La microtopographie
La microtopographie est, pour faire simple, de la topographie[i] à l’échelle micrométrique qui a pour objet l’étude des surfaces notamment des accidents s’y trouvant (gravures, fissures, craquelures, etc.) et de leur rugosité (texture, polissage, etc.). On parlera dans le premier cas principalement de tracéométrie et dans le second de rugosimétrie.
Le principe de la mesure est relativement simple puisqu’il consiste à suivre pas à pas, par un palpeur, le relief d’une surface, sur une longueur donnée. Puis par un traitement statistique d’en définir des paramètres tels l’écart moyen de rugosité Ra qui est la moyenne arithmétique de toute les ordonnées des pics et des vallées d’un profil sur une longueur donnée, où le paramètre Rq qui en est la moyenne quadratique. Au fur et à mesure des années, cette technique s’est améliorée augmentant le nombre de paramètres discriminants comme l’asymétrie Rsk, l’aplatissement Rku, le taux de portance Rk, etc. Il faudra attendre la fin des années 90 pour que tous ces paramètres soient normalisés et que puise naître une véritable industrialisation de cette technique.
Cette mesure peut se faire par contact à l’aide d’un palpeur relié à un dispositif électromagnétique ou par une technologie sans contact.
Plusieurs technologies permettent un contrôle dimensionnel sans contact, on distingue :
– la mesure par capteurs capacitifs ;
– la mesure par capteurs inductifs ;
– la mesure par capteurs à ultrasons ;
– la mesure par capteurs optiques.
La mesure par capteurs optiques est celle qui offre le plus de possibilités, en effet les capteurs capacitifs ne permettent pas de saisir la forme des objets (effets de bord) et les capteurs inductifs ne peuvent travailler que sur des objets métalliques et magnétiques (courants de Foucault). Parmi les capteurs optiques on distingue :
– les ensembles de caméras, au moins deux, pour la stéréophotogrammétrie ;
– les capteurs fonctionnant sur le principe de la triangulation ;
– Les capteurs d’images à focalisation dynamique
– les capteurs coaxiaux pour lesquels les faisceaux d’éclairage et d’observation parcourent pour l’essentiel le même trajet optique.
D’autres critères de classement peuvent être envisagés :
– le type de source lumineuse utilisée : laser ou source incohérente ;
– le type d’élément géométrique saisi par le capteur : un point, une ligne, ou une surface.
Le C2RMF possède deux stations de micromesures STIL: la première (CHR 150) comprend une table de translation micrométrique pour l’axe x une table de translation pour l’axe y, ce qui permet de réaliser une topographie. Le capteur est un capteur optique basée sur le principe de la microscopie confocale à champ étendue, c’est-à-dire qui met en jeu l’aberration chromatique axiale avec pour effet la diffraction d’un faisceau de lumière blanche en une multitude de faisceaux « colorés » sur un même axe. Cette suite de longueurs d’onde se distribuant sur tout le spectre du visible constitue l’espace de mesure du capteur. Cet espace lié à l’optique du capteur est longue de 200µm à 3000µm suivant le capteur utilisé. Ce capteur est relié par fibres optiques à un boîtier optoélectronique comprenant la source de lumière blanche et le spectromètre. Ce type de capteur permet donc des mesures sans contact, ce qui est préférable pour nombre d’objet du patrimoine. De plus elle permet, en dehors des mesures de rugosité, de mesurer l’épaisseur d’une matière transparente comme les vernis sur les peintures de chevalet ou les glaçures de certaines céramiques.
La seconde (DUO) travaille sur deux principes au choix, soit la technique précédente, soit la méthode interférentielle. Cette dernière permet la mesure en dessous de 25µm, là où la microscopie à confocale à champ étendue trouve ses limites.
[i] Technique qui a pour objet l'exécution, l'exploitation et le contrôle des observations concernant la position planimétrique et altimétrique, la forme, les dimensions et l'identification des éléments concrets, fixes et durables existant à la surface du sol à un moment donné.(Lexique topographique, Association Française de Topographie).
