Publications

AREZKI Y, ZHANG X, MEHDI-SOUZANI C, ANWER N, NOUIRA H, “Investigation of minimum zone assessment methods for aspheric shapes”, Precision Engineering, 52, 2018, 300-307, DOI: 10.1016/j.precisioneng.2018.01.008

AREZKI Y, NOUIRA H, ANWER N, MEHDI-SOUZANI C, “A novel hybrid trust region minimax fitting algorithm for accurate dimensional metrology of aspherical shapes”, Measurement, 127, 2018, 134-140, DOI: 10.1016/j.measurement.2018.05.071

AREZKI Y, MEHDI-SOUZANI C, ANWER N, NOUIRA H, “Reference data simulation for L∞ fitting of aspheres”, Procedia CIRP, 75, 2018,  331-336, DOI: 10.1016/j.procir.2018.04.051

AROKIARAJA Z., MENESSONB E., FELTIN N., “Magnetic iodixanol - a novel contrast agent and its early characterization”, JMV, 43, 2018, 10, DOI: 10.1016/j.jdmv.2017.11.002

CHIVAS-JOLY C., LONGUET C., POURCHEZ J., LECLERC L., SARRY G., LOPEZ CUESTA J-M., “Physical, morphological and chemical modification of nanofillers in by-products of incinerated nanocomposites and related biological outcome”, Journal of Hazardous Materials, 365, 2018, 405-412 DOI:  10.1016/j.jhazmat.2018.10.029

DELATOUR V, VASLIN-REIMANN S., OBATON A.F., AVRIN G. « Retour sur 10 ans de progrès médical grâce à la métrologie » Devicemed, 6, 2018, 20-21

MANGIN R., VAHABI H., SONNIER R., CHIVAS-JOLY C., LOPEZ CUESTA J-M., COCHEZ M., “Improving the resistance to hydrothermal ageing of flame-retarded PLA by incorporating miscible PMMA”, Polymer Degradation and Stability, 155, 2018, 52, DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2018.07.008

MILLON C., VANHOYE A., OBATON A-F., PENOT J-D., “Development of laser ultrasonics inspection for online monitoring of additive manufacturing”, Welding in the World, 62, Issue 3, 2018, 653-661, DOI: 10.1007/s40194-018-0567-9

MILLON C., VANHOYE A., OBATON A-F., « Ultrasons laser pour la détection de défauts sur pièces de fabrication additive métallique », Photoniques, 94, 2018, 34-37

OBATON A-F., LÊ M-Q., PREZZA V., MARLOT D., DELVART P., HUSKIC A., SENCK S., MAHÉ E., CAYRON C., “Investigation of new volumetric non-destructive techniques to characterise additive manufacturing parts”, Welding in the World, 62, Issue 5, 2018, 1049-1057, DOI: 10.1007/s40194-018-0593-7

POURCHEZ J., CHIVAS-JOLY C., LONGUET C., LECLERC L., SARRY G., LOPEZ CUESTA J-M., “End-of-life incineration of nanocomposites: new insights on nanofillers partitioning into by-products and biological outcomes of airborne emission and residual ash”, Environmental Science: Nano, issue 8 ,2018, 42, DOI: 10.1039/C8EN00420J

TEYSSENDIER DE LA SERVE M., WALLERAND., J.-P., GUILLORY J., TRUONG D., ALEXANDRE C., CALI J., DURAND S, « Arpent : un prototype de haute exactitude pour les mesures de grande distance », Revue xyz, 154, 1er trimestre 2018.

VIPREY F.,· NOUIRA H., LAVERNHE S., TOURNIER C., “Exploitation of a novel thermo-invariant multi-feature bar for high-precision CMMs and machine tool testing”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 96, 2018, 947-961, DOI: 10.1007/s00170-017-1572-7

Communications

LONGUET C., CHIVAS-JOLY C., POURCHEZ J., « Besoin de métrologie et protocoles expérimentaux robustes visant à mesurer les nanoparticules en milieux dit «simples » et en milieux dit «complexes», Journée ADEME 2018

MOTZKUS C., GAIE-LEVREL F., FELTIN N., JI Y., HA TL., DELABY S., “Particle release study during TiO2 nano-additived paints aging”, ASFERA2018, DOI: 10.25576/ASFERA-CFA2018-12903

FELTIN N., DEVOILLE L., FAVRE G., « Plate-forme CARMEN : métrologie des nanoparticules dans les matrices alimentaires », Fonds Français pour l’Alimentation et la Santé, 2018

MOTZKUS C., GAIE-LEVREL F., FELTIN N., JI Y. ET DELABY S., « Etude du relargage particulaire lors du vieillissement de peintures nano-additivé de dioxyde de titane », 31ème Congrès Français sur les aérosols, Paris, 30-31 janvier2018

DEVOILLE L., « Mesures de nanoparticules dans les produits alimentaires : Techniques analytiques », , GT Nanos et alimentations, ANSES, janvier 2018

DUCOURTIEUX S., MALESYS V., RAMIANDRISOA L., JOUMANI Y., DELVALLÉE A., FELTIN N., HAY B., « Towards characterization of graphene using hybrid metrology approach at LNE », Imaginenano, Bilbao, Spain, 13-15 March, 2018.

