La connaissance des champs de flux thermique sur les composants d’un tokamak estun élément important de la conception de ce type de machines. L’objectif de cette thèse est dedévelopper et mettre en œuvre une méthode de calcul de ces flux à partir des mesures detempérature par thermographie infrarouge. Ce travail repose sur trois objectifs qui concernentles tokamaks actuels et futurs (ITER) : mesurer un champ de température d'une paroiréfléchissante par pyrométrie photothermique (pré-étude), caractériser les propriétésthermiques des dépôts sur les surfaces des composants et développer un calcultridimensionnel et non-linéaire du flux.Une comparaison de différentes techniques de pyrométries monochromatique,bichromatique et photothermique est effectuée sur une expérience de laboratoire de mesure detempérature. Une sensibilité importante de la technique de pyrométrie photothermique auxgradients de température sur la zone observée a été mise en évidence.Les dépôts en surface des composants exposés au plasma, sans inertie thermique, sontmodélisés par des champs de résistance thermique équivalente transverse. Ce champ derésistance est déterminé, en tout point de mesure, par confrontation du champ de températurede paroi issu de la thermographie avec le résultat d’une simulation par un modèlemonodimensionnel linéaire du composant. Une information sur la répartition spatiale du dépôtà la surface d’un composant est alors obtenue.Un calcul tridimensionnel et non-linéaire du champ de flux pariétal sur un composantest développé, par une méthode d’éléments finis, à partir de maillages de composants issus deCAO. La sensibilité du flux calculé à la précision des mesures de températures est discutée.Cette méthode est appliquée à des campagnes de mesures de températurebidimensionnelles par thermographie infrarouge sur des composants du tokamak JET. Leschamps de flux sur les tuiles du divertor, la protection supérieure et les protections poloïdalesinternes et externes sont déterminés et étudiés dans les deux directions, poloïdale ettoroïdale, du tokamak. La symétrie toroïdale du flux, d’une tuile à l’autre, est établie.L’influence de la résolution spatiale des mesures sur les flux calculés est discutée, à partir decomparaisons de résultats obtenus à partir de deux systèmes de thermographie de résolutionsdifférentes. / Knowing the fields of heat fluxes on the components of a tokamak is a key element todesign these devices. The goal of this thesis is the development of a method of computation ofthose heat loads from measurements of temperature by infrared thermography. The researchwas conducted on three issues arising in current tokamaks but also future ones like ITER: themeasurement of temperature on reflecting walls, the determination of thermal properties fordeposits observed on the surface of tokamak’s components and the development of a threedimensional,non-linear computation of heat loads.A comparison of several means of pyrometry, monochromatic, bichromatic andphotothermal, is performed on an experiment of temperature measurement. We show that thismeasurement is sensitive to temperature gradients on the observed area.Layers resulting from carbon deposition by the plasma on the surface of componentsare modeled through a field of equivalent thermal resistance, without thermal inertia. Thefield of this resistance is determined, for each measurement points, from a comparison ofsurface temperature from infrared thermographs with the result of a simulation, which isbased on a mono-dimensional linear model of components. The spatial distribution of thedeposit on the component surface is obtained.Finally, a three-dimensional and non-linear computation of fields of heat fluxes, basedon a finite element method, is developed here. Exact geometries of the component, releasedfrom CAD’s design, are used. The sensitivity of the computed heat fluxes is discussedregarding the accuracy of the temperature measurements.This computation is applied to two-dimensional temperature measurements of the JETtokamak. Several components of this tokamak are modeled, such as tiles of the divertor, upperlimiter and inner and outer poloïdal limiters. The distribution of heat fluxes on the surface ofthese components is computed and studied along the two main tokamak’s directions, poloidaland toroidal. Toroidal symmetry of the heat loads from one tile to another is shown. Theinfluence of measurements spatial resolution on the calculated heat fluxes is discussed bycomparing results obtained from measurements of two systems of thermography.

