Brevet FR3103896A1 — publié le 20210604

L’invention présente un procédé de caractérisation physique non destructif et sans contact d’un échantillon par excitations répétées de la surface d’un échantillon avec une séquence d’impulsions comprenant au moins une impulsion pompe par un premier laser « pompe » suivie par une succession de L impulsions décalées temporairement par un second laser « sonde », et l’analyse du faisceau émis par la surface dudit échantillon par un photodétecteur activé, pour l’acquisition des signaux délivrés par les photo détecteurs pendant des fenêtres temporelles constantes. Dispositif de mesure photo-acoustique multipoints Domaine de l’invention La présente invention concerne le domaine de la caractérisation non destructive et sans contact d’une propriété mécanique et/ou physico-chimique d’un échantillon, par analyse de l’onde acoustique produite par une interaction avec des faisceaux laser pompe et sonde. Le domaine technique est plus particulièrement celui de la photo-acoustique, en particulier de la mesure utra-rapide non destructive des propriétés mécaniques, thermiques ou optiques d'un échantillon (matière inerte solide, liquide ou gazeuse ou cellule vivante). On entend par mesure ultra-rapide une mesure ayant une résolution temporelle de l'ordre de la picoseconde. La méthode pompe-sonde permet de mesurer des phénomènes ultra-rapides dans la matière, à l’aide d’impulsions laser très courtes, comme le mouvement des atomes ou l’excitation des électrons. Pour cela, une impulsion laser très courte et intense, la « pompe » est envoyée sur un échantillon pour l’exciter. Une deuxième impulsion plus faible, la « sonde », est envoyée juste après ce qui permet de mesurer l’effet de l’excitation initiale. En répétant et en modifiant le temps entre la première et la seconde impulsion, on peut ainsi reconstituer l’évolution de l’excitation au cours du temps et réaliser un enregistrement sur une fenêtre temporelle d’une mesure de l’intensité lumineuse dans le photodétecteur ou du nombre de photons compté par le photodétecteur. L’absorption d’une première impulsion laser dite « pompe » provoque un échauffement brutal et donc une dilatation superficielle qui, selon la géométrie de l’objet étudié, soit se propage sous forme d’une impulsion acoustique d’une durée de quelques picosecondes, soit excite les vibrations résonantes du système. Les impulsions acoustiques ou les vibrations sont détectées à l’aide d’une seconde impulsion retardée temporellement (par méthode optique dans le cas de l’homodyne seulement), « la sonde », par la mesure interférométrique des changements du coefficient de réflectivité optique induits par les ondes acoustiques transitoires. Le domaine de l’acoustique picoseconde s’est développé ces dernières années et a permis l’étude des propriétés élastiques de films minces, de systèmes multicouches, de nanostructures et de nanoparticules, la détection de phénomènes de contraintes et de désordre aux interfaces, la mesure de l’adhésion, … L’acoustique picoseconde a également été utilisée pour l’étude de systèmes massifs. Parallèlement, des applications industrielles dans le domaine de l’évaluation non destructive dans l’industrie microélectronique ont vu le jour et ont conduit à la mise au point de dispositifs de mesure commerciaux. Etat de la technique On connaît dans l’état de la technique le principe général de cette méthode pompe-sonde, par la thèse « Développement d’un dispositif pompe-sonde hétérodyne : application à l’imagerie en acoustique picoseconde », soutenue par Allaoua Abbas le 9 mai 2014 (https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00988758/document). Ce document décrit le principe de fonctionnement d’un banc hétérodyne. Deux trains d’impulsion pompe et sonde, issus de lasers différents, sont combinés (OR) avant d’être focalisés sur l’échantillon étudié par lequel ils sont réfléchis puis dirigés vers un photodétecteur à l’aide d’une optique adaptée. La réjection du signal pompe diffusé par l’échantillon est faite soit à l’aide de polariseurs si les polarisations des faisceaux ont été maintenues croisées, soit à l’aide d’un filtre interférométrique si les longueurs d’onde de la pompe et de la sonde sont assez séparées. Alternativement, on peut utiliser un séparateur de faisceau non polarisant. La différence ∆f, appelée fréquence de battement, entre la fréquence de répétition des trains sonde f sonde et pompe f sonde + ∆f, retarde de plus en plus les impulsions sonde par rapport aux impulsions