liquides qui ne permettent pas la propagation des ondes transversales. Appliquées au suivi de la prise du ciment [CAN 90 SAY 93 GAR 95 BOU 95] , les mesures en ondes transversales ne commencent qu'après la formation d'un réseau solide. Ces méthodes ne fournissent pas la masse volumique. Elles permettent par contre d'obtenir l'atténuation des ondes dans les milieux. Une seconde classe de méthodes acoustiques pour la caractérisation des milieux matériels utilise des mesures basées sur l'étude des vibrations, parfois résonantes, d'un solide au contact avec le 3063149 2 milieu étudié en ondes longitudinales [PRu 98, CRO 99] ou avec des ondes transversales dont les vibrations sont parallèles à la surface au contact du milieu étudié [Nom 82, TOZ 92, TES 93, OUL 06]. Dans ces méthodes, seules deux propriétés du milieu au maximum peuvent être appréhendées par l'étude de l'impédance électrique du transducteur qui émet l'onde : soit la viscosité et la masse 5 volumique, soit le module de cisaillement et la masse volumique. Il existe également plusieurs méthodes de mesure de la viscosité basées sur les variations de l'impédance électrique d'un transducteur, soit directement en contact avec le liquide, soit par l'intermédiaire d'un solide [MAS 47-1, MCS 52, BAR 61, GLO 68, MAS 47-2, MAS 49, MCS 67, DES 97]. La déformation peut être soit une torsion pour un cylindre, soit un mouvement tangentiel pour une 10 surface plane. Dans le cas d'une ligne à retard avec une interface plane, deux capteurs sont parfois nécessaires si la mesure est faite en incidence oblique. Dans ce cas, il s'agit d'ondes transversales pour lesquelles l'oscillation se fait dans le plan de l'interface, et qui ne provoque pas de conversion de mode d'onde (transversale-longitudinale) à la réflexion [BAR 61, RIC 87, HOU 91]. Une troisième classe de méthodes acoustiques est basée sur la mesure de coefficients de réflexion à 15 l'interface entre un solide de référence et le milieu étudié. La réflexion peut être en incidence normale [SHA 00 ], avec la mesure du déphasage à la réflexion, d'une transversale dont la vibration est parallèle à l'interface. Pour le suivi de la prise du ciment, la méthode dite du barreau consiste à mesurer la réflexion d'une onde longitudinale se propageant dans un barreau plongé dans le ciment. Elle est basée à la 20 fois sur les réflexions des ondes sur l'extrémité du barreau en incidence normale et sur les parois latérales du barreau qui s'accompagnent de conversion de mode longitudinale-transversale des ondes réfléchies. Les résultats ne fournissent aucune valeur caractéristique des propriétés du milieu étudié, mais une évolution relative de l'amplitude du signal du signal acoustique recueilli [BEL 92]. Cette méthode a fait l'objet d'un brevet [PEL 83]. 25 Greenwood et al. [GRE 98, GRE 99, GRE 00] proposent un concept de densitomètre ultrasonore destinés aux fluides. Typiquement, le densitomètre est constitué d'un solide massif comportant plusieurs surfaces planes parallèles ou non qui, à l'exception de l'interface entre le solide et le milieu étudié, sont équipées de couples de transducteurs ultrasonores émetteur et récepteur en vis-à-vis acoustiques qui permettent chacun la mesure d'un coefficient de réflexion sous un angle 30 d'incidence déterminé, normal ou oblique. La mesure en incidence normale, lorsqu'elle est envisagée, est faite en onde longitudinale ou transversale. Les mesures sont faites avec des émissions d'ondes de courte durée. La masse volumique et une célérité d'onde dans le milieu sont obtenues à partir d'une expression analytique issue d'hypothèses simplificatrices. Comme l'indique le nom, leur dispositif est essentiellement tourné vers la mesure de la masse volumique, 35 en particulier pour des liquides. Les auteurs remarquent, et revendiquent la possibilité de déterminer les célérités des ondes longitudinale et transversale ainsi que la masse volumique du milieu à partir de 3 mesures de coefficients de réflexion selon 3 d'angles d'incidences différents. Ils 3063149 3 ne précisent toutefois pas la méthode pour accéder aux propriétés recherchées à partir de ces mesures. En fait, comme cela sera précisé plus loin, la mesure de 3 coefficients de réflexion distincts n'est pas suffisante pour déterminer ces 3 paramètres de manière univoque. Toutes ces méthodes existantes, et particulièrement celles qui utilisent la mesure de coefficients de 5 réflexion, s'appuient