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la fatigue des matériaux composites. Elle consiste à estimer les performances en fatigue d’un matériau composite thermoplastique tissé, en fibres de carbone et matrice PA66, par des essais d’auto-échauffement. Suite à une caractérisation de l’endommagement du matériau sous chargement monotone par un suivi acoustique, thermique et optique, une campagne d’essais de fatigue est réalisée sur deux configurations du matériau, à 0° et à 45°. Plusieurs méthodes de modélisation de la courbe S-N sont proposées, afin de déterminer la limite de fatigue du matériau. Il est montré que l’estimation de cette limite et de son intervalle de confiance est rendue difficile par la forte dispersion des données expérimentales. Des essais d’auto-échauffement sont alors réalisés, consistant à appliquer un chargement de fatigue sur un nombre de cycles limité, en incrémentant la contrainte maximale appliquée palier après palier. Des outils de traitement du signal sont développés afin de déterminer une contrainte seuil et son intervalle de confiance à partir de laquelle l’échauffement s’accélère. Cependant, cette contrainte seuil reste conservative par rapport à la limite de fatigue.Une autre approche est alors développée, consistant à suivre les amplitudes du signal thermique. De nouveaux outils de traitement du signal sont développés, dans le but de réaliser des cartographies de l’éprouvette à partir des amplitudes des harmoniques. Il est alors montré qu’il est possible d’obtenir les mêmes courbes que les courbes d’auto-échauffement en réalisant un suivi des amplitudes des harmoniques, et ce pour une centaine de cycles seulement. Un nouveau protocole d’essai d’auto-échauffement est alors mis en place, fondé sur une centaine de paliers de quelques centaines de cycles seulement, permettant d’aboutir à un suivi des harmoniques avec des courbes finales quasi-continues en un minimum de temps. / This thesis is part of the study on the fatigue of composite materials. It consists in estimating the fatigue performance of a thermoplastic composite woven material, made of carbon fibres and PA66 matrix, by self-heating tests. Following a characterization of the damage to the material under monotonous loading by acoustic, thermal and optical monitoring, a fatigue test campaign is carried out on two material configurations, at 0° and 45°. Several methods for modelling the S-N curve are proposed to determine the fatigue limit of the material. It is shown that the estimation of this limit and its confidence interval is complicated by the large dispersion of experimental data. Self-heating tests are then carried out, consisting of applying a fatigue load over a limited number of cycles, increasing the maximum stress applied step by step. Signal processing tools are developed to determine a threshold stress and its confidence interval at which the heating accelerates. However, this threshold stress remains conservative in comparison to the fatigue limit. Another approach is then developed, consisting in monitoring the amplitudes of the thermal signal. New signal processing tools are being developed to map the specimen from the harmonic amplitudes. It is then shown that it is possible to obtain the same curves as the selfheating curves by monitoring the amplitudes of the harmonics, and this for only a hundred cycles. A new self-heating test protocol is then implemented, based on a hundred steps of only a few hundred cycles, allowing harmonics to be monitored with almost continuous final curves in a minimum of time.

Anorganische Salzhydrate sind aufgrund ihrer hohen spezifischen Schmelzwärmen als Phase-Change-Materials(PCM) für Latentwärmespeicher favorisiert. Die Unterkühlung der Salzhydratschmelzen stellt oftmals ein besonderes Problem bei technischen Anwendungen dar. Erstmalig wurden kombinatorische Methoden zur strukturell unspezifischen Suche nach Keimbildnern genutzt. Das hier entwickelte Verfahren erlaubt es, thermische Kristallisationseffekte zwischen 10°C und 170°C zu untersuchen. Bis zu 2025 Materialkombinationen können sowohl parallel synthetisiert als auch analysiert werden. Die Synthese der Keimbildner erfolgte durch Verhältnisvariation gelöster Salze mittels automatisierter Dosierung auf Trägerplatten und anschließendem Tempern. Die aktiven Kombinationen wurden durch zeitaufgelöste Thermographie identifiziert. Die Schlüssigkeit des gesamten Verfahrens konnte durch das erfolgreiche Screening zweier PCM mit unterschiedlichen Schalttemperaturen (NaCH3COO*3H2O; Fp=58°C und LiNO3*3H2O; Fp=29°C) nachgewiesen werden.