pompe. À chaque excitation pompe, le retard pompe-sonde s’incrémente de la quantité δ het dont la valeur est donnée par la relation : δ het = T sonde − T pompe , où T sonde et T pompe sont respectivement les périodes des lasers sonde et pompe. δ het peut aussi s’exprimer en fonction de f sonde et ∆f à l’aide de la formule : Le retard augmente jusqu’à ce que les impulsions pompe et sonde arrivent de nouveau au même instant sur l’échantillon. Ce moment précis est appelé coïncidence. Le temps entre deux coïncidences est le temps qu’il faut à la sonde pour parcourir tous les retards pompe-sonde. Ce temps est appelé période de battement et sa valeur est donnée par l’inverse de la fréquence de battement ∆f. Le signal transitoire obtenu en étudiant la variation de l’intensité de sonde collectée par le photodétecteur pendant une période de battement correspond alors à la réponse de l’échantillon dilatée dans le temps. Cette dilatation de l’échelle des temps s’apparente à l’effet stroboscopique, observable à l’échelle macroscopique, et qui, sous certaines conditions, permet de figer ou de ralentir des mouvements de nature périodique. La relation qui lie l’échelle temporelle du temps dilaté T dilat é , qui correspond à l’échelle temporelle des acquisitions, et l’échelle du temps physique T physique , qui correspond à la véritable dynamique de l’échantillon, est : Deux retards peuvent être définis : Le premier dans le temps dilaté, ∆T het , correspond à la durée qui sépare la coïncidence et le moment où la valeur de réflectivité de la sonde est lue. Le second dans le temps physique, δT het , correspond à la durée qu’il y a entre la sonde et l’excitation pompe qui la précède. L’interaction avec la matière se traduit par la formation d’ondes acoustiques au contenu spectral élevé, ce qui autorise la caractérisation de échantillons aux dimensions nanométriques par un photodétecteur. La détection différentielle permet de s’affranchir en partie de la fluctuation de l’intensité du laser sonde. De plus cela permet de ramener les niveaux des signaux moyens au voisinage de 0 et de profiter du pas de quantification minimum de la carte d’acquisition. Cette thèse propose aussi une solution pour imager une surface d’un échantillon, par contrôle des positions relatives des tâches focales de la pompe et de la sonde sur l’´échantillon. Ce contrôle permet de mailler l’espace autour d’une excitation afin de cartographier les phénomènes transitoires engendrés par cette dernière. Inconvénients de l’art antérieur La solution proposée dans l’art antérieur présente de multiples inconvénients découlant du balayage utilisé pour la déflectométrie et la génération d’ondes de surface (mesure des propriétés transverses de la matière) . Un premier inconvénient, reconnu dans le document, est la difficulté de piloter les déplacements à des fréquences aussi élevées, et à maintenir une synchronisation entre les trains d’impulsion et la photodétection. Un deuxième inconvénient réside dans les temps d’analyse induits par ces balayages, qui sont indiqués dans la thèse comme pouvant atteindre plusieurs heures. De telles durées sont difficilement compatibles avec une utilisation industrielle, par exemple pour du contrôle d’échantillon dans un cycle de production. De telles durées sont carrément rédhibitoires pour l’analyse d’échantillons ayant une très courte durée de vie, par exemple une cellule vivante isolée, dont la durée de vie n’excède pas quelques minutes. Enfin, l’interaction ponctuelle conduit à des informations locales ne tenant pas compte des liaisons mécaniques, chimiques et physiques avec les zones locales voisines et qui, de ce fait, fournissent un type de caractérisation d’une surface de l’échantillon qui est à la fois perturbée par la rémanence des impulsions voisines et par l’absence de prise en compte des caractéristiques globales de la surface analysée. En résumé, le problème rencontré par l’homme du métier est de pouvoir construire une ou plusieurs cartographies (1D en une dimension ou 2D en deux dimensions) représentative(s) des propriétés physiques (mécaniques, thermiques ou optiques) de divers échantillons, dans des délais compatibles avec les exigences opérationnelles telles que : respect des cadences dans les contrôles en ligne de production, non-altération de l’échantillon dans les conditions transitoires nécessaires à la mesure, réduction des temps de mesure, augmentation des quantités de données collectées. Solution apportée par l’invention Afin de remédier à ces inconvénients, l’invention