Mesure de la température par méthodes multi-spectrales de matériaux métalliques à haute température

Kamal Ennass1,⋆^{1,\star}, Benjamin Remy2^{2}, Vincent Schick2^{2}, Johann Meulemans1^{1}
⋆^{\star} : kamal.ennass@saint-gobain.com
1^{1} Saint-Gobain Research Paris
2^{2} Laboratoire d’Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée (LEMTA)
Mots clés : Métrologie thermique ; Thermographie infrarouge ; Haute température ; Méthodes inverses.
Résumé :

La mesure de la température, en particulier les hautes températures, est primordial dans de nombreux secteurs industriels. Le contrôle précis de la température lors des procédés de fabrication des matériaux est un point crucial pour l’obtention des propriétés désirées. Les mesures sont soumises à des perturbations dues aux nombreux biais et bruits de mesure.

Dans le cas de cette étude, l’outil métrologique utilisé est la thermographie infrarouge multi-spectrale qui présente l’avantage d’être une méthode sans contact, donc non perturbatrice du transfert thermique.

Un défi majeur est la méconnaissance des propriétés optiques de ces matériaux et leur évolution en fonction de la température, la longueur d’onde et du temps, ce qui peut détériorer la précision de l’estimation.

Pour contourner ce biais, une méthode multi-spectrale a été développée pour estimer simultanément l’émissivité spectrale et la température de surface en introduisant un modèle d’émissivité en éléments finis dans l’expression du flux radiatif émis par la surface.

La fonction coût à minimiser est l’écart quadratique entre le flux expérimental mesuré par la caméra infrarouge (ou simulé dans le cas des simulations numériques) et l’expression analytique du flux émis par un corps opaque donnée par la loi de Planck.

En utilisant cette méthode, les fonctions par morceaux du modèle d’émissivité sont capables de décrire différents types d’émissivité spectrale et permettent d’assurer la continuité du modèle et de sa dérivée presque partout.

Les travaux théoriques et expérimentaux menés sur des métaux entre 700 et 1000∘^{\circ}C ont montré que la méthode multi-spectrale proposée est capable d’estimer simultanément une température dynamique et une émissivité spectrale avec des erreurs d’estimation négligeables.

La prochaine étape sera d’évaluer l’applicabilité de cette méthode sur les matériaux semi-transparents. L’objectif principale est d’estimer la température à différentes épaisseurs dans le matériau afin de remonter aux flux conductifs, convectifs et radiatifs à la surface de l’échantillon.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-118

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