Microsondes thermoélectriques

Al’origine un des instruments de mesure de la température les plus répandus, le thermocouple dans une version miniaturisée, appelé « microthermocouple » est apparu dans la seconde moitié du 20^e siècle pour répondre aux besoins de l’industrie d’une part, et de la recherche d’autre part.

La miniaturisation des thermocouples présente en effet trois intérêts :

• la diminution du temps de réponse du capteur ;

• la réduction de son intrusivité ;

• ainsi qu’une meilleure résolution spatiale.

On remarquera immédiatement que ces évolutions vont dans le sens d’une amélioration potentiellement significative en termes d’incertitudes de la mesure.

Les microthermocouples commencent à jouer un rôle majeur dans des secteurs de la recherche et émergent progressivement dans l’industrie. Ils peuvent être utilisés pour améliorer les techniques de production ou être intégrés à des produits manufacturés. En recherche, on les trouve aujourd’hui dans la famille des sondes locales pour la microscopie de champ proche. Utilisés pour la mesure de températures (mode passif) ou de caractéristiques thermiques (mode actif), ils sont généralement obtenus par modification des sondes utilisées pour la microscopie à force atomique (AFM). On parlera ainsi de « microscopie thermique à balayage » avec son acronyme anglais SThM pour « Scanning Thermal Microscopy ».

Dans cet article, un état de l’art est présenté depuis leur apparition, en rappelant tout d’abord quels sont les différents types de microthermocouples, avec quels moyens technologiques on les fabrique, quelles sont leurs principales caractéristiques et leurs principes de mise en œuvre. Pour cela, les phénomènes de transfert de chaleur mis en jeu seront détaillés, en distinguant les deux principaux modes de mise en œuvre, avec ou sans contact. La notion de résolution spatiale sera abordée, puis les techniques d’étalonnage statiques et dynamiques. Bien que mentionnés au fil de cet article, les domaines spécifiques d’application des microthermocouples seront rappelés en conclusion, afin de donner des indications sur les évolutions futures que l’on peut attendre.