Analyse thermomécanique du comportement des verres inorganiques par imagerie infrarouge quantitative

par Guillaume Corvec

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Jean-Benoît Le Cam et de Jean-Christophe Sangleboeuf.

Soutenue le 29-11-2016

à Rennes 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière (Rennes) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (ComuE) et de Institut de physique (Rennes) (laboratoire) .

mots clés

• Thermographie infrarouge
• Verres inorganiques
• Filtrage temporel
• Filtrage spatio-Temporel
• Analyse thermoélastique des contraintes
• Calorimétrie quantitative
• Comportement thermomécanique
• Verre -- Propriétés thermomécaniques
• Imagerie infrarouge
• Thermoélasticité

Résumé

La thermographie infrarouge est un moyen d'analyse du comportement mécanique des matériaux. Elle a connu un essor considérable depuis les années 80 avec l'apparition des premiers capteurs. Deux techniques principales ont pu être développées ; la calorimétrie quantitative et l'analyse des contraintes par thermoélasticité (TSA en anglais). Jusqu'à aujourd'hui, la majorité des travaux a été réalisée sur les métaux et les polymères. Le présent manuscrit relève le challenge d'appliquer ces techniques aux matériaux verres, en développant une méthodologie de débruitage des films thermiques, permettant de conserver la résolution spatiale des mesures thermiques. Cela permet de caractériser de forts gradients dans des champs de variations de température de faible intensité. Cette méthodologie a été utilisée pour débruiter des films thermiques d'échantillons de verre soumis à un chargement mécanique cyclique. Dans un premier temps, elle a été appliquée pour étudier la réponse thermique d'une empreinte à l'échelle microscopique. Dans un second temps, elle a été utilisée pour remonter à des champs de contraintes et de sources de chaleur à l'échelle macroscopique. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives à l'étude du comportement thermomécanique des matériaux fragiles présentant une faible réponse thermique sous sollicitation mécanique et de forts effets de gradients spatiaux. Les applications visées sont la fissuration et l'identification de paramètres constitutifs.

mots clés

• Infrared thermography
• Inorganic glass
• Thermomechanical analysis
• Thermoelastic stress analysis (TSA)
• Quantitative calorimetry

Titre traduit

Thermomechanical analysis of the inorganic glass behavior by quantitative infrared imaging

Résumé

The infrared thermography is used to analyse the mechanical behavior of materials. Since the 80's, it has rised with the appearance of the first sensors. Two principal techniques has been developed; the quantitative calorimetry and the thermoelastic stress analysis (TSA). Until today, most of the works has been carried out on metals and polymers. This manuscript takes-up the challenge of applying these techniques to glassy materials by developing a methodology to denoise infrared movies, which allows to preserve the spatial resolution of the thermal measurement. It allows to caracterise high gradients of low temperature variation fields. This methodology has been used to denoised thermal movies of glass samples submitted to a cyclic mechanical test. In a first time, it has been applied to study the thermal response of an imprint at the microscopic scale. In a second time, stress and heat sources fields have been determined at the macroscopic scale. This work provides new possibilities to study the thermomechanical behavior of brittle materials which present a low thermal response and high spatial gradients under mechanical loading. The target applications are the cracking phenomenom and the identification of constitutive parameters.