CROUZIER L., DELVALLEE A., FELTIN N., DUCOURTIEUX S., DEVOILLE L., ULYSSE C., TROMAS C., “Développement d’une métrologie hybride combinant AFM et SEM pour la mesure des propriétés dimensionnelles des nanoparticules”, Forum des microscopes à sondes locales, La Rochelle, 19-23  mars 2018

CHIVAS-JOLY C., LONGUET C., POURCHEZ J., SARRY G., LECLERC L., DELCOUR S., LOPEZ-CUESTA J-M., “Incineration of selected nanofillers used as additives for EVA-matrix nanocomposites”, ECOFRAM, Metz (France), 28 - 29 march2018

OBATON A-F., KIM F., BUTSCH B. FROM TMS, TARR J., DONMEZ A., “Measurements by Resonant Acoustic Method (RAM) and X-ray tomography (XCT) of the Cr-Co star artefacts”, ISO/TC261 –ASTM/F42-JG59 « NDT for AM parts » meeting, Johns Hopkins University, USA, April 2018

MOTZKUS C., GAIE-LEVREL F., FELTIN N., JI Y., HA TL., DELABY S., “Particle release study during TiO2 nano-additived paints aging”, 5th Working & Indoor Aerosols Conference, Cassino (Italie), 18-20 April 2018

CROUZIER L., DELVALLÉE A., FELTIN N., DUCOURTIEUX S., DEVOILLE L., NOIRCLER G., ULYSSE C., TACHÉ O., BARRUET E., « Development of a hybrid metrology combining AFM and SEM techniques for measuring the characteristic dimensions of a nanoparticle population”, BAM-PTB Workshop on Reference Nanomaterials , Current situation and needs: development, measurement, standardization, Berlin, 14-15 may 2018

OBATON A-F., KIM F., TARR J., DONMEZ A. AND BUTSCH B. from TMS, “Non-destructive testing of additively manufactured metal test artifacts”, QNDE2018 (Quantitative Non Destructive Evaluation), Burlington, Vermont, USA, June 2018

AREZKI Y., MEHDI-SOUZANI C., NOUIRA H., ANWER N., “A hybrid trust region algorithm for minimum zone fitting of FreeForm surfaces”, 18th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, EUSPEN 2018; p495-496, Venice, 4-8 June 2018

CHIVAS-JOLY C., LONGUET C., POURCHEZ J., SARRY G., LECLERC L., DELCOUR S., LOPEZ-CUESTA J-M. “Investigations of the hazard assessment of selected nano-objects used as additives for EVA-matrix nanocomposites”, Nanotech, Paris, France, 27-29 juin 2018

DUCOURTIEUX S., “Toward high precision position control using laser interferometry: main sources of error”, Keynote talk at MEDSI (10th edition of the Mechanical Engineering Design of Synchrotron Radiation Equipment and Instrumentation), Paris, 28 juin 2018

SILVESTRI Z., BOINEAU F., OTAL P., WALLERAND J- P., “Helium-based refractometry for pressure measurements in the range 1-100 kPa”, poster CPEM 2018, Paris, 8-13 juillet 2018.

GUILLORY J., TRUONG D., ALEXANDRE C., WALLERAND J–P., “A prototype of high accuracy telemeter for long range application”, poster CPEM 2018, Paris, 8-13 juillet 2018.

DUCOURTIEUX S., “Toward high precision position control using laser interferometry: main sources of error”, présentation au Synchrotron Soleil, Saint-Aubin (France), 18 septembre 2018.

DUCOURTIEUX S., “validation du microscope à force atomique métrologique français pour des applications de nanométrologie dimensionnelle”, Salon Micronora, Besançon, 26 septembre 2018

OBATON A-F., BUTSCH B., MCDONOUGH S., CARCREFF E., LAROCHE N., GAILLARD Y., TARR J., BOUVET P., CRUZ R., DONMEZ A., “Evaluation of non-destructive volumetric testing methods for additively manufactured parts”, ASTM Symposium on Structural Integrity of AM Parts, Washington DC, USA, Nov. 7-8, 2018

OBATON A-F., BUTSCH B., MCDONOUGH S., CARCREFF E., LAROCHE N., GAILLARD Y., TARR J., BOUVET P., CRUZ R. AND DONMEZ A., "Evaluation of non-destructive volumetric testing methods for additively manufactured parts", ASTM Symposium on Structural Integrity of AM Parts, Washington DC, USA, 7-8 Nov. 2018.

CHIVAS-JOLY C., LONGUET C., POURCHEZ J., SARRY G., LECLERC L., DELCOUR S., LOPEZ-CUESTA J-M., “Investigations of the hazard assessment of selected nano-objects used as additives for EVA-matrix nanocomposites”, NanoSafe, Grenoble, 5 - 9 novembre 2018

 

Publications

BOUZAKHER N., CHIVAS-JOLY C., DEVOILLE L., HOCHEPIED J. –F., FELTIN N. “Challenges in sample preparation for measuring nanoparticles size by scanning electron microscopy from suspensions”, powder form and complex media, Powder Technology, 359, online 9 October 2019, 226-237, DOI: 10.1016/j.powtec.2019.10.022

CHIVAS-JOLY C., LONGUET C., POURCHEZ J., LECLERC L., SARRY G., J-M. LOPEZ-CUESTA J-M. “Physical, morphological and chemical modification of Al-based nanofillers in by-products of incinerated nanocomposites and related biological outcome”, Journal of Hazardous Materials, 365, 5 March 2019, 405-412, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.10.029