concerne selon son acception la plus générale un procédé de caractérisation physique non destructif et sans contact d’un échantillon par excitations répétées de la surface d’un échantillon avec une séquence d’impulsions laser comprenant au moins une impulsion pompe par un premier laser « pompe » suivie par une succession de L impulsions décalées temporellement par un second laser « sonde », et l’analyse du faisceau émis par la surface dudit échantillon par un photodétecteur activé, pour l’acquisition des signaux délivrés par les photo détecteurs pendant des fenêtres temporelles constantes , Caractérisé en ce que • lesdits faisceaux pompe et sonde présentent une distribution spatiale uniforme de type « Top hat » selon N dimensions, N étant égal à un ou à deux, • ledit détecteur est constitué par une matrice à N dimensions de M photo-détecteurs, avec M supérieur à 2, • le procédé consistant à enregistrer pour chaque séquence une matrice M PD de MxL valeurs de signaux délivrés par chacun desdits photo-détecteurs avant et après ladite impulsion sonde, et avant l’impulsion pompe suivante, et à appliquer au moins un traitement numérique à ladite matrice pour établir une cartographie de la zone de l’échantillon analysée par ledit détecteur sous forme d’une matrice M CC des valeurs de la caractéristique physique observée pour Q points de la zone analysée, Q étant compris entre 1 et M. La durée des impulsions laser est comprise entre la pico seconde et la femto seconde, et de préférence de l’ordre de la centaine de femtoseconde De préférence, ledit traitement numérique consiste à appliquer une matrice de transformation M TR à ladite matrice de MxL valeurs de signaux délivrés par lesdits photo-détecteurs pour déterminer ladite matrice M CC . Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé comporte des étapes de recalcul de ladite matrice M TR par apprentissage supervisé. Selon une variante le procédé comporte l’enregistrement d’une pluralité de matrices de transformation M TR correspondant chacune à une caractéristique physique particulière. Selon un autre mode de réalisation particulier, le procédé comporte en outre une étape d’optimisation automatique du focus de l’optique des faisceaux « pompe » et « sonde » consistant à commander une séquence de variation de la focalisation et de mesure d’un facteur de qualité du signal produit par ledit photodétecteur, et à sélectionner la focalisation correspondant à une maximisation dudit facteur de qualité sur l’ensemble des valeurs enregistrées. Un autre mode est la mesure avec une pompe ponctuelle centrée ou non sur la ligne sonde pur permettre l’acquisitions d’onde de surface. L’invention concerne en second lieu un équipement de caractérisation physique non destructif et sans contact d’un échantillon comprenant deux sources laser impulsionnelles pour l’émission respectivement un faisceau « pompe » et un faisceau « sonde », ainsi qu’un détecteur caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un dispositif de mise en forme d'un faisceau pour transformer la distribution des faisceaux « pompe » et « sonde » en une distribution spatiale uniforme de type « Top hat » selon N dimensions, N étant égal à un ou à deux et en ce que ledit détecteur est constitué par une matrice à N dimensions de M photodétecteurs mesurant chacun le nombre de photons avant et après ladite impulsion sonde, et avant l’impulsion pompe suivante, avec M supérieur à 2. Selon une première variante, les faisceaux pompe et sonde sont coaxiaux dans la zone d’interaction avec ledit échantillon. Selon une seconde variante, le faisceau pompe est perpendiculaire au plan de la zone d’interaction avec ledit échantillon et le faisceau sonde forme un angle différent de 90° avec le plan de la zone d’interaction avec ledit échantillon. Selon un mode de mise en œuvre particulier, l’équipement selon l’invention comporte un calculateur pour commander l’enregistrement, pour chaque séquence, d’une matrice M PD de MxL valeurs de signaux délivrés par lesdits photo-détecteurs et pour appliquer au moins un traitement numérique à ladite matrice pour établir une cartographie de la zone de l’échantillon analysée par ledit détecteur sous forme d’une matrice M CC des valeurs de la caractéristique physique observée pour Q points de la zone analysée, Q étant compris entre 1 et M, en fonction d’au moins une matrice de transformation enregistrée dans une mémoire informatique. L’invention concerne en troisième lieu un support de mémoire informatique pour la