sur des hypothèses simplificatrices. L'utilisation d'hypothèses simplificatrices évite d'avoir à traiter les systèmes d'équations non linéaires décrivant ces réflexions avec, pour conséquence, de ne pas pouvoir déterminer les 3 paramètres : célérités des ondes longitudinale et transversale et masse volumique. Par ailleurs la résolution de ces systèmes d'équations est difficile. En effet, en plus de la taille du 10 système qui requiert un traitement numérique, elle conduit souvent à des solutions instables lorsque des valeurs théoriques sont remplacées par des valeurs expérimentales entachées d'une marge d'erreur. Nous proposons, d'une part, un dispositif de mesure qui, grâce à l'utilisation d'une barrette multi-transducteurs, ne nécessite qu'un seul couple émetteur - récepteur permettant la mesure 15 des coefficients de réflexion selon des angles d'incidence dont le choix n'est pas déterminé par la géométrie de la sonde, et d'autre part, une méthode originale de traitement des données expérimentales permettant de contourner les difficultés de résolution des systèmes d'équations en prenant en compte les incertitudes de mesure pour transformer ce système d'équations en un système d'inéquations. 20 Description globale de l'invention. La présente invention repose sur un dispositif de barrettes multi-transducteurs planes (figure 1) qui permet, de réaliser la mesure de plusieurs coefficients de réflexion d'ondes acoustiques sous plusieurs incidences obliques, au niveau de l'interface plane entre un milieu solide de référence, 25 dont les propriétés sont connues, et le milieu étudié dont les propriétés sont recherchées. Les coefficients de réflexion sont distincts en ce qu'ils sont mesurés dans des conditions qui différent par au moins l'angle d'incidence de l'onde acoustique incidente ou la nature, longitudinale ou transversale, de l'onde acoustique incidente. Les coefficients de réflexion mesurés contiennent les informations des célérités des ondes 30 longitudinale et transversale et de la masse volumique recherchées. Ces coefficients de réflexion sont introduits dans le système complet d'équations qui décrit les interactions entre les ondes acoustiques et l'interface entre le milieu de référence et le milieu étudié. La résolution de ce système complet d'équations conduit aux propriétés recherchées qui sont les inconnues du système. 35 La résolution numérique de ce système d'équations par les méthodes classiques est possible mais aboutit à des solutions instables en raison des imprécisions expérimentales et le plus souvent elle conduit à des solutions divergentes qui ne sont pas exploitables. L'invention propose, outre le 3063149 4 dispositif utilisant une barrette multi-transducteurs, une méthode originale de traitement des données permettant de contourner cette difficulté et d'obtenir, in fine, des solutions physiquement exploitables. Cette méthode consiste à associer à chaque mesure de coefficient de réflexion un intervalle d'incertitude fixé a priori et en relation avec les incertitudes expérimentales. Ce système 5 d'équations est alors transformé en un système d'inéquations dont la résolution fournit des intervalles solutions qui contiennent les solutions recherchées, pour les célérités des ondes longitudinale et transversale et la masse volumique du milieu étudié. 3063149 5 Description des figures. La figure 1 présente le schéma de principe de l'utilisation des retards introduits dans les signaux 5 électriques alimentant les transducteurs élémentaires d'une barrette multi-transducteurs pour faire varier la direction de l'onde émise. La figure 2 présente la description de la réflexion d'une onde incidente longitudinale sur une interface plane entre 2 milieux et des ondes qui en sont issues. La figure 3 montre un exemple illustrant graphiquement la structure en nappes que prennent les 10 solutions du système d'équations décrivant une réflexion d'onde acoustique lorsque les célérités des ondes longitudinale et transversale ainsi que la masse volumique du milieu étudié (104) sont recherchées avec la connaissance d'un seul coefficient de réflexion ; intersections de ces nappes montrant la localisation des solutions multiples en utilisant 3 coefficients de réflexions distincts. La figure 4 présente le dispositif classique d'un exemple de sonde destinée à la mesure d'un 15 coefficient de réflexion d'une onde acoustique à l'interface plane entre 