Le principe de la mesure est relativement simple puisqu’il consiste à suivre pas à pas, par un palpeur, le relief d’une surface, sur une longueur donnée. Puis par un traitement statistique d’en définir des paramètres tels l’écart moyen de rugosité Ra qui est la moyenne arithmétique de toute les ordonnées des pics et des vallées d’un profil sur une longueur donnée, où le paramètre Rq qui en est la moyenne quadratique. Au fur et à mesure des années, cette technique s’est améliorée augmentant le nombre de paramètres discriminants comme l’asymétrie Rsk, l’aplatissement Rku, le taux de portance Rk, etc. Il faudra attendre la fin des années 90 pour que tous ces paramètres soient normalisés et que puise naître une véritable industrialisation de cette technique.
Cette mesure peut se faire par contact à l’aide d’un palpeur relié à un dispositif électromagnétique ou par une technologie sans contact.
Plusieurs technologies permettent un contrôle dimensionnel sans contact, on distingue :
– la mesure par capteurs capacitifs ;
– la mesure par capteurs inductifs ;
– la mesure par capteurs à ultrasons ;
– la mesure par capteurs optiques.
La mesure par capteurs optiques est celle qui offre le plus de possibilités, en effet les capteurs capacitifs ne permettent pas de saisir la forme des objets (effets de bord) et les capteurs inductifs ne peuvent travailler que sur des objets métalliques et magnétiques (courants de Foucault). Parmi les capteurs optiques on distingue :
– les ensembles de caméras, au moins deux, pour la stéréophotogrammétrie ;
– les capteurs fonctionnant sur le principe de la triangulation ;
– Les capteurs d’images à focalisation dynamique
– les capteurs coaxiaux pour lesquels les faisceaux d’éclairage et d’observation parcourent pour l’essentiel le même trajet optique.
D’autres critères de classement peuvent être envisagés :
– le type de source lumineuse utilisée : laser ou source incohérente ;
– le type d’élément géométrique saisi par le capteur : un point, une ligne, ou une surface.
Le C2RMF possède deux stations de micromesures STIL: la première (CHR 150) comprend une table de translation micrométrique pour l’axe x une table de translation pour l’axe y, ce qui permet de réaliser une topographie. Le capteur est un capteur optique basée sur le principe de la microscopie confocale à champ étendue, c’est-à-dire qui met en jeu l’aberration chromatique axiale avec pour effet la diffraction d’un faisceau de lumière blanche en une multitude de faisceaux « colorés » sur un même axe. Cette suite de longueurs d’onde se distribuant sur tout le spectre du visible constitue l’espace de mesure du capteur. Cet espace lié à l’optique du capteur est longue de 200µm à 3000µm suivant le capteur utilisé. Ce capteur est relié par fibres optiques à un boîtier optoélectronique comprenant la source de lumière blanche et le spectromètre. Ce type de capteur permet donc des mesures sans contact, ce qui est préférable pour nombre d’objet du patrimoine. De plus elle permet, en dehors des mesures de rugosité, de mesurer l’épaisseur d’une matière transparente comme les vernis sur les peintures de chevalet ou les glaçures de certaines céramiques.
La seconde (DUO) travaille sur deux principes au choix, soit la technique précédente, soit la méthode interférentielle. Cette dernière permet la mesure en dessous de 25µm, là où la microscopie à confocale à champ étendue trouve ses limites.
[i] Technique qui a pour objet l'exécution, l'exploitation et le contrôle des observations concernant la position planimétrique et altimétrique, la forme, les dimensions et l'identification des éléments concrets, fixes et durables existant à la surface du sol à un moment donné.(Lexique topographique, Association Française de Topographie).
sminaire_topo_2008_c2rmf.pdf | |
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Mesure d'épaisseur du vernis
Mesure de l'épaisseur de vernis sur une œuvre du Musée du Louvre (La vierge à l'enfant avec sainte Anne de Léonard de Vinci) après restauration. On distingue sur cette photo, outre l’œuvre, le dispositif pour la mesure soit : le pied supportant la table de translation verticale XY, sur la table, l'électronique de commande et le boitier optoélectronique relié par un câble optique (rouge) au capteur qui prend sa place sur la table de translation.
sciences_et_avenir_mars_2012.pdf | |
File Size: | 310 kb |
File Type: |
sainte_anne_µtopo001.pdf | |
File Size: | 664 kb |
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Mesure de rugosité.
Mesure du poli sur une sculpture de Desiderio da Settignano, sculpteur florentin (1430-1464), en fin d'exposition au musée du Louvre. (voir l'article qui suit)
mesures_octobre_2007.pdf | |
File Size: | 2251 kb |
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