personnalisation d’un équipement de caractérisation physique comportant un enregistrement d’une matrice numérique de transformation M TR à ladite matrice de MxL valeurs de signaux délivrés par lesdits photo-détecteurs pour déterminer ladite matrice M CC . En quatrième lieu, l’invention concerne l’application du procédé susvisé pour la cartographie à N dimensions, avec N égal à 1 ou à 2, de l’épaisseur d’une couche de revêtement d’un échantillon, notamment de couches minces opaques, semi-transparentes et transparente du module d’Young d’un échantillon, la force d’adhésion d’un échantillon, l’état cristallin d’un échantillon. La combinaison des images optique obtenues par une caméra optique avec l’imagerie photoacoustique. Description détaillée d’un mode non limitatif de l’invention D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente une vue schématique du système de mesure La figure 2 représente une vue schématique d’une configuration particulière incidence normale La figure 3 représente une vue schématique détaillée du photo-détecteur matriciel La figure 4 représente une vue schématique d’une matrice d’éléments photo sensibles La figure 5 représente une vue schématique du monitoring du photo-détecteur. Principes généraux de l’invention L’invention combine l’utilisation d’un faisceau pompe pour l’excitation et d’un faisceau sonde pour la détection, qui sont générés par un système synchrone ou asynchrone avec un dispositif de mise en forme des faisceaux en ligne ou en matrice carrée, puis un moyen d’acquisition du faisceau sonde avant et après perturbation par l’échantillon. L’acquisition est réalisée par discrétisation de signal de sonde en n points par photo-détecteur à matrice d’éléments avec soustraction du signal après perturbation par le signal avant perturbation, puis par la numérisation du signal différentiel et la reconstruction temporelle de la réponse de l’échantillon. L’équipement de cartographie d’une caractéristique physique d’un échantillon selon l’invention, décrit à titre d’exemple comprend un système (100) de deux sources laser produisant deux faisceaux (110, 120), un faisceau pompe (120) et un faisceau sonde (110) décalés temporellement avec réglage possible du retard. Le faisceau pompe (120) présente un facteur de forme en ligne ou de forme carrée matricielle, à forme non gaussienne (« top hat beam »). Le faisceau sonde (110) présente un facteur de forme en ligne ou en forme carrée matricielle, identique au faisceau pompe. Un faisceau de type « top hat » présente une fluence presque uniforme (densité d'énergie) dans un disque circulaire. Il est généralement formé d'éléments optiques diffractifs issus d'un faisceau gaussien. Il peut être obtenu par association d’un profileur de faisceau (« Laser beam profiler ») à un laser picoseconde ou un laser femtoseconde. Le système comporte en outre un photo-détecteur différentiel (200) à matrice d’éléments (201 à 205) en ligne ou de forme carrée matricielle mesurant sur chacun de ses points la différence des signaux avant et après perturbation du faisceau sonde incident sur l’échantillon. Il permet éventuellement, en variante, la sortie des valeurs moyennes respectives des signaux aller et retour afin d’équilibrer les moyennes respectives des signaux aller et retour sur une valeur unique de référence. Les signaux électriques délivrés par lesdits éléments (201 à 205) sont transmis à un circuit de prétraitement (210) puis à un numériseur analogique digital (210) permettant d’enregistrer les signaux de réponse mesurés par le photo-detecteur (200). Une configuration préférée illustrée par la figure 1 consiste à disposer les faisceaux pompe (111 à 113) et sonde (121 à 123) avec un angle d’incidence quelconque par rapport au plan d’interaction de l’échantillon (150), l’angle des deux faisceaux entre eux étant compris entre 0° et 180°. Un cas particulier de cette configuration apparaît lorsque l’angle d’incidence de la sonde (121 à 123) par rapport à la normale de l’échantillon (150) est de 0°. Dans ce cas il est nécessaire d’ajouter un certain nombre d‘éléments optiques. De même, lorsque l’angle entre les faisceaux sonde (121 à 123) et pompe (111 à 113) est de 0°, il est nécessaire d’ajouter un élément optique (130) permettant la recombinaison des faisceaux entre eux. Le système est constitué d’un dispositif (100) synchrone ou asynchrone permettant de générer deux faisceaux laser (110, 120) impulsionnel décalés temporellement, un faisceau Sonde (110) et un faisceau Pompe (120). Les longueurs d’onde des