CROUZIER L., DELVALLEE A., ALLARD A., DEVOILLE L., DUCOURTIEUX S., FELTIN N. “Methodology to evaluate the uncertainty associated with nanoparticle dimensional measurements by SEM”, Measurement Science and Technology, 30, 28 June 2019, 8, 085004, DOI: 10.1088/1361-6501/ab1495

CROUZIER L., DELVALLEE A., DUCOURTIEUX S., DEVOILLE L., NOIRCLER G., ULYSSE C., TACHE O., BARRUET E., TROMAS C., FELTIN N. “Development of a new hybrid approach combining AFM and SEM for the nanoparticle dimensional metrology”, Beilstein Journal of Nanotechnology, 10, 28 july 2019, 1523–1536,DOI: 10.3762/bjnano.10.150

CROUZIER L., DELVALLEE A., DUCOURTIEUX S., DEVOILLE L., TROMAS C., FELTIN N. “A new method for measuring nanoparticle diameter from a set of SEM images using a remarkable point”, Ultramicroscopy, 207, December 2019, 112847, DOI: 10.1016/j.ultramic.2019.112847

FELTIN N., DUCOURTIEUX S., L. CROUZIER L., DELVALLEE A., DIRSCHEL K., ZENG G., “Scanning probe microscopy (SPM), “Characterization of Nanoparticles - measurement processes for nanoparticles”, ELSEVIER, 24 September 2019, ISBN: 9780128141823

GUILLORY J., TEYSSENDIER DE LA SERVE M., TRUONG D., ALEXANDRE C. WALLERAND J-P., “Uncertainty Assessment of Optical Distance Measurements at Micrometer Level Accuracy for Long-Range Applications”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 68, June 2019, 6, 2260-2267, DOI:10.1109/TIM.2019.2902804

TOGUEM S-C.T., VISSIÈRE,A., DAMAK M., MEHDI-SOUZANI C., ANWER N., NOUIRA H. “Design of an ultra-high precision machine for form measurement” Procedia CIRP, 84, September 2019, 942-947, DOI:10.1016/j.procir.2019.04.262

VIPREY F., NOUIRA H., LAVERNHE S., TOURNIER C. “Modelling and characterisation of geometric errors on 5-axis machine-tool”, edp Sciences - Mechanics & Industry, 20, 5 September 2019, 6, 605, DOI:10.1051/meca/2019034

Communications

DUCOURTIEUX S., “Development of new validation measurements at LNE under Graphene Flagship – Core 2 – Structural characterization of graphene-based materials“ Réunion Graphene Flagship Validation Service, LNE Paris, France, 11 Mars 2019

FLEURENCE N., DELVALLEE A., SCHOPFER F., « Présentation des résultats de mesures par MPTR sur les échantillons GrapheneXT (graphene oxyde deposited on Si wafer) et d’une cartographie en conductivité thermique par SThM d’un flocon de graphène fourni par le VAMAS », Réunion Graphene Flagship Validation Service, Paris, France, 11 mars 2019.

 AREZKI Y., LEPRETRE F., PSOTA P., SU R., HEIKKINEN V., ZHANG X., CAI N., BITOU Y., LEACH R., LÉDL V., ANWER N., MEHDI-SOUZANI C., NOUIRA H. “Material standards design for minimum zone fitting of freeform optics”, EUSPEN 2019, Conference Proceedings - 19th International Conference and Exhibition, Bilbao, Espagne, 3-7 June 2019

TOGUEM S.-C.T., MEHDI-SOUZANI C., ANWER N., NOUIRA H. “Customized design of artefacts for additive manufacturing”, EUSPEN 2019, Conference Proceedings - 19th International Conference and Exhibition, Bilbao Espagne, 3-7 June 2019

OBATON A.-F., BUTSCH B., CARCREFF E., LAROCHE N., TARR J., DONMEZ A., “Efficient volumetric non-destructive testing methods for additively manufactured parts”, the ICWAM, Metz, France, 5-7 June 2019

DUCOURTIEUX S., DELVALLEE A., CERIA P., ULYSSE C., « L’AFM métrologique français : une nouvelle voie de traçabilité pour les mesures dimensionnelles à l’échelle nanométrique », 8ème Rencontres annuelles en nanométrologie, Paris, France, 17 Juin 2019

KIM F., PINTAR A., FOX J., TARR J., DONMEZ A., OBATON A.-F., “Probability of detection of x-ray computed tomography of additive manufacturing defects”, the QNDE Conference, Portland, OR, USA, 14-18 July 2019

OBATON A.-F., “Overview of the EMPIR project: Metrology for additively manufactured medical implants”, Euspen, Joint Special Interest Group meeting between euspen and ASPE Advancing Precision in Additive Manufacturing, Ecole Centrale de Nantes, France, 16-18 September 2019

MIMOUNE K.: “Evaluation and improvement of localization algorithms based on UWB Pozyx system”, The 27th International Conference on Software, Telecommunications and Computer Networks - SoftCOM 2019 - General Conference, Split, Croatie, 19-21 September 2019

DELVALLÉE A., SCHOPFER F., FLEURENCE N., DELVALLÉE A., DUCOURTIEUX S., MORÁN J., PIQUEMAL F., FELTIN N., “Developing and providing reliable multi-disciplinary measurement methods for graphene and related materials”, 14th edition of Graphene Week, Helsinki, Finlande, 23-27 September 2019