2 milieux, avec un dispositif d'émission et un dispositif de réception. La figure 5 présente un exemple de réalisation de l'invention comprenant une barrette d'émission (220) et un transducteur unique de réception (221) tous deux couplés acoustiquement sur des surfaces non parallèles avec description graphique de la forme des retards produisant les 20 incidences variables. La figure 6 montre un exemple de réalisation de l'invention avec une barrette multi-transducteurs pour l'émission (220) et une barrette multi-transducteurs en réception (222) couplées à une surface plane parallèle à l'interface de réception ; la réflexion se fait toujours sur la même zone de l'interface réflexion par le choix du groupe de transducteurs élémentaires qui émet l'onde ; le choix 25 du groupe de transducteurs élémentaires récepteur en découle ; description graphique des retards appliqués en réception pour compenser les retards d'orientation en émission (dans cet exemple, il n'y a pas de différence de temps de vol entre les différents rayons acoustiques). La figure 7 montre un exemple de réalisation de l'invention dont la structure physique est similaire à celle de la figure 6 mais dont l'onde incidente est focalisée sur une zone réduite de l'interface de 30 réflexion ; description graphique des retards additionnels pour les focalisations en émission et réception. 3063149 6 Description détaillée de l'invention. Présentation de la méthode pour déterminer les paramètres recherchés. Une onde incidente (0i), qui à titre d'exemple est longitudinale sur la figure 2, frappe une 5 interface plane entre 2 milieux. Les flèches représentent chacune un rayon d'une onde acoustique. La dite onde incidente produit une onde longitudinale en réflexion (OrL) et en transmission (OtL), et une onde transversale en réflexion (OrT) et en transmission (OtT). L'angle d'incidence de l'onde incidente, 8' et les angles de réflexion Or et de transmission Ot des ondes respectivement réfléchies et transmises sont reliés par les relations de Snell-Descartes. Les propriétés mécaniques du milieu 10 1, qui est le matériau solide de référence, sont supposées connues. Des quatre ondes issues de l'interface, seul l'angle de réflexion de l'onde réfléchie qui est de même nature, longitudinale ou transversale, que l'onde incidente est toujours déterminé et est égale à 9. Les 3 autres ondes ont des angles de réflexion ou de réfraction qui dépendent des propriétés du milieu 2 que l'on cherche à déterminer. C'est pourquoi le coefficient de réflexion r qui correspond à 15 l'onde réfléchie de même nature, longitudinale ou transversale, que l'onde incidente est mesuré de préférence. Dans l'exemple de la figure 2, c'est le coefficient de réflexion rL de l'onde longitudinale. La théorie modélise le comportement de la collision d'une onde sur une interface plane de 2 milieux de propriétés différentes en considérant les coefficients de réflexion et transmission mais 20 aussi ces coefficients de conversion de mode en réflexion et transmission. Le modèle générale se présente comme un système d'équations qui est obtenu en égalant les déplacements et les contraintes dans les 2 milieux à leur interface. A titre d'exemple, pour une interface solide-solide et une onde incidente longitudinale, le modèle associé (Knott, 1889) s'écrit sous la forme matricielle ML. XL=YL avec : 25 où c désigne une célérité d'onde, l'indice 1 fait référence aux valeurs associées au matériau de référence qui supporte les transducteurs ; l'indice 2 au milieu étudié, l'indice L aux ondes longitudinales, l'indice T aux ondes transversales, r à la réflexion et t à la transmission. 2,, est le 3063149 7 premier coefficient de Lamé, u le second coefficient de Lamé. Ils sont reliés aux célérités longitudinale et transversale des ondes et à la masse volumique dans chacun des milieux : µ = pCr2 où p est la masse volumique, = p ( cL2 - 2c-r2 ) ; la connaissance de la célérité de l'onde transversale permet d'obtenir le module de cisaillement GO pour un solide ; pour un liquide 5 visqueux les contraintes de cisaillement ont pour origine la viscosité de cisaillement qui s'écrit cT2 /(2co) avec co est la pulsation de l'onde et o= 27r f avec f la fréquence de l'onde incidente. Le module d'Young du milieu étudié s'exprime en fonction des deux coefficients de Lamé 2,, et u par l'expression (32,,±2u)uffi-ku ). Le vecteur XL contient les coefficients de réflexion rL, et