Imagerie et caractérisation thermique des matériaux par radiométrie photo-thermique en balayage

Abstract

L’imagerie des propriétés thermiques permet le développement de matériaux hétérogènes nouveaux dont les propriétés sont adaptées à l’application visée. Dans les applications modernes, les matériaux sont souvent composites tant dans leur épaisseur que dans le plan. La détermination des propriétés thermiques doit donc s’adapter à l’échelle d’observation, du micron à la dimension du composant. La caractérisation aux petites échelles spatiales nécessite des métrologies adaptées, différentes de celles utilisées à l’échelle macroscopique. Les méthodes existantes d’imagerie thermique sans contact (thermoréflectométrie et thermographie dans l’IR) présentent des avantages et des inconvénients. Au regard de ces derniers, il nous a donc paru nécessaire de développer une technique de balayage à haute fréquence fiable et permettant d’être utilisée sur des surfaces très différentes.Dans ce travail, une technique robuste permettant l’imagerie et la caractérisation des propriétés thermiques à l’échelle micrométrique est donc développée. Elle est basée sur le principe de radiométrie photo thermique modulée, implantée ici en mode balayage. Ce choix est motivé par plusieurs raisons, à savoir, l’objectif de disposer d’une mesure optique, permettant ainsi d’éviter les problématiques liées à la mesure par contact. Un deuxième objectif est de pouvoir explorer des temps caractéristiques inférieurs à ceux accessibles en thermographie infrarouge. Il est aussi possible de réaliser la caractérisation dans et hors plan. Enfin, cette approche permet d’envisager la caractérisation à haute température. Ainsi, le développement expérimental associé au modèle représentatif de l’expérience et l’inversion des mesures sont utilisés pour déterminer les propriétés thermiques d’intérêt.Le couplage de l’image thermique obtenue par balayage avec un pas spatial inférieur à la limite de diffraction dans l’infrarouge avec les techniques de traitement de l’image constitue une perspective majeure de ce travail.