Ducourtieux S., DELVALLEE A., ULYSSE C., DEVRILLE COTTINI A., BERNARD G., FOUCHER J., “Implementation in France of a traceability chain for dimensional measurements at nanometre scale”, 19ème Congrès International de Métrologie, Paris France, 24-26 Septembre 2019

DEVOILLE L., LAMBENG N., FELTIN N., FAVRE G., “Characterization by SEM of the Nano fraction of additives products”, 19ème Congrès International de Métrologie, Paris France, 24-26 Septembre 2019

CROUZIER L., DELVALLEE A., DUCOURTIEUX S., DEVOILLE L., FELTIN N.,  “Development of a new hybrid approach combining AFM and SEM for the nanoparticle dimensional metrology”, 19ème Congrès International de Métrologie, Paris France, 24-26 Septembre 2019

FELTIN N., HODOROABA V-D., CROUZIER L., DELVALLEE A., DUCOURTIEUX S., PELLEGRINO F., MAURINO V., MARGUET S., TESTARD F., TACHE O., “nPSize: a project to improve the traceability chain of nanoparticle size measurements - Preliminary results of the SEM measurements”, 19ème Congrès International de Métrologie, Paris France, 24-26 Septembre 2019

SCHOPFER F., DUCOURTIEUX S., « Development of new validation services at LNE
under Graphene Flagship – Core 2 », Reunion Graphene Flagship Validation Service , Zaragoza, Espagne, 01 October 2019

CROUZIER L., DELVALLEE A., ALLARD A., DEVOILLE L., DUCOURTIEUX S., TROMAS C., FELTIN N., “Methodology to evaluate the uncertainty associated with nanoparticle dimensional measurements by SEM”, Nanoscale 2019, Braunschweig, Allemagne, 15-16 October 2019

DUCOURTIEUX S., DELVALLEE A., “LNE’s metrological AFM: a new reference for dimensional measurement at the nanoscale in Europe”, Nanoscale 2019, Braunschweig, Allemagne, 15-16 October 2019

AHAMED D., DUCOURTIEUX S., DELVALLEE A., “Minimisation of Abbe error on the LNE’s metrological AFM by alignment of interferometer laser beams using a CCD camera”, Nanoscale 2019, Braunschweig, Allemagne, 15-16 October 2019

DUCOURTIEUX S., DELVALLEE A., ULYSSE C., « Mise en œuvre en France d’une chaîne de traçabilité pour les mesures dimensionnelles à l’échelle nanométrique conduites par AFM et MEB», Workshop Zeiss - La microscopie électronique, ionique et rayons X, C2N Palaiseau, France, 24 Octobre 2019

GUILLORY J., TRUONG D., WALLERAND J-P.: “Assessment of the mechanical uncertainties of a novel and affordable multilateration system”, 3D Metrology conference, Londres, United Kingdom, 5-7 November 2019

MIMOUNE K., GUILLORY J., TRUONG D., WALLERAND J-P., GUIANVARCH C., PLIMMER M.: “Acoustic system for average temperature measurement along a short distance”, 3D Metrology Conference, , Londres, United Kingdom, 5-7 November 2019

 BOUZAKHER GHOMRASNI N., TACHE O., TESTARD F., CHIVAS-JOLY C., « dimensionnelle de nanoparticules de TiO2 par SAXS et MEB », Giens 2019, Guyancourt, France, 12-15 Novembre 2019

CHIVAS-JOLY C., BOUZAKHER GHOMRASNI N., DEVOILLE L., HOCHEPIED J. –F., FELTIN N., “Challenges in sample preparation for measuring nanoparticles size by scanning electron microscopy from suspensions, powder form and complex media”, Giens 2019. Guyancourt France, 12-15 Novembre 2019

DELVALLEE A., CROUZIER L., DUCOURTIEUX S., DEVOILLE L., TROMAS C., FELTIN N., « Développement d’une nouvelle approche hybride combinant AFM ET MEB pour la métrologie dimensionnelle des nanoparticules», GIENS 2019, Guyancourt, France, 12-15 Novembre 2019

Ce projet européen (NanoWires) a pour but de promouvoir le développement de dispositifs de récupération d’énergie en facilitant le contrôle de leurs performances, avant et après production. Le projet vise à développer des outils et méthodes traçables pour la caractérisation de dispositifs de récupération d'énergie constitués de nanofils.

Objectifs du JRP

Caractérisation nanodimensionnelle à haut débit des capteurs d'énergie à base de nanofils (NW) (> 108 nanofils/cm2) incluant les mesures de formes 3D (cylindrique, prismatique, pyramidale) et de rugosité des parois latérales ;

Caractérisation nanoélectrique à haut débit de cellules solaires à base de nanofils semi-conducteurs (à l’aide d’un AFM à pointe conductrice , d’un SMM et d’une sonde MEMS) ;

Caractérisation nanomécanique à haut débit de dispositifs NW et des récupérateurs d'énergie électromécaniques prenant en compte la flexion et la compression locales des nanofils ;

Caractérisation thermoélectrique, fondée sur l'imagerie thermique rapide, des nanofils (conductivité thermique inférieure à 10 W/(m·K) ;

Faciliter l'adoption de la technologie et de l'infrastructure de mesure développées dans le cadre du projet par la chaîne d'approvisionnement des mesures, les organismes d'élaboration de normes (IEC TC 113 et IEC TC 82) et les utilisateurs finaux (fabricants de cellules solaires et de générateurs d'énergie).