de transmission tL de l'onde longitudinale et 10 les coefficients de conversion de l'onde longitudinale en onde transversale en réflexion rT et en transmission tT. Lorsque la masse volumique et les célérités des ondes longitudinale et transversale sont connues pour les deux milieux de part et d'autre de l'interface, la résolution du système d'équations donne comme solution les 4 coefficients de réflexion du vecteur XL. 15 Si, dans ce système, on ne cornait pas les propriétés du milieu 2 qui sont recherchées et qu'on introduit le coefficient de réflexion rL mesuré, on constate qu'il n'y a pas assez d'équations pour déterminer les inconnues de manière univoque. Le système de 4 équations qui décrit la réflexion dans laquelle a été mesuré un premier coefficient ru contient les 3 inconnues recherchées, les 2 célérités d'ondes et la masse volumique du milieu 20 étudié, et 3 inconnues rT, tL et tT, qui ne sont pas déterminées expérimentalement comme c'est le cas pour ru. Il manque 2 équations pour pouvoir résoudre le système. Si un deuxième coefficient de réflexion rL2 est mesuré, dans des conditions de réflexion différente du premier, le système d'équations qui le décrit la réflexion dans ces conditions apporte 4 nouvelles équations mais seulement 3 inconnues, les coefficients de réflexion du vecteur X qui ne 25 sont pas déterminés par la mesure. Il manque encore au moins une équation pour déterminer les inconnues recherchées. Pour les mêmes raisons que pour la détermination du deuxième coefficient de réflexion, la mesure d'un troisième coefficient de réflexion obtenu dans des conditions de réflexion différentes des 2 premiers ajoute une équation de plus que d'inconnues, pour avoir au total autant d'équations que 30 d'inconnues, 12 équations et 12 inconnues. En vue de résoudre ce système de 12 équations et 12 inconnues, on examine d'abord le cas où on dispose de la mesure d'un coefficient de réflexion et du système de 4 équations qui décrit la réflexion dans laquelle est mesuré ce coefficient de réflexion. Les solutions du système de 4 équations dans lequel est intégrée la mesure expérimentale de ce coefficient de réflexion sont 35 décrites par une surface dans l'espace des célérités et de la masse volumique du milieu 2. Ces solutions se répartissent sur 2 nappes de formes proches mais décalées, comme le montre la figure 3. Cette recherche des solutions renouvelée pour 3 coefficients de réflexion distincts associés 3063149 8 à leurs systèmes d'équations respectifs donne en tout 6 nappes comme le représente la figure 3, avec des couleurs différentes (blanc, gris clair, gris sombre) pour les nappes correspondant aux différents angles d'incidences. La figure 3 a été construite à partir de coefficients de réflexion déterminés par le calcul pour un 5 milieu 2 donné, afin de simuler la mesure des coefficients de réflexion sur un même milieu. Les solutions du système complet d'équations (12 équations) sont les intersections de 3 nappes appartenant respectivement à la solution d'un des sous-systèmes associés à un coefficient de réflexion. On constate, dans cet exemple, la multiplicité des solutions (entourées par les cercles figure 3), qui 10 est due à la non-linéarité des équations du système. Plusieurs solutions peuvent exister, mais toutes ne seront pas nécessairement acceptables physiquement selon la nature du milieu étudié. Dans le cas général, pour déterminer une solution unique pour les célérités des ondes longitudinale et transversale ainsi que la masse volumique dans le milieu 2, il faut mesurer au minimum 4 coefficients de réflexion en incidences obliques. Le dispositif de barrette multi- 15 transducteurs proposé permet de faire varier ces angles d'incidence simplement et de façon multiple en jouant sur des retards entre les signaux électriques qui alimentent les différents transducteurs élémentaires de la barrette, retards qui sont commandés électroniquement. Il est ainsi possible d'obtenir plus de 4 mesures de coefficients de réflexion si nécessaire. Le système d'équations intégrant des valeurs expérimentales contenant des imprécisions, sa 20 résolution ne peut pas être directe car elle n'est pas stable vis-à-vis de ces imprécisions expérimentales et les solutions obtenues divergent. La méthode de résolution proposée ci-dessous permet de surmonter ces difficultés. Graphiquement, les imprécisions des mesures rendent peu probables que 3 nappes se coupent en 1 seul point. Il faut donner à ces nappes une épaisseur de manière à ce qu'elles se croisent sur des 25 volumes afin de compenser les incertitudes expérimentales. Pour cela, on introduit dans la résolution du système d'équations une incertitude +/- 8n , estimée expérimentalement ou non, sur les mesures des coefficients de réflexion afin de former des intervalles de mesure [ri_, - 8rL , rL + 8rd. A partir de ces intervalles, le système d'équations est transformé en un système d'inéquations, avec pour solution des intervalles solutions pour les célérités et la masse volumique. 