L'évaluation et le contrôle non destructifs (E.C.N.D.) des matériaux et des structures sont une problématique industrielle très importante dans les domaines du transport, de l'aéronautique et du spatial, et dans le milieu médical. La thermographie infrarouge active est une technique d'E.C.N.D qui consiste à apporter une excitation extérieure afin d'entraîner une élévation de température dans le matériau, puis à évaluer le champ de température résultant à la surface. Cependant, les excitateurs thermiques utilisés (lampes flash, halogènes, lasers) agissent uniquement sur la surface du matériau. Plusieurs systèmes de conversion d'énergie peuvent en revanche mener à l'apparition de sources volumiques : on peut citer en particulier les phénomènes de thermo-acoustique, de thermo-induction, de thermomécanique ou de thermochimie. Par exemple, une excitation par ondes ultrasonores peut entraîner des sources thermiques volumiques si le matériau est viscoélastique ou s'il y a présence de défaut. La reconstruction de ces sources est donc la première étape permettant de remonter aux paramètres responsables de l'échauffement. Caractériser une source thermique consiste à reconstruire sa géométrie et la puissance qu'elle génère. Cependant, l'identification de sources thermiques volumiques par la mesure des champs de température de surface est un problème mathématiquement mal posé. Le caractère diffusif de la température en est le principal responsable. Dans ce travail, la reconstruction 3D des sources volumiques à partir du champ de température résultant à la surface, mesuré par InfraRouge, est étudié. Tout d'abord, une analyse du problème physique permet de spécifier les limites de la reconstruction. En particulier, un critère sur la résolution spatiale atteignable est défini et une limitation de reconstruction pour les sources en profondeur est mise en lumière. Ensuite, une méthode de reconstruction par approche probabiliste est proposée et comparée aux méthodes d'inversions existantes. Le temps d'exécution et la sensibilité au bruit de mesure sont étudiés pour chacune de ces méthodes. Des applications numériques et expérimentales seront enfin présentées pour illustrer les résultats. / Non Destructive Testing (N.D.T.) of materials and structures is a very important industrial issue in the fields of transport, aeronautics and space and in the medical domain. Active infrared thermography is a N.D.T. method that consists in providing an external excitation to cause an elevation of temperature field in the material and then to evaluate the resulting temperature field at the surface. However, thermal exciters used (flash lamps, halogen, lasers) act only on the surface of the sample. Several energy conversion systems can on the other hand lead to the generation of volumetric sources: the phenomena of thermo-acoustic, thermo-induction, thermomechanic or thermochemistry can be cited. For example, ultrasonic waves can generate volumetric heat sources if the material is viscoelastic or if there is a defect. The reconstruction of these sources is the first step for the quantification of parameters responsible of the heating. Characterizing a heat source means reconstructing its geometry and the power it generates. For example, a defect in a structure and / or the viscoelasticity of a material can be detected and quantified by this technique if it acts directly on temperature field. However, identification of volumetric heat sources from surface temperature fields is a mathematical ill-posed problem. The diffusive nature of the temperature is the main cause. In this work, the 3D reconstruction of the volumetric heat sources from the resulting surface temperature field, measured by InfraRed, is studied. First, an analysis of the physical problem enables to specify the limits of the reconstruction. In particular, a criterion on achievable spatial resolution is defined and a reconstruction limitation for in-depth sources is highlighted. Then, a probabilistic approach for the reconstruction is proposed and compared to existing inverse methods. The computation time and noise sensitivity are studied for each of these methods. Numerical and experimental applications will thus be presented to illustrate the results.

Exposé au froid, l'oiseau peut perdre d'importantes quantités de chaleur par les pieds, particulièrement lors des vasodilatations au froid (VDAF) nécessaires pour éviter la congestion vasculaire et le gel tissulaire. La difficulté de mesurer les pertes de chaleur par les pieds aviens avec les techniques disponibles nous a incités à développer une méthode par calorimétrie infrarouge calibrée à partir d'un pied palmé artificiel (PPA) chauffé électriquement. La morphologie du PPA était basée sur celle des pieds de la Grande Oie des neiges (Chen caerulescens atlantica).... L'étude a également permis de mettre en évidence l'effet isolant procuré par les couches limites du PPA et du substrat. Nous en concluons que, malgré une calibration exigeante, la calorimétrie thermographique s' avère une méthode prometteuse pour quantifier, avec un minimum de contraintes expérimentales, les pertes de chaleur en conditions naturelles chez les oiseaux.