Résumé et résultats

La collecte d'énergie à partir de sources renouvelables (solaire, chaleur et mouvement) est une solution de premier plan pour créer de petites quantités d'énergie électrique dans des zones difficiles d'accès, et les dispositifs de récupération d'énergie apparaissent comme essentiels dans la problématique mondiale d’une meilleure gestion de l’énergie.

Les systèmes de récupération d'énergie à base de nanofils (NW) sont déjà très performants mais, en raison de la dimension nanométrique (nm) des fils et de la grande taille (mètre carré) des dispositifs, ils restent difficiles à tester et à caractériser. Les propriétés globales des dispositifs sont mesurables mais il reste impossible de faire un lien entre les caractéristiques et performances de chaque nanofils et celles du dispositif dans son ensemble. Ce projet vise donc à développer une métrologie fiable et rapide pour qualifier et contrôler les systèmes de récupération d'énergie constitués de nanofils (semiconducteurs).

Le projet a débuté en septembre 2020 pour une durée de 3 années. Le programme de travail est réparti entre 17 partenaires, dont 7 laboratoires d’EURAMET et 10 laboratoires externes. Le projet est structuré en 4 lots de travail technique et 2 lots de management et de diffusion des connaissances :

WP1 - Caractérisation nanodimensionnelle des nanofils (NW),
WP2 - Caractérisation nanoélectrique de cellules solaires à base de nanofils,
WP3 - Méthodes de mesure nanomécanique,
WP4 - Imagerie thermique des surfaces de dispositifs à base de nanofils,
WP5 - Création d’impact,
WP6 - Management et coordination.

Le LNE participe à tous les lots de travail technique et coordonne le lot relatif à la caractérisation traçable au SI des propriétés électriques des nanofils (semi-conducteurs) constitutifs de cellules solaires. Trois équipes du LNE sont engagées dans ce projet : métrologie électrique, métrologie nano-dimensionnelle et métrologie des propriétés thermiques des matériaux.

Concernant la métrologie électrique, ce JRP complète les travaux du LNE entrepris en métrologie électrique à l'échelle nanométrique menés notamment dans le cadre du projet MetroSMM. 

Pour obtenir plus d'informations sur le projet "JRP NanoWires" : site internet du JRP https://www.ptb.de/empir2020/nanowires/

Impacts attendus

  • Industrialisation : Possibilité de mesurer rapidement et simultanément plusieurs caractéristiques des dispositifs fabriqués (dimensions géométriques, propriétés électriques, thermiques et mécaniques des nanomatériaux) donnant accès au contrôle qualité de la performance des dispositifs de récupération d’énergie ; La métrologie à haut débit appliquée au contrôle de la qualité des dispositifs innovants de collecte et de stockage de l'énergie améliorera considérablement la compétitivité des industries manufacturières européennes des semi-conducteurs et de l'énergie.
  • Connaissances scientifiques : Accès aux principales spécifications géométriques des NW ayant des rapports de proportion géométrique élevés, contribuant à l'évolution des nanomatériaux et de la nanométrologie ;
  • Normalisation : Transfert des résultats métrologiques sur les cellules solaires à ondes naturelles vers les comités de normalisation (comité technique 113 de la CEI "Nanotechnologie pour les produits et systèmes électrotechniques" et comité technique 82 de la CEI "Systèmes d'énergie solaire photovoltaïque") pour favoriser la création de nouvelles normes ; possibilité de créer de nouvelles normes de mesure par la diffusion de guides de bonnes pratiques aux comités techniques CEI TC 47 « Dispositifs à semi-conducteurs », au comité technique ISO TC 164 « Essais mécaniques des métaux » et au comité technique allemand VDI/VDE-GMA 3.41 « Technologie de mesure des surfaces dans le domaine des micro et nanomètres » ;
  • Société/environnement : Possibilité d’effectuer des contrôles de la qualité des dispositifs nouvellement développés pour la collecte ou le stockage d'énergie et, par conséquent, promotion et accélération du développement de ces nouvelles nanotechnologies pour l'industrie des énergies renouvelables ; participation à l’implication de l'Europe pour limiter le changement climatique induit par les activités humaines.

Partenaires & Collaborations

Le projet européen (JRP) est coordonné par le PTB (Allemagne) et réunit 17 partenaires dont 6 français :

  • PTB et Technische Universitaet Braunschweig (TUBS), Allemagne
  • CMI, République tchèque
  • DFM, Danemark
  • GUM et Politechnika Wrocławska (PWR), Pologne
  • INRIM, Italie
  • LNE, CNRS-UPS/C2N et GEEPS, INL/ECL, LPICM et Concept Scientifique Instruments (CSI), France
  • VSL, Pays-Bas
  • Aalto, Finlande
  • Electrosciences Limited (ELECTRO), Royaume-Uni
  • GETec Microscopy (GET), Autriche
  • College of the Holy and Undivided Trinity of Queen Elizabeth near Dublin (TCD), Irlande
  • Universidad Autonoma de Barcelona (UAB), Espagne

Les référentiels géodésiques constituent l’épine dorsale de tous les services de géo-référencement, ainsi que des observations les plus critiques de la Terre, telles que la hauteur du niveau de la mer et la surveillance des volcans ou des tremblements de terre. Celles-ci nécessitent une incertitude de 1 mm du repère géodésique de référence, ce qui est nettement inférieur à la capacité actuelle de 5 à 8 mm.

