Évaluation des mesures de fils tendus par photogrammétrie en vue de l'automatisation des ...

99 Pages·2016·4.35 MB·French

by  Camille Vendeuvre

Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg
Mémoire de soutenance de Diplôme d’Ingénieur INSA
Spécialité TOPOGRAPHIE

Évaluation des mesures de fils tendus par
photogrammétrie en vue de l’automatisation
des mesures d’écartométrie pour l’accélérateur
de particules LHC au CERN.
Rapport

Présenté en Septembre 2016 par Camille Vendeuvre

Réalisé au sein de l’entreprise : C ERN
385 route de Meyrin
CH-1211 Genève 23, Su is se

Correcteur :
Directeur de PFE :

Dirk Mergelkuhl Pierre Grussenmeyer
Ingénieur métrologie des expériences

INSA Strasbourg - CERN
Avant-propos

Ce stage a été l’occasion pour moi de découvrir l’environnement exceptionnel du CERN
et de la recherche pour conclure mes études. Mener ce projet à bien a été l’occasion de
travailler à des degrés de précision que je n’avais jamais rencontrés jusqu’à présent.
Le LHC est la plus grande machine industrielle du monde, et il faut des milliers de
personnes pour permettre de faire aboutir les expériences. Chacun apporte sa contribution
au fonctionnement de l’ensemble, dans un travail d’équipe au long cours. Les résultats de ce
travail ne sont pas perceptibles à l’échéance de six mois mais participer à un projet beaucoup
plus grand donne une autre dimension au travail individuel.
Cet univers très spécifique présente aussi une dimension internationale particulièrement
enrichissante. Le CERN m’a permis de rencontrer et d’échanger avec des gens de différentes
nationalités. L’utilisation de l’anglais permet de briser les barrières entre les personnes qui se
regroupent naturellement par langue maternelle. Cela m’a permis d’échanger des savoir-faire
et des connaissances avec ces personnes de manière très simple.
Une grande rigueur scientifique a été nécessaire pour cette étude de faisabilité.
Ce projet m’a aussi permis de me rendre compte que la familiarisation avec le sujet
demande du temps mais que la compréhension profonde du sujet est encore bien plus longue.
En faisant le point sur ce projet, je tire des enseignements pour mon avenir professionnel,
et particulièrement trois points :
 Avant de se lancer dans la résolution d’un problème, il faut prendre le temps de
comprendre profondément le sujet, même si cela passe par des expérimentations qui
ne mènent pas forcément aux résultats attendus.
 Une expérience qui n’apporte pas les résultats attendus constitue néanmoins une
source d’informations utiles.
 Même si on travaille « seul » sur un sujet, on tire une grande richesse de l’échange
d’idées avec d’autres.
Camille VENDEUVRE i

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Remerciements

Je tiens tout d’abord à remercier le CERN en tant qu’organisation pour sa participation
active à la recherche fondamentale mais aussi à l’enseignement auprès de tous les pays
membres. La politique d’accueil et d’encadrement des étudiants du monde entier est un
véritable privilège pour ceux qui peuvent en bénéficier.
De nombreuses personnes m’ont entouré pendant ce stage et je remercie tout d’abord
mon maître de stage, Dirk Mergelkuhl, pour le temps qu’il a consacré pour m’aider à mener à
bien cette étude, ainsi que pour toutes les connaissances du métier qu’il a pu m’apporter.
Je remercie Antje Berhrens pour son positivisme à toute épreuve et son apport à l’étude
autant au niveau scientifique qu’au niveau humain.
J’exprime toute ma reconnaissance à mes enseignants de STH et de topographie pour
l’ensemble des connaissances qu’ils ont pu me transmettre et qui m’ont servi à mener à bien
ce projet. Cette reconnaissance va tout particulièrement à Pierre Grussenmeyer qui a su me
donner le goût de la photogrammétrie et pour son enseignement de qualité tout au long de
mon parcours à l’INSA en topographie.
Merci à l’ensemble des membres du service qui m’ont accompagné pendant mon stage.
Parmis lesquels Benoit Cumer, Mathieu Duquenne, Vivien Rude, Marie Barbier, Anna
Zemanek, Thibault Dijoud, Jakub Jaros et Pedro Andreo pour son incroyable bonne humeur
ainsi que toutes les autres personnes avec qui j’ai pu passer du temps en dehors du travail.
Enfin, un grand merci à mes nombreux relecteurs qui ont accompli un travail formidable.
Camille VENDEUVRE iii

