Outil de contrôle non destructif par émissivité apparente

Non-destructive testing tool by apparent emissivity

• Auteur / Autrice : Samy Brazane
• Direction : Laurent Ibos
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CERTES - Centre d'Etude et de Recherche en Thermique, Environnement et Systèmes

Mots clés

Mots clés libres

Outil de contrôle non destructif

Thermographie infrarouge

Métrologie

Émissivité apparente LWIR

Réflectométrie en régime thermique oscillant

Cartographie sans contact du vieillissement des surfaces

Non-destructive testing tool

Infrared thermography

Infrared metrology

LWIR apparent emissivity

AC reflectometry

Non-contact mapping of surface aging

Résumé

Le projet de thèse vise à concevoir un outil de contrôle non destructif permettant de cartographier l'émissivité apparente dans des conditions thermographiques standards. L'approche est novatrice dans le sens où i. l'émissivité apparente est une grandeur métrologique raccordée à l'émissivité spectrale de la surface. En exploitant ce lien causal, l'émissivité apparente rend compte des modifications physico-chimiques des surfaces à condition qu'elles présentent une signature dans la bande d'absorption du système employé. 2i. l'outil exploite les capacités de mesure et d'imagerie des caméras infrarouges permettant de scruter des surfaces étendues et de produire un émissogramme (carte d'émissivité apparente). La mesure d'émissivité apparente peut être rendue complexe dans un environnement radiatif non contrôlé, en particulier pour des matériaux à faible émissivité et donc à réflectivité élevée. Le verrou technologique réside dans la manière de mesurer l'émissivité apparente en s'affranchissant de la température d'émission en conditions standard de thermographie. Un modèle de connaissance en émissivité apparente des défauts de surface sera développé. On pense aux défauts mécaniques (érosion), aux défauts provoqués par une agression chimique sous les effets conjugués de la chaleur, de l'humidité, du rayonnement UV, etc…. Le CERTES possède une forte expérience dans le domaine du vieillissement des matériaux et dispose d'une plateforme expérimentale (OSED Aging) qui servira de support à la construction du référentiel des défauts. De nombreux systèmes à énergies renouvelables tirent leurs performances des propriétés de surface. On peut citer par exemple les traitements antireflets de l'optique, la réflectance des miroirs de centrale solaire concentrée (CSP) ou encore la transmittance des verres de protection. La maîtrise de l'évolution de ces propriétés dans le temps est nécessaire pour maintenir leur efficacité énergétique lorsque le système est soumis à des agressions environnementales, telles que le rayonnement UV, fortes variations de température, milieux humides ou arides, érosifs, corrosifs, ionisants, poussières, etc. Dans ce contexte, l'émissivité apparente peut offrir une aide à la décision pour le maintien ou pour le remplacement des systèmes sur des critères d'efficacité énergétique.

The thesis project aims at designing a non-destructive testing tool to map the apparent emissivity under standard thermographic conditions. The approach is innovative in the sense that i. the apparent emissivity is a metrological quantity connected to the spectral emissivity of the surface. By exploiting this causal link, the apparent emissivity accounts for any physico-chemical modifications of surfaces provided they present a signature in the absorption band of the system used. 2i. the tool exploits the measurement and imaging capabilities of infrared cameras to scan large surfaces and produce an emissogram (apparent emissivity 2D map). The measurement of apparent emissivity can be complex in a non-controlled radiative environment, particularly for materials with low emissivity and thus high reflectivity. The technological challenge of the project lies in the way to measure the apparent emissivity without taking into account the emission temperature. A physical model of the apparent emissivity of surface defects will be developed. This model will be applied to mechanical defects (erosion), defects caused by a chemical aggression under combined effects of heat, moisture, UV radiation, etc.... CERTES has a strong experience in the field of the ageing of materials and the OSED Aging experimental platform will be used as support for the construction of the defects catalog. Many renewable energy systems derive their performance from surface properties. Examples include anti-reflective coatings on optics, reflectance of concentrated solar power (CSP) mirrors and transmittance of protective glasses. The monitoring of the evolution of these properties over time is necessary to maintain their energy efficiency even if the system is subjected to environmental aggressions, such as UV radiation, strong temperature variations, dry, wet, erosive, corrosive, ionizing, dusty environments, etc. In this context, the emissogram will offer a decision support for the maintenance of system based on energy efficiency criteria.