Objectif

Améliorer la chaîne complexe de traçabilité en métrologie de longueurs géodésiques

Résumé et résultats

Les repères de référence sont dérivés d'observations spatio-géodésiques globales pour lesquelles la chaîne de traçabilité est très complexe. La métrologie dimensionnelle moderne à grande échelle permet de s’attaquer à deux des points les plus critiques :

  • les références de haute précision liées à la Terre pour la vérification de l’interférométrie en très longue base (VLBI), la télémétrie laser par satellite (SLR) ou les systèmes de navigation globale par satellite (GNSS),
  • le lien géométrique des observations géodésiques spatiales co-localisées.

Cela nécessite une instrumentation de terrain innovante pour des mesures extérieures étendues ainsi qu'une amélioration des stratégies de mesure et d'analyse.

L'ITRF (International Terrestrial Reference Frame) est une combinaison de plusieurs services de l'Association internationale de géodésie (IAG), utilisant des réseaux mondiaux d'observatoires. En pratique, l'ITRF définit l'échelle des mesures globales, assure la traçabilité jusqu'à la définition SI du mètre et, par conséquent, la comparabilité à long terme des données. Une résolution récente de l'Assemblée générale des Nations Unies (AG) a souligné l‘importance sociétale de l'ITRF. De nombreuses applications de haut niveau nécessitent une amélioration substantielle de sa précision.

Le projet avait pour objectif de développer de nouvelles approches et technologies de mesure pour la métrologie dimensionnelle et pour la prise en compte spécifique de la température de l’air et des gradients de température pour ces mesures.

Le LCM a développé un télémètre à modulation à deux longueurs d’onde, et des sondes de température basées sur la thermométrie acoustique ou spectroscopique développées par ailleurs lui ont été associées. D’autres techniques basées sur l'interférométrie absolue et la compensation d’indice par dispersion ont également été développées.
Les incertitudes ont été évaluées par un bilan d’incertitude et validées par deux campagnes de mesures : une comparaison avec un banc interférométrique jusqu’à 100 m et une comparaison par télémétrie satellite jusqu’à 6,4 km. La compensation d’indice de réfraction de l’air a été démontrée sur plusieurs jours.

Pour promouvoir le transfert de technologie, des collaborations étroites avec les fabricants européens de dispositifs de précision géodésique ont été établies.

Impacts scientifiques et industriels

Les nouvelles méthodes pour établir des références à faible incertitude traçables au SI pour la vérification du SLR (Satellite Laser Ranging) doivent soutenir le développement de la prochaine génération de stations SLR à deux longueurs d’onde, le SLR étant primordial pour déterminer l'origine de l'ITRF.

Les fabricants d'instruments d'arpentage ainsi que les géomètres de haut niveau, les grandes entreprises d'arpentage et les organismes européens de métrologie légale bénéficieront du deuxième grand résultat du projet : le nouveau réseau européen de référence pour les grandes distances (mesures de 5 km).

Partenaires

FGI-GG (Finlande)

GUM (Pologne)

INRIM (Italie)

MIKES (Finlande)

NPL (Royaume-Uni)

PTB (Allemagne)

RISE (Suède)

Bundesamt für Kartographie und Geodasie (Allemagne)

CNRS (France)
Frankfurt University of Applied Sciences (Allemagne)

Institut national de l’information géographique et forestière (France)

National Scientific Centre Institute of Metrology (Ukraine)

Observatoire de la Côte d'Azur (France)

Politechnika Warszawska (Pologne)

Universitat Politècnica de València (Espagne)

Résumé de la thèse

Les formes asphériques et les surfaces complexes sont une classe très avancée d'éléments optiques. Leur application a considérablement augmenté au cours des dernières années dans les systèmes d'imagerie, l'astronomie, la lithographie, etc. La métrologie de ces pièces est très difficile, en raison de la grande gamme dynamique d'information acquise et la traçabilité à l'unité SI mètre. Elle devrait faire usage de la norme infinie; (Méthode de zone minimum ou la méthode Min-Max) pour calculer l'enveloppe entourant les points dans le jeu de données en réduisant au minimum la différence entre l'écart maximum et l'écart minimal entre la surface et l'ensemble de données. Cette méthode a une grande complexité en fonction du nombre de points, enplus, les algorithmes impliqués sont non-déterministes. Bien que cette méthode fonctionne pour des géométries simples (lignes, plans, cercles, cylindres, cônes et sphères), elle est encore un défi majeur lorsqu' utilisée pour des géométries complexes (asphérique et surfaces complexes). Par conséquent, l'objectif de la thèse est le développement des algorithmes d'ajustement Min-Max pour les deux surfaces asphériques et complexes, afin de fournir des algorithmes de référence robustes pour la grande communauté impliquée dans ce domaine. Les algorithmes de référence à développer devraient être évalués et validés sur plusieurs données de référence (Softgauges) qui seront générées par la suite.

