Mesure de Température dans les Flammes par Thermo-Spectroscopie Infrarouge

Abderezak Aouali¹, Stephane Chevalier¹, Alain Sommier¹, Jean-Christophe Batsale¹, Christophe Pradere^1
⋆ : abderezak.aouali@u-bordeaux.fr
¹ I2M
Mots clés : Mesure de hautes température, thermographie infrarouge
Résumé :

La torche à plasma est un type de source qui génère de très hautes température et qui est essentiellement utilisée dans des applications de traitement de surface et du traitement ultime des déchets. L’optimisation énergétique de cette torche nécessite la connaissance de sa température en tout point. Néanmoins, la mesure des hautes températures est difficilement accessible et nécessite obligatoirement l’utilisation de techniques non-intrusives (sans contact) [1]. Par conséquent, les techniques reposant sur les lois du rayonnement thermiques fournissent un moyen adéquat pour remédier à ce problème.

On souhaite dans notre cas développer une méthode permettant de mesurer les hautes températures en s’appuyant sur la spectroscopie infrarouge (IR). L’idée est d’éclairer une flamme par une source IR multispectrale et de mesurer le rayonnement émit par une caméra de type lointain-IR dans la gamme spectrale [7-11  μm]. La caméra considère que l’émissivité des corps est identique à celle du corps noir, d’où la nécessite de déterminer cette grandeur afin d’accéder à la vrai luminance [2]. La méthode repose d’une part sur la loi de Kirchhoff dans les milieux semi-transparents qui se résume à τ + α = 1 (ρ = 0 , reflexion nulle), où la transmissivité (τ) est le rapport de l’énergie transmise sur l’énergie reçue, et l’absorptivité (α) est le rapport de l’énergie absorbée sur l’énergie reçue, et d’autre part sur la loi de Stefan-Boltzmann qui relie la luminance totale du rayonnement à la température absolue d’un corps. Pour ce faire, trois acquisitions simultanées sont réalisées à l’aide d’un obturateur synchronisé avec la caméra : faisceau seul de la source IR, faisceau + émission propre de la flamme, émission propre de la flamme. Grâce à ces images, il est possible de remonter à la transmissivité hémisphérique totale τ. Enfin, l’équilibre thermique permet de déduire l’émissivité hémisphérique totale qui vaut 1-τ afin de corriger les luminances que mesure la caméra IR et d’accéder à la température vraie de la flamme.

Dans un premier temps, la méthode a été validée à l’échelle du laboratoire sur des flammes générées par des bruleurs et sera par la suite transposée sur des torches à plasma. On a constaté une thermo-dépendance de l’émissivité de la flamme qui atteint une température moyenne de 970 K. On s’attend de ce fait à une variation importante de cette émissivité dans le cas des torches à plasma qui atteignent 5000 K.

 [1] M. Romano M. Ryu J. Morikawa J. Batsale and C. Pradere. Simultaneous microscopic measurements of thermal and spectroscopic fields of a phase change material. Infrared Physics and Technology, 2016.

 [2] H. Philippe J. Cedelle I. Negreanu. Infrared technique for simultaneous determination of temperature and emissivity. Infrared Physics and Technology, 55, 2012.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2020-158

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