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Sommaire
Glossaire .............................................................................................................. 1
1 INTRODUCTION ........................................................................................... 7
1.1 L’entreprise ............................................................................................. 7
1.2 L’étude .................................................................................................... 8
2 ETAT DE L'ART .......................................................................................... 15
2.1 Alignement des accélérateurs .............................................................. 15
2.2 La photogrammétrie ............................................................................. 18
3 EXPERIMENTATIONS SUR BANC DE TESTS .......................................... 23
3.1 Présentation du matériel ....................................................................... 24
3.2 Déroulement des tests .......................................................................... 32
3.3 Étude des caractéristiques des fils ....................................................... 39
3.4 Optimisation des paramètres de l’appareil photo .................................. 42
3.5 Paramétrage du logiciel ........................................................................ 49
3.6 Mesures au microscope........................................................................ 60
4 TESTS SUR MAQUETTE GRANDEUR NATURE ...................................... 61
4.1 Mesures de fils à plomb ........................................................................ 61
4.2 Conditions de tests ............................................................................... 61
4.3 Évaluation de la précision par répétabilité ............................................ 63
4.4 Test permettant de confirmer l’exactitude de la mesure ....................... 65
5 RESULTATS ............................................................................................... 71
5.1 Contraintes sur les mesures ................................................................. 71
5.2 Précisions accessibles.......................................................................... 74
6 PROCÉDURE ALTERNATIVE .................................................................... 75
6.1 Orientation ............................................................................................ 75
6.2 Calcul de cibles .................................................................................... 76
6.3 Utilisation de Micmac ............................................................................ 76
6.4 Calcul des points sur les fils ................................................................. 76
6.5 Méthode de calcul direct de la ligne ..................................................... 77
6.6 Proposition pour les prises de vue sur un train de mesure ................... 82
7 CONCLUSION GENERALE et PERSPECTIVES ....................................... 85
7.1 Conclusion relative au procédé ............................................................ 85
7.2 Perspectives ......................................................................................... 85
Table des figures ............................................................................................... 86
Table des tableaux ............................................................................................. 88
BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................... 89
Sommaire des annexes ..................................................................................... 91

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Glossaire
Asphérique :
source : (Wikipédia 2014)
Une lentille asphérique est un objet dont la forme est proche d'une portion de sphère,
mais non strictement sphérique. L'intérêt de la lentille asphérique réside dans une
amélioration des performances optiques en périphérie de l'image.

Figure 1 : Lentille asphérique (Wikipédia 2014)
Compte numérique :
Valeur discrète associée à un pixel dans une image.
Cryostat :
source : (Wikipedia 2015)
Un cryostat est un instrument de physique permettant d'obtenir des températures
cryogéniques par l'utilisation de l'inertie thermique d'un liquide très froid.

Figure 2 : Constitution d'un aimant dipolaire
Camille VENDEUVRE 1
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Dipôle / aimant :
Le dipôle ou aimant est la partie du cryostat générant le champ magnétique qui permet
de maintenir le faisceau sur son orbite. Le cryostat est le cylindre bleu (Figure 3) qui inclut la
masse froide qui elle-même contient la bobine qui crée le champ magnétique.
Par abus de langage, les termes dipôle, aimant ou cryostat sont utilisés pour représenter
l’axe magnétique ou le faisceau, en tant qu’objet à aligner.

Figure 3 : Dipôle du LHC
Distance principale :
La distance principale est la distance la plus courte entre la surface sensible (la pellicule
ou le capteur) et le centre optique de l’objectif.
Exactitude :
L’exactitude permet de caractériser une mesure par rapport à la réalité.
L’erreur moyenne quadratique (emq) permet de caractériser l’exactitude. L’emq est la
moyenne quadratique des écarts vrais pondérés (différence entre observations et valeurs
vraies). Étant donné qu’aucune valeur n’est jamais parfaitement exacte une mesure 10 fois
plus précise peut être considérée comme valeur vraie.
La valeur mq0 permet de caractériser l’exactitude de l’unité de poids.
Expérience :
source : (CERN 2012)
Parmi les expériences menées au Grand collisionneur de Hadrons (LHC), sept utilisent
des détecteurs pour analyser la myriade de particules produites lors des collisions dans
l’accélérateur. Ces expériences sont conduites par des collaborations de chercheurs
provenant d’instituts du monde entier. Chaque expérience est différente et se caractérise par
ses détecteurs.
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