faisceaux sont indépendantes ; pour le faisceau Sonde (110) les longueurs d’onde sont comprises à l’intérieur de la bande spectrale du photodétecteur (200). Le faisceau Pompe (120), issu d’un dispositif asynchrone ou synchrone, passe dans un dispositif optique (125) de mise en forme du faisceau (120). En sortie du dispositif le faisceau dispose d’une forme adaptée à la matrice de capteur du photodétecteur et d’une répartition uniforme de l’énergie sur toute sa surface (forme dite « top hat » du signal). Le faisceau Sonde (110), issu d’un dispositif asynchrone ou synchrone (100), passe dans une optique de prélèvement qui permet de prélever une fraction de puissance pour l’envoyer dans une des matrices d’éléments du photo-détecteur différentiel (200) à matrice d’éléments (201 à 205). Au départ, le faisceau sonde passe par un dispositif optique de mise en forme (115,) du faisceau. En sortie du dispositif le faisceau dispose d’une forme adaptée à la matrice de capteurs du photodétecteur (200) et d’une répartition uniforme de l’énergie sur toute sa surface (forme dite « top hat » du signal). Puis, dans le cas de la configuration avec une incidence normale du faisceau sonde (110) sur l’échantillon (150) illustrée par la figure 2, le faisceau sonde passe à travers une optique semi réfléchissante. Puis, dans le cas d’un angle de 0° entre les faisceaux pompe (120) et sonde (110), les faisceaux sont recombinés dans une optique de recombinaison permettant de leur donner une orientation unique sur l’échantillon (150). Enfin les deux faisceaux (110, 120) sont focalisés sur l’échantillon par l’intermédiaire d’un dispositif de focalisation optique. Dans le cas d’une configuration à incidence non normale du faisceau sonde sur l’échantillon, le faisceau sonde passe dans deux dispositifs de focalisation optiques différents, les trajets avant et après échantillon n’étant pas similaires l’optique semi-réfléchissante n’est pas utilisée dans cette configuration. Le faisceau sonde réfléchi ou transmis (151 à 153) par l’échantillon (150) est alors injecté dans le photo-détecteur différentiel (200) à matrice d’éléments (201 à 205). La matrice d’éléments (201 à 205) du photo-détecteur (200) discrétise le signal en n signaux. Puis ces signaux sont soustraits au signal de sonde mesuré avant réflexion ou transmission du faisceau sonde sur l’échantillon. Les signaux sont conditionnés puis numérisés par le numériseur A/D multivoies (220). De plus, le numériseur (220) est synchronisé avec les sources lasers (100) pour permettre une reconstruction temporelle des n réponses de l’échantillon (150) par un traitement numérique des mesures. Dans le cas d’une incidence normale de la voie sonde sur l’échantillon (150), Le faisceau sonde réfléchi ou transmis (151 à 153) par l’échantillon (150) est réfléchi par l’optique semi-réfléchissante dans le photo-détecteur différentiel (200) à matrice d’éléments. La matrice d’éléments (201 à 205) du photo-détecteur discrétise le signal en n signaux. Puis ces signaux sont soustraits au signal de sonde mesuré avant réflexion ou transmission du faisceau sonde sur l’échantillon (150). Les signaux sont conditionnés puis numérisés par le numériseur A/D multivoies (220). De plus, le numériseur est synchronisé avec les sources laser pour permettre une reconstruction temporelle des n réponses de l’échantillon par un traitement numérique des mesures. Le photo-détecteur différentiel (200) à matrice d’éléments (201 à 205) est constitué d’une matrice d’éléments photosensibles pouvant aller jusqu’à 64 éléments répartis en une ligne ou disposés en carré de 8x8. La réponse spectrale de ces photo éléments (201 à 205) permet de couvrir une bande spectrale allant de 190 à 1700nm. Les fonctions couvertes par le photo-détecteur sont : Conversion courant/tension : Cette fonction (montage trans-impédance) permet de convertir des faibles courants générés par les éléments photosensibles en une tension exploitable. Il y a autant de modules de conversion courant/tension que d’éléments photosensibles. Soustraction : Cette fonction permet de récupérer le signal utile, c’est-à-dire, la réponse de l’échantillon en réalisant la différence entre le signal avant échantillon et les signaux après échantillon seule les perturbations générées par l’échantillon restent dans le signal. Conditionnement des signaux : permet de mettre en forme les signaux avant acquisition par le numériseur. Les faisceaux sonde (110) et pompe (120) peuvent être décalés spatialement sur l’échantillon (150) afin