Thèse soutenue

Modélisation de la diffusion optique pour la mesure de température par thermoréflectométrie polychromatique
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Auteur / Autrice : Benjamin Javaudin
Direction : Yannick Le MaoultThierry Sentenac
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
Date : Soutenance le 03/02/2021
Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader-Albi (2009-....) - Institut Clément Ader / ICA
Jury : Président / Présidente : Gilles Flamant
Examinateurs / Examinatrices : Yannick Le Maoult, Thierry Sentenac, Thierry Duvaut, Domingos De Sousa Meneses, Agnès Delmas, Remi Gilblas
Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Duvaut, Domingos De Sousa Meneses

Résumé

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La mesure de champs de température sans contact, basée sur l'analyse de la luminance de la scène observée avec une caméra infrarouge, s'avère précieuse pour optimiser, contrôler des procédés et anticiper l'endommagement des matériaux observés. La principale problématique de ces méthodes passives est qu'elles impliquent une connaissance a priori de l'émissivité des surfaces en présence, qui sont sujettes à des évolutions, en particulier à haute température. La thermoréflectométrie est une méthode active de mesure de champs de température vraie sans connaissance a priori de l'émissivité de la surface du matériau. Cette dernière est mesurée en ligne de manière indirecte par une mesure de la réflectivité bidirectionnelle complétée par un modèle de fonction de diffusion dont les paramètres sont identifiés. La contribution de cette thèse est la proposition de modèles physiques de fonction de diffusion basés sur la description de l'interaction rayonnement/matière à la surface d'un matériau métallique. La démarche consiste à identifier les modèles issus de l'optique géométrique et/ou ondulatoire, ainsi que leur domaine d'application, et d'extrapoler leur application à des surfaces décrites statistiquement selon leurs paramètres de rugosité pour simuler la fonction de distribution des réflectivités (BRDF). A partir de cette grandeur est calculée la fonction de diffusion spectrale, intervenant en thermoréflectométrie. Ensuite, ces modèles sont validés à partir de mesures de rugosité et de mesures spectrométriques, sur un domaine spectral du proche au moyen infrarouge, ceci sur des matériaux métalliques couvrant une large gamme de comportements optiques. Dans une seconde étape, ces modèles sont introduits dans le système de thermoréflectométrie polychromatique, et l'évaluation de l'apport pour la mesure de température et du suivi potentiel de l'état de surface est menée. Cette validation est conduite à la fois sur des données de simulations issues de multiples caractérisations des matériaux et sur des données expérimentales issues de mesures acquises sur un banc dédié. Les résultats révèlent le bien fondé et la pertinence de la démarche et du système développé. Enfin ils ouvrent des perspectives pour le suivi "in-situ" de l'évolution de l'état de surface des matériaux via l'identification des paramètres des modèles physiques de la fonction de diffusion.