30 Ces intervalles solutions sont cherchés numériquement. Les valeurs du coefficient de réflexion sont calculées théoriquement dans les conditions de mesure du coefficient expérimental, en fonction de la masse volumique et des célérités des ondes, aux noeuds d'un quadrillage dans l'espace des valeurs possibles de ces trois grandeurs pour le milieu étudié. Ensuite, ne sont conservés comme solutions, que les noeuds dont le coefficient de réflexion calculé se trouve dans l'intervalle [rL - 8rL 35 , rL + 8n] ; les coordonnées de ces noeuds appartiennent à la solution. L'opération est menée pour chaque coefficient de réflexion mesuré. L'algorithme de la méthode d'exploitation des mesures est décrit précisément plus loin. 3063149 9 La méthode fonctionne avec la mesure de coefficients de réflexion pour des ondes incidentes longitudinales, mais elle est également valable pour des coefficients de réflexions pour des ondes transversales dont les vibrations se font dans un plan normal à l'interface. Pour une interface solide-solide, le système d'équations pour ce type d'onde transversale s'écrit sous forme matricielle 5 : MT . XT=YT avec : rT et tT représentant respectivement les coefficients de réflexion et de transmission de l'onde transversale ; rL et tL représentant respectivement les coefficients de conversion de l'onde transversale en onde longitudinale respectivement en réflexion et en transmission. 10 La méthode peut être également mise en oeuvre avec seulement des ondes longitudinales ou seulement des ondes transversales ou encore avec une combinaison de ces 2 types d'ondes. La méthode est utilisable lorsque le milieu utilisé peut être considéré comme un solide, mais aussi lorsque le milieu utilisé est un liquide, et lors de la transition d'un solide à un liquide. Le procédé de résolution présenté ici avec 3 coefficients de réflexion distincts est extensible sans 15 difficulté à coefficients de réflexions supplémentaires. D'après les résultats présentés à la figure 3, il est attendu qu'un quatrième coefficient de réflexion distinct soit suffisant pour déterminer un seul intervalle solution pour chacune des propriétés recherchées. Un cinquième coefficient de réflexion pourra toujours être utilisé si l'on souhaite améliorer la précision des résultats. Avec la mesure de 3 coefficients de réflexions distincts, il est attendu plusieurs intervalles solutions 20 pour chacune des 3 propriétés recherchées. Si l'une de ces 3 propriétés a priori recherchées est déjà connue, alors il est attendu qu'un seul intervalle solution sera déterminé pour chacune des 2 autres propriétés. Le procédé de résolution peut également être utilisé avec la mesure de seulement 2 coefficients de réflexion distincts à condition de connaître déjà l'une des 3 propriétés a priori recherchées ; dans ce 25 cas, il est attendu plusieurs intervalles solutions pour chacune des 2 autres propriétés. La mesure de seulement 2 coefficients de réflexion avec la connaissance d'une des propriétés est utilisable par exemple pour le suivit de la prise du ciment. 3063149 10 Description détaillée de l'algorithme associé à la méthode de résolution. L'exploitation des mesures de plusieurs coefficients de réflexion associées à leurs incertitudes de mesure, est réalisée numériquement selon les étapes suivantes : Un nombre n de coefficients de réflexion distincts ri, r2 ,..., rn ont été mesurés sur l'interface 5 plane entre un matériau solide et le milieu étudié en utilisant un des dispositifs décrits plus loin (figure 3) qui permet de connaître le rapport de l'amplitude de l'onde réfléchie (Or) sur l'amplitude de l'onde incidente (0i) selon des conditions de mesure. Celles-ci sont caractérisées par : - l'angle d'incidence théta (0) de l'onde - le type d'onde (longitudinale ou transversale). 