Interférométrie à rétroaction optique pour la mesure acoustique et l'étalonnage de microphones

Ce manuscrit présente une étude de l'Interféromètre à Rétroaction Optique (Optical Feedback Interferometer, OFI) comme capteur acousto-optique ainsi que son application à l'étalonnage de microphones. Cet interféromètre présente l'avantage d'être auto-aligné et moins encombrant que des interféromètres plus classiques comme le Mach-Zehnder ou encore le Vibromètre Laser Doppler (Laser Doppler Vibrometer, LDV). Les objectifs de cette thèse sont de vérifier s'il est possible de mesurer des pressions acoustiques à l'aide de l'OFI et d'identifier ses limites en tant que capteur acoustique. Dans un premier chapitre, des éléments de la littérature motivant les objectifs de cette thèse sont rappelés. Tout d'abord, les phénomènes acoustiques exploités dans ce manuscrit sont introduits. Il est présenté le modèle de Ciddor, permettant de quantifier l'effet acouto-optique. Enfin, une dernière section de ce premier chapitre est dédiée à la présentation de l'OFI, les équations qui gouvernent son comportement sont détaillées et son exploitation en tant que capteur vibrométrique est expliqué. Les éléments de la littérature traitant de l'OFI comme capteur acousto-optique sont aussi présentés. Le second chapitre est dédié à l'étude de la sensibilité de l'OFI à la pression acoustique. Une relation théorique mettant en évidence la linéarité entre le signal de l'OFI et la pression acoustique d'une onde plane est démontrée à partir des équations gouvernant le comportement de l'OFI. Sa sensibilité est déterminée en comparant les mesures d'un bruit blanc acoustique d'un microphone, d'un LDV et d'un OFI. Ces mesures mettent en évidence l'indépendance de la sensibilité de l'OFI à la fréquence des ondes acoustiques dans la bande de fréquence audible. Dans le troisième chapitre, une méthode d'étalonnage in~situ de l'OFI et présentée. La méthode d'étalonnage s’appuie sur une mesure vibrométrique de l'OFI permettant de remonter au facteur de rétroaction optique et au facteur de Henry. On résout pour cela un système d'équations non-linéaires permettant de relier la forme du signal vibrométrique à ces paramètres. Cette méthode d'étalonnage est validée à l'aide de simulations numériques. Cette méthode permet dans un second temps d'estimer la pression acoustique d'une onde plane. Un dispositif expérimental permettant de réaliser l'étalonnage de l'OFI puis de mesurer des pressions acoustiques dans un guide d'onde est présenté. Les résultats obtenus sont, avec un écart relatif maximal de 2 dB, similaires à ceux obtenus avec un microphone pour une onde dont le niveau acoustique est supérieur à 20 Pa. Un dernier chapitre présente une application de l'OFI à la mesure d'ondes de choc et à l'étalonnage de microphones. Une source acoustique permettant d'obtenir des ondes de choc planes à partir de la propagation non-linéaire d'ondes acoustiques est mise en place. Les pressions acoustiques des chocs obtenus sont caractérisées par l'OFI, démontrant ainsi la capacité de ce dernier à mesurer des ondes acoustiques jusqu'à 200 kHz. En comparant les pressions acoustiques mesurées par l'OFI à la tension d'un microphone 1/8" soumis au même champ acoustique, un étalonnage de ce dernier est effectué dans le but d'estimer sa sensibilité et sa réponse en fréquence. On retrouve la sensibilité du microphone avec le même ordre de grandeur que lorsque celui-ci est étalonné avec une méthode de réciprocité. Lorsque le microphone est placé en incidence rasante, la tendance de sa réponse en fréquence est retrouvée avec un écart moyen de 3.5 dB par rapport à un étalonnage effectué par une grille électrostatique corrigée pour prendre en compte l’incidence rasante.