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Mots clés

Métrologie dimensionnelle, Algorithmes, Surfaces complexes, Traitement de nuages de points, Fusion de données, Optimisation, Longueur, Mesure, Algorithmes, Optimisation mathématique, Représentation des surfaces

Résumé de la thèse

À l'heure où les nanotechnologies sont en plein essor, la précision des mesures réalisées à l'échelle nanométrique devient un défi essentiel pour améliorer les performances et la qualité des produits intégrant des nano. Pour répondre aux besoins sous-jacents en nanométrologie dimensionnelle, le Laboratoire National de métrologie et d'Essais (LNE) a conçu intégralement un Microscope à Force Atomique métrologique (mAFM). Son objectif principal est d'assurer la traçabilité au mètre défini par le Système International d'unités (SI) pour les mesures à l'échelle nanométrique. Pour cela, le mAFM utilise quatre interféromètres différentiels qui mesurent en temps réel le déplacement relatif de la pointe par rapport à l'échantillon. Cet instrument de référence est destiné à l'étalonnage d'étalons de transfert couramment utilisés en microscopie à champ proche (SPM) et en microscopie électronique à balayage (SEM). Lors de ce processus, une incertitude de mesure est évaluée. Elle détermine un niveau de confiance de l'étalonnage réalisé par le mAFM. Cette incertitude est généralement évaluée grâce à des mesures expérimentales permettant de déterminer l'impact de certaines sources d'erreur qui dégradent les mesures à l'échelle du nanomètre. Pour d'autres sources d'erreur, leur évaluation reste complexe ou expérimentalement impossible. Pour surmonter cette difficulté, le travail de thèse a consisté à mettre en place un modèle numérique de l'instrument nommé « AFM virtuel ». Il permet de prévoir l'incertitude de mesure du mAFM du LNE en ciblant les sources critiques d'erreur grâce à l'utilisation d'outils statistiques tels que la Méthode de Monte Carlo (MCM), les plans de Morris et les indices de Sobol. Le modèle utilise essentiellement la programmation orientée objet afin de prendre en compte un maximum d'interactions parmi les 140 paramètres d'entrée, en intégrant des sources jusqu'ici négligées ou surestimées par manque d'informations.

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Résumé de la thèse

Le principe de la métrologie en cours d’usinage est d'obtenir des données de mesure directement dans le flot de production. Ce principe fait suite au besoin croissant des industriels de réaliser des mesures en ligne durant une opération ou entre deux opérations d'usinage, en employant le moyen de production pour mesurer la pièce usinée. La maîtrise des sources d’erreur de mesure, telles que les erreurs géométriques, est une condition sine qua non pour garantir la métrologie dimensionnelle traçable directement sur les machines-outils. Ces travaux portent sur la modélisation géométrique de machine-outil 5 axes, basée sur une paramétrisation normalisée des erreurs géométriques. Ce modèle est simulé et simplifié par l’utilisation d’une machine virtuelle développée comme un outil d’aide à la compréhension et à la visualisation des effets des erreurs géométriques sur l’erreur volumétrique. Un nouvel étalon matériel thermo-invariant a été développé : la Multi-Feature Bar. Raccordé à la définition internationale du mètre par un étalonnage et une intercomparaison européenne, il permet d’envisager des mesures traçables sur machine-outil dans un environnement hostile. L’identification de trois paramètres intrinsèques à cet étalon, couplée à une procédure de mesure, assure une identification complète et traçable des erreurs de mouvement d’axes linéaires. Suite à cela, l’identification des erreurs entre axes est quant à elle basée sur une analyse de combinaisons de paramètres suffisants pour caractériser au mieux l’erreur volumétrique. Une procédure d’identification des paramètres du modèle est proposée en minimisant la dérive temporelle de la structure ainsi que les effets des erreurs de mouvement précédemment identifiées. Une analyse de sensibilité des paramètres de réglages de la procédure de mesure ainsi que des effets de bruits permet de garantir la qualité de l’identification proposée.

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Résumé de la thèse

L’objectif de cette thèse est de contribuer à la détection de défauts dans des pièces réalisées par le procédé de fabrication additive de déposition métallique par laser (DML), en vue d’un contrôle in-situ. Le contrôle in-situ envisagé porte sur les derniers cordons déposés par le procédé (acier 316L et Inconel 718), pour lesquels des porosités et fissures peuvent apparaître (~ 100 µm). L’inspection est effectuée par méthode ultrasons-laser (UL), c’est-à-dire tout optique et non intrusive (régime thermoélastique). Le procédé DML engendre une microstructure dite à gros grains et des rugosités de surface qui rendent le contrôle ultrasonore plus délicat. En effet, ces caractéristiques microstructurales provoquent la diffusion des ondes élastiques dans le milieu. Ce travail de thèse participe donc à la compréhension de ces phénomènes et de leurs influences pour mieux détecter des défauts subsurfaciques dont les dimensions sont proches des longueurs d’ondes acoustiques. Ainsi, l’inspection en surface a été optimisée par la conception d’un montage optique, permettant de favoriser la génération de l’onde de Rayleigh, par une ligne source laser fine (~200 µm) et présentant des fronts raides. En conséquence, le contenu spectral de l’onde a été augmenté vers les hautes fréquences, c’est-à-dire jusqu’à 10 MHz. La longueur d’onde de Rayleigh (λR) a pu être ainsi diminuée à une valeur proche de celle des défauts recherchés, de l’ordre de 700 µm. Ensuite, les limites de ce dispositif ont été mises en évidence sur des pièces fabriquées par le procédé DML. Ces pièces comportent des défauts usinés, des entailles et des trous génératrice dont les dimensions sont inférieures à λR, leur surfaces est rugueuse (diffraction multiple de l’onde de Rayleigh). Puis, l’inspection de défauts réels subsurfaciques est étudiée. Ces défauts sont créés soit par une variation d’un des paramètres du procédé, le hatch (distance inter-cordon), ou encore par l’utilisation d’une poudre métallique de mauvaise qualité. En dégradant volontairement ces paramètres, les échantillons présentent alors des taux de porosités (Φ) pouvant s’étendre de 0,5% à 10%. Enfin, deux méthodes de corrélations ont été exploitées pour discriminer les taux de porosités : à travers l’étude du degré de ressemblance et l’Analyse en Composantes Principales (ACP). La première méthode, simple et rapide à mettre en œuvre, ne permet cependant pas de distinguer les taux de porosités. En revanche, l’ACP indique qu’il est possible de discriminer tous les défauts. Pour finir, des tests préliminaires ont été effectués afin de montrer qu’il est possible d’effectuer des mesures par méthode UL sur surface rugueuse, tout en conservant un bon rapport signal sur bruit, et ce sans moyenner les signaux, au cours d’un déplacement robotisé.