10 Ces différentes conditions de mesure, qui rendent les coefficients de réflexion distincts, sont étiquetées mi, m2 ... mn, l'indice i correspondant à celui du coefficient de réflexion mesuré n . Les conditions de mesures sont connues. Dans un premier temps les valeurs minimales (indice "min") et maximales (indice "max") des 15 intervalles dans lesquels sont recherchées grandeurs c2 L, c2 T et p2 du milieu étudié (milieu 2) sont choisies/fixées. En plus des bornes de ces intervalles, N-2 valeurs sont choisies dans ces intervalles, qui peuvent être uniformément réparties sur ces intervalles ; ce nombre N n'est pas nécessairement le même pour les 3 grandeurs : Nc 2L, Nc 2T, Np . On forme ainsi 3 ensembles de valeurs : 20 c2L,p avec p appartient à {1,2,..,p -1,NaL } où C2 L ,1=C2Lmin et C2L,Nc2L=C2Lmax c2T,q avec q appartient à {1,2,.., q,-.,Nc2T-1,Nc2T }, où C2T,1=C2T mm et C2T,Nc2T =C2Tmax pk avec k appartient à {1,2,..,k où pi = pm in et pNr= Pmax ; Maintenant, à l'aide des systèmes d'équations décrivant le comportement d'une onde d'incidence oblique rencontrant une interface plane entre 2 milieux, on calcule pour chaque condition de 25 réflexion utilisée expérimentalement les coefficients de réflexions pour toutes les combinaisons possibles (c2L,p , c2T,q , pk ) et ils sont regroupés dans n tenseurs Rpqk (mn) de dimension NC2L x Nc2T x Np. Ces tenseurs sont conservés en mémoire. Une fois connues les valeurs expérimentales ru des coefficients de réflexion selon les différentes conditions de réflexion, il faut encore estimer/choisir l'amplitude des incertitudes 8rn qui peuvent 30 être différents. Un tenseur Res de même dimension que les Rpqk (mn) est également défini avec tous ses coefficients ayant la valeur booléenne 1 (vrai). La suite de la résolution consiste à tester chaque coefficient de réflexion contenu dans les coefficients de Rpqk (mi) pour savoir si sa valeur est comprise dans l'intervalle d'incertitude de la 35 mesure [r1 - Sri ; r1 + 8ri ]. Cela se fait avec la condition logique : 3063149 11 ((ReSpqk= 1) & (Rpqk (M1) > - 8r1) & (Rpqk (1111) r2 - 81'2) & (Rpqk (M2) (1983) FRO 83 J. Frohly : Etude de la propagation des ondes ultrasonores dans les milieux hétérogènes et applications de l'imagerie en mode B au contrôle non destructif. Thèse de Doctorat d'Etat, 29 avril 1983, Université de Valenciennes. GAR 95 V. Garnier, G. Corneloup, J.M. Sprauel J.C. Perfumo : Setting time study of roller 25 compacted concrete by spectral analysis of transmitted ultrasonics signals ; NDT&E international 28 (1995) 15-22. GLO 68: G. M. Glover G. Hall, A.J. Matheson J.L. 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Phys. 31 (1992) 25922597. 35 REVENDICATIONS1) Sonde destinée à déterminer successivement des coefficients de réflexion d'ondes acoustiques sous plusieurs angles d'incidence obliques sur une interface plane, dite interface de réflexion 5 (140), entre un matériau, dit matériau solide de référence (101), et un milieu, dit milieu étudié (104), sonde constituée par un solide plein, dit solide de référence (100), fabriqué dans ledit matériau solide de référence ; ledit solide de référence possède une première surface plane, dite surface d'émission (110), qui est couplée acoustiquement sur une aire, dite aire d'émission (130), de la dite surface d'émission, avec un dispositif électro-mécanique, dit dispositif d'émission (120), 10 qui transforme une onde électrique en une vibration qui induit dans ledit solide de référence une onde acoustique, dite onde incidente (Or), qui est de type longitudinale ou transversale et qui se propage dans ledit matériau solide de référence ; la dite onde incidente va frapper, sous un angle d'incidence théta (0), dit angle principal d'incidence la dite interface de réflexion dont la normale est dans le même plan de l'espace, dit plan de propagation, que la normale de ladite surface 15 d'émission ; la dite interface de réflexion renvoie dans ledit solide de référence une onde, dite onde réfléchie (Or), de même nature, longitudinale ou transversale, que ladite onde incidente ; ladite onde réfléchie se dirige vers une troisième surface plane, dite surface de réception (111), que possède ledit solide de référence ; ladite surface de réception est couplée acoustiquement sur une aire, dite aire de réception (131), de la surface de réception, avec un dispositif électro- 20 mécanique, dit dispositif de réception (121), qui transforme l'amplitude de ladite onde réfléchie qui frappe ladite aire de réception en un signal électrique dont l'amplitude, Ur, est proportionnelle à l'amplitude de ladite onde réfléchie ; sonde caractérisée en ce que ledit dispositif d'émission est une barrette multi-transducteurs, dite barrette d'émission (220), formée d'un ensemble de transducteurs électro-mécaniques 25 élémentaires, régulièrement espacés le long d'une ligne qui est contenue dans ledit plan de propagation. 2) Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que les transducteurs élémentaires de ladite barrette d'émission sont 30 commandés individuellement par un signal électrique identique en forme et en fréquence, mais qui peut être décalé temporellement en appliquant un retard, dit retard d'orientation, identique entre les signaux qui alimentent deux transducteurs consécutifs dans un sens de parcours des transducteurs élémentaires de ladite barrette d'émission, ou dans l'autre sens, le réglage de l'amplitude dudit retard d'orientation et de son sens d'application le long de la barrette permet de 3063149 19 choisir ledit angle principal d'incidente selon lequel ladite onde incidente frappe ladite interface de réflexion. 3) Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite surface d'émission, ladite surface de réception et ladite interface de réflexion sont parallèles. 4) Sonde selon la revendication 3 caractérisée en ce que la ladite surface d'émission et la dite surface de réception sont 10 confondues en une seule surface plane (213) parallèle à ladite interface de réflexion. 5) Sonde selon les revendications 1 à 4 caractérisée en ce que seulement un groupe de transducteurs élémentaires de la dite barrette d'émission, dit groupe d'émission, participent à l'émission de ladite onde incidente, les 15 transducteurs faisant partie dudit groupe d'émission changent selon ledit angle principal d'incidence de manière à ce que ladite onde incidente frappe la même zone de ladite interface de réflexion quelque soit ledit angle principal d'incidence. 6) Sonde selon les revendications 1 à 5 20 caractérisée en ce que ledit dispositif de réception est constitué par une barrette multi- transducteurs, dite barrette de réception (221), chaque transducteur de ladite barrette de réception produit un signal électrique, dit signal reçu, d'amplitude proportionnelle à la vibration du rayon acoustique de l'onde réfléchie qu'il reçoit, ledit signal reçu par chaque transducteur est décalé temporellement avec un retard, dit retard de compensation, composé, 25 d'un retard dont la somme avec ledit retard d'orientation appliqué au signal électrique alimentant le transducteur élémentaire de la barrette d'émission d'où est issu le rayon acoustique qui après réflexion sur ladite interface de réflexion frappe le transducteur élémentaire de la barrette de réception est la même pour tous les signaux reçus, ajouté d'un retard qui compense les décalages temporels introduits par les éventuelles 30 différences de temps de vol dans ledit solide de référence entre les différents rayons acoustiques allant d'un transducteur élémentaire de ladite barrette d'émission à ladite interface de réflexion, puis après réflexion sous ledit angle principal d'incidence vers un transducteur élémentaire de ladite barrette de réception, 3063149 20 lesdits signaux reçus retardés par ces dits retards de compensation sont de nouveau en phase et ils sont alors additionnés pour former le signal électrique dont l'amplitude Ur est proportionnelle à l'amplitude de ladite onde réfléchie. 5 7) Sonde selon la revendication 6 pour mesurer des coefficients de réflexion sur une même zone d'aire réduite de ladite interface de réflexion, dite zone focale de réflexion, quelque soit l'angle principal d'incidence au moyen d'une onde incidente focalisée sur ladite zone focale de réflexion, sonde qui est caractérisée en ce que, d'une part, chaque signal qui alimente un transducteur dudit groupe d'émission est, en plus dudit retard d'orientation selon la revendication 2, décalé temporellement par un retard, dit retard de focalisation, dont l'amplitude évolue selon une loi quadratique (parabolique) d'un transducteur élémentaire au suivant en parcourant ledit groupe d'émission, avec le maximum de retard appliqué au signal qui alimente le transducteur qui se trouve au centre dudit groupe d'émission, la loi quadratique desdits retards de focalisation assurant la focalisation de l'onde sur l'interface