Thermographie dans des milieux semi-transparents à l'infrarouge par thermotransmittance

Abstract

Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre d'un besoin grandissant de caractérisation multi-physique de nouveaux matériaux ou de systèmes énergétiques. A l'échelle du laboratoire, le développement des études sur les systèmes micro-fluidiques et les matériaux multicouches nécessitent d'investiguer les transferts thermiques volumiques. Ces systèmes étant pour la plupart des milieux semi-transparents à l'infrarouge (IR), les méthodes de thermographies usuelles sont peu adaptées pour leur caractérisation. Le développement d’une nouvelle méthode de caractérisation quantitative sans contact des champs de température dans ces milieux semi-transparents est un véritable enjeu scientifique et industriel.L'objectif de ces travaux de thèse est donc de développer et de valider une méthode de mesure quantitative de tomographie microscopique IR pour caractériser des milieux semi-transparents. Nous avons choisi une méthode basée sur la dépendance en température des propriétés optiques des matériaux, et particulièrement leur transmittance. Ce phénomène est appelé thermotransmittance et donne une information sur la température moyenne dans l'épaisseur du matériau. Ainsi, la mesure de thermotransmittance combinée à un dispositif tomographique doit permettre la mesure de température des milieux semi-transparents.Le principal verrou scientifique identifié pour l’utilisation de cette méthode est le très faible niveau de signal de thermotransmittance mesuré en comparaison du bruit de mesure et du rayonnement IR parasite. Dans un premier temps, les travaux se sont donc focalisés sur le développement d’une méthode de détection mono-point du signal de thermotransmittance avec la mise en place d'un dispositif expérimental robuste aux bruits de mesure. Un modèle thermo-optique a également accompagné ce développement de la mesure pour apporter une compréhension quantitative du phénomène de thermotransmittance. Puis, une fois validée, l'instrumentation a évoluée vers une mesure de champs de température en 2D par caméra IR. Enfin, couplées à des modèles thermiques, ces mesures de champs ont permis d’estimer les propriétés thermophysiques des matériaux étudiés.Une fois la mesure quantitative de thermotransmittance par imagerie IR validée, la suite des travaux porte sur l'implémentation d'un dispositif de mesure tomographique par laminographie. L'imagerie par thermotransmittance couplée à l'instrumentation par laminographie et à des méthodes de reconstruction permet de reconstruire des champs volumiques de température. Une preuve de concept de cette méthode est présentée à la fin du manuscrit.