 

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Publications

CLADÉ P., GUELLATI-KHÉLIFA S., SCHWOB C., NEZ F., JULIEN L. et BIRABEN F., “Noise sensitivity of an atomic velocity sensor - theoretical and experimental treatment”, The European Physical Journal D, 33, 2, mai 2005, 173.

CLADÉ P., GUELLATI-KHÉLIFA S., SCHWOB C., NEZ F., JULIEN L. et BIRABEN F., “A promising method for the measurement of the local acceleration of gravity using Bloch oscillations of ultracold atoms in a vertical standing wave”, Europhysics Letters, 71, 5, septembre 2005, 730.

DU BURCK F., DAUSSY C., AMY-KLEIN A., GONCHAROV A. N., CHARDONNET C. et WALLERAND J.-P., “Frequency measuremnt of an Ar+ laser stabilized on narrow lines of molecular iodine at 501,7 nm”, IEEE transactions on instrumentationand measurement, 54, 2, avril 2005.

LAHOUSSE L., DAVID J., LELEU S., VAILLEAU G.-P. et DUCOURTIEUX S., « Application d’une nouvelle conception d’architecture à une machine de mesure de résolution nanométrique », Revue française de métrologie, 4, Vol. 2005-4, 35-43.

Communications

ROVERA G. D. et WALLERAND J.-P., « Impulsions lumineuses ultra courtes pour la métrologie des fréquences », Images de la physique, Ed. du CNRS, 2005.

JUNCAR P., « Métrologie Laser », Séminaire invité au Laboratoire de Photonique et de Nanostructure (LPN), Marcoussis, France, 9 mars 2005.

GUELLATI-KHELIFA S., « Mesurer avec les atomes froids », Musée des Arts et Métiers, Paris, France, 17 avril 2005.

LAHOUSSE L., LARSONNIER F., DUCOURTIEUX S., DUHEM S., DAVID J., SALGADO J. et VAILLEAU G.-P., “The LNE’s nanometrology research and development program”, EUSPEN, 10 mai 2005, Conférence 5, 1, 131-134, Montpellier, France.

GUELLATI-KHELIFA S., CLADE P., DE MIRANDES E., CADORET M., SCHWOB C., NEZ F., JULIEN L. et BIRABEN F., “Bloch oscillations of ultracold atoms: a tool for h/mRb measurement”, European Quantum Electronics (EQEC'05), Munich, Allemagne, 12-17 juin, 2005.

CHASSAGNE L., TOPÇU S., ALAYLI Y., JUNCAR P., LERONDEL G., BLAIZE S., BRUYANT A., STEFANON I. et ROYER P., “Near field characterization of millimeter long wave guiding structures using a high accuracy optoelectronic control system holding the sample”, 17th International Conference on Photonics in Europe, SPIE, Optical Metrology, Munich, Allemagne, 13-17 juin 2005.

GUELLATI-KHÉLIFA S., CLADÉ P., DE MIRANDES E., CADORET M., SCHWOB C., NEZ F., JULIEN L. et BIRABEN F., “Bloch oscillations of ultracold atoms : a tool  for h/mRb measurement”, 17th International Conference on laser spectroscopy (ICOLS'05), Ecosse, 19-24 juin 2005.

GUELLATI-KHELIFA S., « Immobiliser les atomes pour mieux les interroger », Palais de la découverte, Paris, France, 22 novembre 2005.

Publications

WALLERAND J.-P., ROBERTSSON L., MA L.-S. et ZUCCO M., “Absolute frequency measurement of molecular iodine lines at 514.7 nm, interrogated by a frequency-doubled Yb-doped fibre laser”, Metrologia, 43, 2006, 294-298.

Communications

LARSONNIER F., DUCOURTIEUX S., LAHOUSSE L., DAVID J., SALGADO J. et VAILLEAU G.P., « Activités du Laboratoire national de métrologie et d’essais en nanométrologie dimensionnelle », XVIe salon international des microtechniques, Besançon, France, 26-29 septembre 2006.