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RÉSUMÉ
Il existe des méthodes alternatives aux méthodes classiques pour l'estimation de propriétés thermophysiques. Ces méthodes s'appuient sur des outils issus du domaine de l'intelligence artificielle. Il s'agit des réseaux de neurones artificiels et des systèmes neuro-flous. Ils permettent ici d'estimer la diffusivité thermique d'un matériau homogène. En effet, la présence d'un défaut de structure modifie localement cette propriété, c'est pourquoi la connaître peut constituer une aide au CND. Les démarches décrites peuvent aisément s'appliquer à d'autres problèmes d'estimation de propriétés ou de paramètres.
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Olivier FAUGEROUX : Docteur de l’université de Perpignan Via Domitia - Maître de conférences, université de Perpignan Via Domitia, laboratoire PROMES-CNRS UPR 8521
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Stéphane GRIEU : Docteur de l’université de Perpignan Via Domitia - Professeur des universités, université de Perpignan Via Domitia, laboratoire PROMES-CNRS UPR 8521
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Adama TRAORE : Docteur de l’université de Montpellier II - Maître de conférences, université de Perpignan Via Domitia, laboratoire PROMES-CNRS UPR 8521
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Jean-Luc BODNAR : Docteur de l’université de Reims Champagne-Ardenne - Maître de conférences, université de Reims Champagne-Ardenne, laboratoire GRESPI
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Bernard CLAUDET : Docteur de l’université de Perpignan Via Domitia - Professeur des universités, université de Perpignan Via Domitia, laboratoire PROMES-CNRS UPR 8521
INTRODUCTION
La mise en application d’une méthode de contrôle non destructif nécessite l’interprétation et/ou l’exploitation des différents résultats qu'elle fournit. Il est donc indispensable de bien maîtriser l’outil permettant cette exploitation/interprétation, cette dernière pouvant simplement être menée grâce au savoir-faire du manipulateur/expérimentateur. Différents outils mathématiques peuvent toutefois être utilisés, a priori beaucoup moins soumis à la subjectivité de ce dernier.
Une démarche classique consiste à utiliser les méthodes inverses. Il s’agit alors de comparer un modèle de comportement aux mesures effectuées. Il est ainsi possible de remonter aux propriétés ou paramètres considérés en s’assurant simplement que l’écart entre les mesures et le modèle est négligeable. Cette approche nécessite une connaissance parfaite du système étudié et la possibilité d'exploiter cette connaissance pour le modéliser finement, sous peine de ne pas identifier correctement les différentes propriétés recherchées. Des modèles paramétriques peuvent être envisagés. Cependant, leur capacité de généralisation est souvent très limitée.
Une solution est alors d’avoir recours à des outils permettant de développer des modèles à partir d'exemples (ou cas d'espèce) et qui sont ensuite capables de généraliser en exploitant l'information apprise. Ces outils, les réseaux de neurones artificiels et les systèmes neuro-flous (pour ceux que nous avons testés), appartiennent au domaine de l’intelligence artificielle (IA). Ces systèmes permettent par ailleurs une prise en compte fine de la connaissance experte. Enfin, les possibilités offertes par les algorithmes génétiques sont en cours d’étude.
L’objectif de ce document est, après avoir présenté les outils issus de l’IA utilisés et à travers un exemple expérimental simple, de montrer leurs possibilités. Les points clés permettant la mise en place des démarches proposées sont détaillés de façon à ce qu’un expérimentateur puisse l’adapter à un problème d’estimation spécifique. Il est néanmoins fortement conseillé d’avoir des bases en modélisation des systèmes pour obtenir des résultats satisfaisants.
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bâtiment matériaux Contrôle non destructif Caractérisation de matériaux Estimation de propriétés
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2. Estimation de propriétés thermophysiques de matériaux
2.1 Propriétés thermophysiques
Caractériser un matériau peut signifier déterminer une ou plusieurs de ses propriétés. Lors d'une caractérisation thermophysique, les propriétés généralement étudiées sont la diffusivité et/ou l'effusivité thermique. Elles dépendent de la conductivité thermique et de la capacité calorifique volumique du matériau considéré. La difficulté d’une telle caractérisation réside dans le fait que ces grandeurs physiques ne sont pas directement mesurables.
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En tout point d’un milieu homogène et isotrope, il existe une relation linéaire, appelée « loi de Fourier », entre la densité de flux thermique φ et le gradient de température grad T. Elle s’écrit :
La conductivité thermique k, exprimée en W.m−1.K−1, est une grandeur scalaire positive, caractéristique du milieu, ne dépendant en général que de la température dans le cas d’un milieu homogène et isotrope. Cette propriété commande les phénomènes thermiques stationnaires.
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Soit un milieu homogène et isotrope, de masse volumique ρ, exprimée en kg.m−3, et de capacité calorifique Cp , en J.kg−1.K−1. Lorsque ce milieu est le siège de phénomènes thermiques transitoires, l’évolution spatio-temporelle de sa température est régie par l’équation de la chaleur :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - PARKER (W.), JENKINS (C.), ABOTT (G.) - Flash method of determining thermal diffusivity, heat capacity and thermal conductivity - Journal of Applied Physics, vol. 32(9), pp. 1679-1684 (1961).
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(2) - GOBBE (C.), BAZIN (M.), GOUNOT (J.), DEHAY (G.) - An apparatus for measuring polymer thermal conductivity - Journal of Polymer Sciences, vol. 278, pp. 119-124 (1988).
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(3) - DEGIOVANNI (A.), BATSALE (J.-C.), MAILLET (D.) - Mesure de la diffusivité longitudinale de matériaux anisotropes. Panorama des techniques développées au LEMTA - Revue générale de thermique, vol. 35, pp. 141-147 (1996).
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(4) - KRAPEZ (J.C.), SPAGNOLO (L.), FRIESS (M.), AIER (H.P.), NEUER (G.) - Measurement of in-plane diffusivity in non-homogeneous slabs by applying flash thermography - International journal of thermal sciences, Vol. 43, n° 10, pp. 967-977 (2004).
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(5) - BAILLIS-DORMANN (A.) - * - . – Détermination des propriétés radiatives et conductives de milieux semi-transparents, mémoire d’Habilitation à...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
BODNAR (J.L.), CANDORE (J.C.), CARON (D.), NICOLAS (J.L.). . – Système de contrôle non destructif étendu (SAMMTHIR), brevet français déposé à l’INPI le 26 mars 2008, numéro 08/01646.
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