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1 - CONTEXTE

2 - RADIOMÉTRIE INFRAROUGE EN FACE AVANT

3 - MÉTHODE PHOTOACOUSTIQUE

4 - MÉTHODE PHOTOPYROÉLECTRIQUE

5 - MESURE DE L’EFFUSIVITÉ D’UN REVÊTEMENT

6 - PROFIL D’EFFUSIVITÉ DANS LES MATÉRIAUX À GRADIENT DE PROPRIÉTÉS

Article de référence | Réf : R2959 v2

Mesure de l’effusivité d’un revêtement
Mesure de l’effusivité thermique - Méthodes photothermiques

Auteur(s) : Jean-Claude KRAPEZ

Date de publication : 10 mars 2007

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RÉSUMÉ

L'effusivité thermique est directement proportionnelle à la densité de flux à apporter à la surface d'un matériau pour que sa température s'élève d'une valeur donnée. Cet apport d'énergie peut s'effectuer de manière radiative, dans le visible et le proche infrarouge, ce qui possible avec des techniques photothermqiues comme la technique photoacoustique, photopyroélectrique, par microscopie à photoréflexion... Les matériaux concernés sont alors les matériaux homogènes, avec revêtement, à gradient d'effusivité et les liquides.

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ABSTRACT

Thermal effusivity is directly proportional to the flux density which must be brought to the surface of a material in order to increase its temperature by a given value. This energy input can be carried out in a radiative way, in the visible and close infrared ranges, which is possible with photothermal techniques such as the photoacoustic, photopyroelectric, reflection microscopy techniques...The relevant materials are homogeneous materials, with coating and an effusivity gradient, and liquids.

Auteur(s)

  • Jean-Claude KRAPEZ : Ingénieur de recherche à l’Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales - Ingénieur et Docteur de l’École Centrale de Paris

INTRODUCTION

L’effusivité thermique est définie par λ est la conductivité thermique, ρ la masse volumique et c la capacité thermique massique [cf. Mesure de l’effusivité thermique- Introduction].

L’effusivité intervient dans les processus de conduction thermique variables dans le temps. Elle est directement proportionnelle à la densité de flux thermique qu’il faut apporter à la surface d’un matériau pour voir sa température s’élever d’une quantité donnée.

Dans le dossier Mesure de l’effusivité thermique- Méthodes par contact ont été décrites de nombreuses situations où intervient l’effusivité. Pour une mesure directe de cette propriété, il est nécessaire d’apporter de la chaleur sur une zone limitée du matériau et de suivre l’évolution de la température sur cette zone, ou à proximité. Il a été dressé en Mesure de l’effusivité thermique- Méthodes par contact un panorama des méthodes de mesure par contact. L’énergie est alors apportée par un corps à température différente de celle du matériau à caractériser, ou par une source de chaleur appliquée à la surface du matériau.

Le présent dossier Mesure de l’effusivité thermique- Méthodes photothermiques traite des méthodes photothermiques de mesure de l’effusivité, méthodes qui sont basées sur un apport d’énergie radiative, principalement dans le visible et le proche infrarouge (ex : laser). Il s’agit, pour l’essentiel, des techniques photoacoustique, photopyroélectrique, de la microscopie à photoréflexion et de la radiométrie infrarouge, avec, en particulier, la méthode flash en face avant. Sont concernés les matériaux homogènes, les matériaux avec revêtement, les matériaux à gradient d’effusivité et les liquides.

Le bilan de cette présentation de méthodes photothermiques se trouve en Mesure de l’effusivité thermique- Introduction dans le paragraphe « Performances des méthodes ».

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VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-r2959


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5. Mesure de l’effusivité d’un revêtement

5.1 Importance du saut d’effusivité entre le substrat et le revêtement

Lorsqu’un matériau porte un revêtement de propriétés thermiques différentes de celle du substrat, les spécificités du transfert par conduction dans les deux couches rendent la température de surface apte à fournir des indications sur ces différences de propriétés, et plus spécifiquement sur le rapport des effusivités. En effet imaginons que le revêtement reçoive une sollicitation thermique sur sa surface externe. La chaleur emmagasinée sur cette surface va diffuser en profondeur. À l’interface, la continuité de la température et du flux va entraîner une rupture de pente du profil interne de température. La perturbation de l’écoulement de la chaleur se répercutera en surface après un laps de temps qui est de l’ordre de grandeur du temps de diffusion jusqu’à l’interface a1 est la diffusivité du revêtement. Cette perturbation est d’autant plus importante que les effusivités du revêtement et du substrat sont différentes l’une de l’autre (désadaptation des impédances thermiques). On conçoit donc aisément que cette perturbation puisse servir à mesurer l’effusivité du revêtement, connaissant celle du substrat (ou l’inverse, comme dans le cas de la caractérisation des liquides à travers une paroi). L’exploitation des répercussions sur la température de surface de ce contraste en effusivité est à l’origine de nombreux travaux sur la caractérisation thermique des revêtements et des éventuels défauts d’interface depuis la fin des années 1970, en grande partie dans la mouvance photothermique.

Comme pour la plupart des applications en photothermique, les régimes temporels modulé et impulsionnel ont tous deux été considérés. Dans le premier cas, ce sont des variations de type interférométrique pour l’amplitude et/ou la phase de la température de surface qui renseignent sur le contraste en effusivité (les photothermiciens étudient ce qu’ils appellent, par abus de langage, les réflexions multiples de l’onde thermique entre l’interface et la surface). Dans le second cas, on relève, sur la surface externe, les changements dans la vitesse de refroidissement (après...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KRAPEZ (J.-C.) -   Mesure de l’effusivité thermique. Méthodes par contact  -  . Techniques de l’Ingénieur Mesure de l’effusivité thermique- Méthodes par contact, 09-2006.

  • (2) - ALMOND (D.), PATEL (P.) -   Photothermal Science and Techniques  -  . Chapman & Hall, 1996.

  • (3) - SELL (J.) -   Photothermal investigations of solids and fluids  -  . Academic Press, Inc., Orlando, Fla., 1989.

  • (4) - MANDELIS (A.), HESS (P.) -   Progress in photothermal and photoacoustic science and technology. Principles and Perspectives of Photothermal and Photoacoustic Phenomena  -  . Elsevier, 1992.

  • (5) - LYONS (P.R.A.), GAI (S.L.) -   A method for the accurate determination of the thermal product (kρC)1/2 for thin film heat transfer or surface thermocouple gauges  -  . J. Phys. E: Sci. Instrum., 21, p. 445-448, 1988.

  • (6) - FORT (C.), ROUX (J.M.),...

NORMES

  • Isolation thermique. Grandeurs physiques et définitions. - NF EN ISO 7345 - 07-96

  • Isolation thermique. Conditions de transfert thermique et propriétés des matériaux. Vocabulaire. - NF EN ISO 9251 - 07-96

1 Organismes et laboratoires

Laboratoires : http://www.lept-ensam.u-bordeaux.fr/ ; http://www.ensem.inpl-nancy.fr/LEMTA/ ; IUSTI, GREMI CNRS, LP2A, ISITEM, UTAP/LEO, ESPCI

Organismes : http://www.onera.fr, BNM-LNE, Giat Industries DSAM/DT/BIA/BIU, DGA, CTA/LOT/GHF

Projet européen : http://www.evitherm.org/

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2 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs

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2.1 Détecteurs infrarouges

Hamamatsu Photonics http://www.hamamatsu.com

Infrared Associates http://www.irassociates.com

Judson Technologies http://www.judsontechnologies.com

Sofradir http://www.sofradir.com

Kolmar Technologies http://www.kolmartech.com

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