de mesurer des phénomènes physiques transverses. Le système de scanner peut être réalisé avec deux miroirs mobiles ou par l’intermédiaire de deux lentilles dont la première est décentrée par rapport à la seconde. Photodétecteur Les figures 3 à 5 illustrent le schéma du photodétecteur (200). Le photo-détecteur matriciel (200) pourra être équipé de voies de monitoring des puissances optiques permettant de visualiser la puissance optique moyenne de la sonde avant et après échantillon, pour équilibrer les voies différentielles du détecteur et optimiser les signaux. L’avantage des capteurs en ligne/carré est que les éléments sont à cathode commune. Le courant traversant la cathode est la somme de tous les courants générés par chaque élément photo-sensible (201 à 205). Le courant traversant la résistance R (206) crée une tension à ses bornes. On amplifie cette tension à l’aide d’un amplificateur (207) pour obtenir une tension proportionnelle à la puissance optique sur le capteur en ligne. Un seul monitoring sera ainsi nécessaire pour le capteur en ligne/carré. Le photo-détecteur (200) est équipé de d’une matrice de n éléments photosensibles sur la voie retour d’échantillon et d’un seul élément photosensible ou d’une matrice de n éléments sur la voie de prélèvement avant échantillon. Les courants générés sont alors convertis en tension avant de réaliser la différence entre les signaux. Les signaux peuvent être multiplexés en sortie du photo-détecteur afin de limiter le nombre de voies du numériseur. Traitement des signaux Les signaux numérisés sont enregistrés dans une table constituée des valeurs de chacun des éléments (201 à 205), pour les différents moments des impulsions sonde, pouvant être représentés sous la forme d’un ensemble de courbes de l’intensité lumineuse mesurée par le photodétecteur ou du nombre de photons compté par le photodétecteur par rapport au temps. Elles présentent une valeur maximale correspondant au décalage nul entre l’impulsion pompe et la première impulsion sonde, puis des valeurs généralement décroissantes. Ces courbes sont traitées pour extraire des informations caractéristiques telles que des points singuliers ou la pente de certains segments. Cette matrice numérique est traitée par une matrice de transformation associant les valeurs numériques issues du photodétecteur (200) aux valeurs de la caractéristique physique étudiée. Cette matrice de transformation peut être construite de manière empirique, ou par apprentissage supervisé. Elle peut être réévaluée régulièrement en fonction du résultat des mesures effectuées. Cette matrice de transformation peut être enregistrée sur un support pour permettre la personnalisation d’un équipement de cartographie, par exemple par accès à une mémoire en ligne ou sous la forme d’une mémoire physique insérable dans un connecteur prévu à cet effet dans l’équipement. Applications L’équipement selon l’invention est adapté à différentes applications : Contrôle non destructif de motifs structurels de surfaces ou de couches successives d’échantillons. Imagerie de cellules vivantes qui sont mouvantes par essence, ce qui en particulier interdit l’usage de « poses » de longue durée. Caractérisation et cartographie de nanoparticules sur un substrat, nombre, taille et répartition. Imagerie de phénomènes de variation d’homogénéité des propriétés physiques d’un échantillon suite à un évènement bref et non reproductible. Par exemple, évolution de la conductivité thermique de couches minces lors de l’usinage laser. Imagerie d’ondes de surface sans déplacement de la sonde par rapport à la pompe. Procédé de caractérisation physique non destructif et sans contact d’un échantillon par excitations répétées de la surface d’un échantillon (150) avec une séquence d’impulsions comprenant au moins une impulsion pompe par un premier laser « pompe » (120) suivie par une succession de L impulsions décalées temporairement par un second laser « sonde » (110), et l’analyse du faisceau émis par la surface dudit échantillon par un photodétecteur activé, pour l’acquisition des signaux délivrés par les photo détecteurs pendant des fenêtres temporelles constantes , Caractérisé en ce que lesdites faisceaux pompe (120) et sonde (110) présentent une distribution spatiale uniforme de type « Top hat » selon N dimensions, N étant égal à un ou à deux ledit détecteur (200) est constitué par une matrice à N dimensions de M photodétecteurs (201 à 205), avec M supérieur à 2, le procédé consistant à enregistrer pour chaque séquence une matrice