de réception sous un dit angle principal d'incidence pris comme l'angle d'incidence moyen théta indice m (04 des angles d'incidences des rayons acoustiques qui forment le faisceau acoustique de l'onde focalisée incidente, d'autre part, seuls lesdits signaux reçus du groupe de transducteurs de la barrette de réception se trouvant sur le chemin de l'onde réfléchie sont pris en compte, et sont décalés desdits retards de compensation selon la revendication 6, ajouté d'un retard, dit retard de compensation de focalisation, dont l'amplitude évolue selon une seconde loi quadratique (parabolique) d'un transducteur élémentaire au suivant en parcourant ledit groupe de réception, avec le maximum de retard appliqué audit signal reçu produit par le transducteur qui se trouve au centre dudit groupe de réception, la loi seconde loi quadratique, qui peut être identique à la première, assurant la focalisation du groupe de réception sur ladite zone focale de réflexion, lesdits signaux reçus ainsi retardés sont sommés pour former le signal dont l'amplitude Ur est proportionnelle à l'amplitude de l'onde réfléchie. 8) Sonde selon une des revendications 1 à 7, destinée à déterminer successivement des coefficients de réflexion en incidence oblique avec soit une onde transversale, soit une onde longitudinale, caractérisée en ce que, 3063149 21 ladite surface d'émission est couplée acoustiquement avec un premier dispositif d'émission émettant une onde longitudinale et un second dispositif d'émission émettant une onde transversale, ladite surface de réception est couplée acoustiquement avec un premier dit dispositif de 5 réception sensible aux ondes longitudinales qui est placé de manière à se trouver sur le chemin de l'onde longitudinale qui est ladite onde réfléchie d'une onde incidente longitudinale émise par le dit premier dispositif d'émission émettant une onde longitudinale, et ladite surface de réception est également couplée acoustiquement avec un second dit dispositif de réception sensible aux ondes transversales qui est placé de manière à se trouver sur le chemin de l'onde 10 transversale qui est ladite onde réfléchie d'une onde incidente transversale émise par ledit second dispositif d'émission émettant une onde transversale. 9) Méthode pour la détermination à l'aide de l'une des sondes selon les revendications 1 à 8, des intervalles de valeurs, dits intervalles solutions, contenant les mesures de, respectivement, les 15 célérités des ondes mécaniques longitudinale et transversale qui se propagent dans ledit milieu étudié, ainsi que la masse volumique dudit milieu étudié, le dit milieu étudié étant suffisamment liquide ou mou pour venir en contact complet au moment de sa mise en place sur ladite interface de réflexion, caractérisée par l'usage couplé, 20 d'une part des intervalles de valeurs, dits intervalles de mesure, d'au moins 4 coefficients de réflexion, formés par les mesures et les incertitudes respectives sur les mesures des dits au moins 4 coefficients de réflexion, obtenus avec une sonde selon une des revendications 1 à 8, chacun desdits au moins 4 coefficients de réflexion étant mesuré dans des conditions de réflexion qui diffèrent des conditions de réflexion des autres coefficients de réflexion mesurés, par au moins la 25 nature longitudinale ou transversale de ladite onde mécanique incidente ou par ledit angle principal d'incidence de l'onde acoustique, d'autre part par l'usage des systèmes d'équations, qui décrivent la réflexion de l'onde dans chacune desdites conditions de réflexion des dits au moins 4 coefficients de réflexion mesurés, au moyen du procédé qui consiste à calculer à l'aide de chacun des systèmes d'équations qui décrit 30 la réflexion de chacun desdits au moins 4 coefficients de réflexion, les valeurs des coefficients de réflexion pour un ensemble de triplets de valeurs attribuées aux propriétés (célérité de l'onde transversale, célérité de l'onde longitudinale, masse volumique) dudit milieu étudié, ledit ensemble de triplets balaie les combinaisons des valeurs possibles de ces 3 propriétés pour ledit milieu étudié (104), et il n'est conservé, pour former lesdits intervalles solutions, que les dits 3063149 22 triplets (célérité de l'onde transversale, célérité de l'onde longitudinale, masse volumique) qui fournissent des valeurs de coefficients de réflexion appartenant respectivement à chacun desdits au moins 4 intervalles de mesure.