Quantification des effets de l’érosion sur un verre sodo-calcique par la réflectivité bidirectionnelle et comparaison avec l’émissivité apparente
Samy Brazane, Olivier Riou, Laurent Ibos, Fabien Delaleux, Jean-Felix Durastanti
: samy.brazane@u-pec.fr
Univ Paris Est Creteil, CERTES, F-77567 Lieusaint, France
Mots clés : Thermographie infrarouge, réflectivité bidirectionnelle, émissivité apparente, érosion éolienne du verre, détection de l’érosion par réflectivité bidirectionnelle.
Résumé :
En exploitation, les systèmes à énergies renouvelables sont soumis à des conditions climatiques variables occasionnant de nombreuses dégradations. Parmi ces dégradations, l’érosion éolienne diminue l’efficacité énergétique des systèmes en modifiant leurs propriétés optiques (absorbance, transmittance et réflectance). Un contrôle in situ des surfaces est possible, mais il reste de proximité. On conçoit la difficulté d’un contrôle étendu dans le cas de systèmes constitués de plusieurs milliers d’unités. Du fait de son faible coût, le verre est systématiquement utilisé dans les systèmes solaires comme support ou protection. Nos activités ont pour objectif de quantifier l’impact de l’érosion éolienne des verres au moyen d’un indicateur sans contact obtenu par une caméra thermique LWIR dans des conditions standards de thermographie. Dans un précédent travail [SFT 2022], nous avons quantifié les effets de l’érosion par l’indicateur émissivité apparente. Cependant, la méthode pour sa quantification est intrusive, car elle nécessite la connaissance de la température d’émission. Un autre indicateur exploitable est la réflectivité bidirectionnelle en régime oscillant. Il permet de s’affranchir de toutes les températures statiques (émission, environnement). L’idée étant d’émettre un flux pseudo-sinusoïdal sur la surface et d’en détecter le flux réfléchi. Le rapport entre ces deux signaux nous donne la réflectivité bidirectionnelle. Dans le but de tester la sensibilité de la réflectivité bidirectionnelle à l’érosion, nous avons conçu un dispositif expérimental utilisant une caméra infrarouge LWIR. La contrainte consiste à créer un environnement radiatif oscillant. Pour cela, nous avons couplé un corps noir et un hacheur optique. Un soin particulier a été apporté dans la conception du disque. Deux demi-lunes en impression 3D produisent une émission pseudo-sinusoïdale. Le rapport du fondamental sur la première harmonique est d’environ 5 pour 1 permettant une évaluation du flux d’émission avec une bonne exactitude. Le chemin optique parcouru par le flux suit un V. Le flux réfléchi est mesuré par la caméra à un angle proche de l’incidence. Il est enfin moyenné sur 6 à 7 cycles par une transformée de Fourier.
Nous avons caractérisé 8 échantillons de verre sodo-calcique d’érosion croissante en réflectométrie bidirectionnelle. Nous montrons que : L’obtention de l’indicateur est facile et rapide. Un point de mesure prend quelques secondes dans des conditions maitrisées et reproductibles ; L’indicateur réflectivité bidirectionnelle s’affranchit de toutes les températures statiques (température d’émission et d’environnement) à l’échelle du temps de mesure ; La méthode est non-intrusive et non-destructive : l’intensité du flux d’environnement est choisie suffisamment faible pour éviter un échauffement des échantillons ; La sensibilité 1/rb drb/dx% de la réflectivité bidirectionnelle rb en fonction du pourcentage de surface érodée x% est de l’ordre de 0,01%-1 pour une érosion de 50%. Elle est 17 fois supérieure à celle de l’émissivité apparente ; La réflectivité bidirectionnelle peut être cartographiée dans le cas de surfaces étendues.
En conclusion, l’approche en réflectivité bidirectionnelle s’avère mieux adaptée à la détection et la quantification in-situ des effets de l’érosion sur les verres.
doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-011
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