Imagerie acoustique avec reconnaissance de contours
Des scientifiques de l'ETH Zurich ont développé une nouvelle méthode pour distinguer les ondes sonores très faibles et courtes des ondes plus longues. L'utilisation de leur technique dans l'imagerie acoustique permet de ne reconna?tre spécifiquement que les contours des objets.
Le son renvoyé permet de rendre des objets visibles : Dans la navigation, le sondeur fournit des informations sur les fonds marins ou les bancs de poissons, et les gynécologues utilisent les images ultrasonores pour examiner les enfants à na?tre dans le ventre de leur mère. Les procédés de contr?le des matériaux, avec lesquels les rails de chemin de fer ou les éléments porteurs des avions sont régulièrement examinés pour détecter des fissures, sont également basés sur les ultrasons.
Les chercheurs de l'ETH Zurich ont maintenant développé un nouveau type d'imagerie acoustique - une imagerie qui ne reproduit pas un objet entier de manière photoréaliste, mais seulement ses contours et ses bords. "Le résultat de ce type de mesure est comparable à l'effet obtenu avec le filtre de détection des contours des logiciels de traitement d'images : Un simple clic de souris permet de reconna?tre les contours d'objets marquants sur les photos", explique Chiara Daraio, professeure de mécanique et de matériaux. Mais sa méthode ne repose pas sur un logiciel, elle filtre les informations sur les contours pendant la mesure acoustique.
Pour comprendre le principe de fonctionnement du filtre de détection acoustique des bords, il faut savoir que les ondes sonores sont réfléchies de manière remarquable sur les bords : Il s'y forme des ondes dites évanescentes. Celles-ci ont une longueur d'onde nettement plus courte que les ondes sonores incidentes qui les ont générées. De plus, les ondes évanescentes se désintègrent rapidement au cours de leur propagation. Elles ne sont donc mesurables qu'à proximité de ces bords. Certes, il existait déjà des méthodes pour mesurer ces ondes. Mais les chercheurs de l'ETH sont parvenus à amplifier les ondes évanescentes à l'aide d'une nouvelle méthode et à les distinguer des sons "normaux" réfléchis à ondes plus longues.
Structure de résonance issue de l'imprimante 3D
Le c?ur de la méthode est une nouvelle structure polymère développée par Miguel Molerón, postdoctorant dans le groupe de Daraio, et fabriquée sur une imprimante 3D. Il s'agit d'un tube de section carrée. ? l'intérieur, il est divisé en cinq chambres de résonance juxtaposées. De petites fenêtres relient les chambres entre elles. "Cette structure amplifie les ondes évanescentes par le biais de la résonance. Gr?ce à la structure régulière en chambres, les ondes les plus longues sont filtrées", explique Molerón. Au sommet de la structure, quatre microphones mesurent le son transmis.
Pour créer une image de contour d'un objet, les scientifiques ont diffusé un son d'une certaine fréquence sur l'objet via un haut-parleur. Sur un robot, ils ont fixé la structure polymère avec les microphones très près de la surface de l'objet. Ils ont ainsi scanné systématiquement toute la surface. ? partir des informations sonores mesurées, ils ont pu créer l'image du contour.
Identifier rapidement ce qui est pertinent
Selon les scientifiques, la nouvelle méthode de mesure apporte des avantages partout où il ne s'agit pas d'obtenir une image parfaite d'un objet, mais où il faut saisir le plus rapidement possible des informations pertinentes sur l'objet. "Nous avons créé une méthode d'imagerie acoustique dans laquelle les informations inutiles ne sont même pas saisies", explique la professeure Daraio de l'ETH. "Par exemple, pour classer des objets en fonction de leur forme et de leur taille, les contours et les bords suffisent. Il en va de même pour détecter les fissures ou les défauts superficiels des matériaux", ajoute le postdoctorant Molerón.
Le travail des chercheurs de l'ETH est une étude de faisabilité. Des développements supplémentaires sont nécessaires pour les rendre utilisables. Pour l'étude, les scientifiques ont utilisé le son dans le domaine audible. Il serait toutefois intéressant d'adapter la méthode à la gamme des ultrasons à ondes plus courtes. "Comme les dimensions de la structure polymère doivent être adaptées à la longueur d'onde, nous devons pour cela miniaturiser la structure. Nous voulons maintenant découvrir jusqu'où nous pouvons aller dans ce domaine", explique Molerón. Son objectif est d'améliorer l'imagerie acoustique - pour d'éventuelles applications dans la recherche biologique ou la médecine.
Référence bibliographique
Molerón M, Daraio C : Acoustic metamaterial for subwavelength edge detection. Nature Communications, 25 ao?t 2015, doi : page externe10.1038/ncomms9037