M PD de MxL valeurs de signaux délivrés par chacun desdits photo-détecteurs avant et après ladite impulsion sonde, et avant l’impulsion pompe suivante, et à appliquer au moins un traitement numérique à ladite matrice pour établir une cartographie de la zone de l’échantillon analysée par ledit détecteur sous forme d’une matrice M CC des valeurs de la caractéristique physique observée pour Q points de la zone analysée, Q étant compris entre 1 et M. Procédé de caractérisation physique d’un échantillon selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit traitement numérique consiste à appliquer une matrice de transformation M TR à ladite matrice de MxL valeurs de signaux délivrés par lesdits photo-détecteurs pour déterminer ladite matrice M CC . Procédé de caractérisation physique d’un échantillon selon la revendication 2 caractérisé en ce qu’il comporte des étapes de recalcul de ladite matrice M TR par apprentissage supervisé. Procédé de caractérisation physique d’un échantillon selon la revendication 2 caractérisé en ce qu’il comporte l’enregistrement d’une pluralité de matrices de transformation M TR correspondant chacune à une caractéristique physique particulière. Procédé de caractérisation physique d’un échantillon selon la revendication 2 caractérisé en ce qu’il comporte en outre une étape d’optimisation automatique du focus de l’optique des faisceaux « pompe » et « sonde » consistant à commander une séquence de variation de la focalisation et de mesure d’un facteur de qualité du signal produit par ledit photodétecteur (200), et à sélectionner la focalisation correspondant à une maximisation dudit facteur de qualité sur l’ensemble des valeurs enregistrées. Équipement de caractérisation physique non destructif et sans contact d’un échantillon comprenant deux sources laser impulsionnelles (110, 120) pour l’émission respectivement un faisceau « pompe » et un faisceau « sonde », ainsi qu’un détecteur (200) caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un dispositif de mise en forme d'un faisceau pour transformer la distribution d’un faisceau « pompe » et d’un faisceau « sonde » en une distribution spatiale uniforme de type « Top hat » selon N dimensions, N étant égal à un ou à deux et en ce que ledit détecteur est constitué par une matrice à N dimensions de M photodétecteurs mesurant chacun le nombre de photons avant et après ladite impulsion sonde, et avant l’impulsion pompe suivante, avec M supérieur à 2. Équipement de caractérisation physique selon la revendication 6 caractérisé en ce que les faisceaux pompe (120) et sonde (110) sont coaxiaux dans la zone d’interaction avec ledit échantillon. Équipement de caractérisation physique selon la revendication 6 caractérisé en ce que le faisceau pompe (120) est perpendiculaire au plan de la zone d’interaction avec ledit échantillon et le faisceau sonde (110) forme un angle différent de 90° avec le plan de la zone d’interaction avec ledit échantillon (150). Équipement de caractérisation physique selon la revendication 6 caractérisé en ce qu’il comporte un calculateur pour commander l’enregistrement, pour chaque séquence, d’une matrice M PD de MxL valeurs de signaux délivrés par lesdits photo-détecteurs et pour appliquer au moins un traitement numérique à ladite matrice pour établir une cartographie de la zone de l’échantillon analysée par ledit détecteur sous forme d’une matrice M CC des valeurs de la caractéristique physique observée pour Q points de la zone analysée, Q étant compris entre 1 et M, en fonction d’au moins une matrice de transformation enregistrée dans une mémoire informatique. Mémoire informatique pour la personnalisation d’un équipement de caractérisation physique selon la revendication 6, comportant un enregistrement d’une matrice numérique de transformation M TR à ladite matrice de MxL valeurs de signaux délivrés par lesdits photo-détecteurs pour déterminer ladite matrice M CC . Application du procédé selon la revendication 1 pour la cartographie à N dimensions de l’épaisseur d’une couche de revêtement d’un échantillon, avec N égal à 1 ou à 2. Application du procédé selon la revendication 1 pour la cartographie à N dimensions du module d’Young d’un échantillon, avec N égal à 1 ou à 2 Application du procédé selon la revendication 1 pour la cartographie à N dimensions de la force d’adhésion d’un échantillon, avec N égal à 1 ou à 2. Application du procédé selon la revendication 1 pour la cartographie à N dimensions de l’état cristallin d’un échantillon, avec N égal à 1 ou à 2.