Cette thèse présente un cadre de visualisation immersif développé pour améliorer le bien-être des occupants dans les environnements bâtis de l'Arctique. La thèse préconise la biophilie dans les espaces arctiques par la visualisation des ambiances intérieures et le ratio d'accès à la vue extérieure dans le champ de vision de 360°. En outre, elle contribue au bien-être photobiologique en incorporant des techniques basées sur l'image pour analyser les conditions d'éclairage intégratives, tout en tenant compte de la distribution de la température sur les surfaces intérieures. Grâce au développement d'un processus de capture holistique et à la présentation d'informations multivariantes dans des vues immersives à 360°, la thèse aborde l'accessibilité à l'éloignement des régions arctiques pour les explorations multidisciplinaires des ambiances intérieures. Elle sert les communautés arctiques en facilitant l'interprétation des effets environnementaux pour les architectes et les décideurs du monde entier grâce à une visualisation complète. Dans l'architecture Arctique, une approche biophilique de la conception des fenêtres se heurte à des difficultés liées à des considérations climatiques telles que des hivers extrêmement froids et prolongés et des photopériodes arctiques variées. Ces conditions climatiques contribuent à générer des effets complexes liés à la lumière et à la chaleur dans les espaces intérieurs. Ces attributs intérieurs non visibles comprennent les effets d'éclairage intégrés sur les occupants et les variations de température sur les surfaces intérieures. La représentation de ces effets non visibles permet d'éclairer la prise de décision pour développer une conception biophilique dans les environnements arctiques. Cependant, l'applicabilité de la représentation des conditions d'éclairage et de température basée sur la simulation est limitée dans de tels environnements, étant donné la variabilité des paramètres influençant la perception des ambiances par rapport aux références humaines et architecturales. En outre, la réalisation d'évaluations environnementales in-situ dans les espaces intérieurs de l'Arctique présente plusieurs défis. Il s'agit notamment de l'accessibilité et de la complexité des techniques de mesure standard et, plus important encore, de l'interprétabilité des résultats concernant les causes et les effets architecturaux et environnementaux. Cette thèse aborde ces limitations en élargissant une méthodologie compréhensive, établissant des représentations environnementales à travers des évaluations in-situ dans des directions de vision à 360°. L'adaptabilité de la méthodologie aux technologies de visualisation immersive, telles que la réalité virtuelle, et sa compatibilité avec les techniques d'évaluation de la relation humain-environnement la rendent très pertinente pour le domaine plus large de l'architecture et des sciences de l'environnement. Des applications visées en architecture au-delà de l'amélioration de l'éclairage, englobant des considérations liées au confort et à l'efficacité énergétique, en particulier dans les conditions climatiques extrêmes de l'Arctique. La thèse présente un système de capture économique conçu pour les environnements immersifs à 360°, qui fournit des informations sur l'éclairage intégré, la température de surface et le ratio de l'accès à une vue sur extérieur. Explorant les possibilités d'application des paramètres photobiologiques dans les normes de bâtiment et leur représentation par des mesures basées sur l'image, la méthodologie aborde l'accessibilité et l'aspect pratique de la représentation de conditions environnementales non visibles dans des espaces intérieurs de l'Arctique situés dans des régions éloignées. La recherche développe une visualisation immersive holistique de la lumière et de la chaleur basée sur l'image pour une architecture Arctique biophilique, soulignant la nature informative de la méthode proposée à des fins de recherche et de pédagogie. La thèse présente une nouvelle approche de la visualisation des environnements architecturaux en ce quiconcerne la direction de la vue, l'amélioration de la détection de l'éclairage favourable à la santé et l'information sur les conditions thermiques à l'intérieur des espaces en fonction de la temporalité. Dans les phases finales de la thèse, l'attention se porte sur l'évolution de la technique de capture immersive aspect du design en co-création avec les communautés éloignées. En outre, la thèse encourage la recherche future en menant des expériences qui explorent la pertinence de la méthode pour les évaluations dans un grand nombre d'espaces intérieurs. Elle ouvre la voie à des avancées dans l'évaluation environnementale post-occupation, en élargissant sa pertinence pour les rénovations biophiliques dans les contextes climatiques de l'Arctique. / This thesis introduces an immersive visualization framework designed to enhance the well-being of occupants in Arctic built environments. The thesis advocates for Biophilia in Arctic spaces through visualization of indoor ambiences, and the outdoor view access ratio within the 360° field of view. Additionally, it contributes to photobiological well-being by incorporating image-based techniques for analysing integrative lighting conditions, while considering temperature distributions on interior surfaces. Through the development of a holistic capturing process and the presentation of multivariant information in immersive 360° views, the thesis addresses accessibility to the remoteness of Arctic regions for multidisciplinary explorations of indoor ambiences. It serves Arctic communities by facilitating the interpretation of environmental effects for architects and decision-makers worldwide through comprehensive visualization. In Arctic architecture, a biophilic design approach in window design encounters challenges due to climate considerations such as prolonged extreme cold winters and diverse Arctic photoperiods. Such climate conditions contribute to complex effects related to light and heat experienced within indoor environments. These non-visible indoor attributes include integrative lighting effects on occupants, and temperature variation on interior surfaces. Representing these non-visible effects informs decision-making for developing a biophilic design in Arctic environments. However, the applicability of simulation-based representation of lighting and thermal conditions is limited in such environments, given the variability of parameters influencing the perception of ambiences in relation to human and architectural references. Additionally, conducting in-situ environmental assessments in Arctic interiors presents several challenges. These include the accessibility and complexity of standard measurement techniques, and, more importantly, the interpretability of results concerning the architectural and environmental causes and effects. This thesis addresses these limitations by developing a comprehensive methodology, establishing environmental representations through in-situ assessments in 360° viewing directions. The methodology's adaptability to immersive visualization technologies, such as virtual reality, and its compatibility with human-environment assessment techniques make it highly relevant to the broader field of architecture and environmental sciences. This extends beyond lighting enhancement, encompassing considerations related to comfort and energy efficiency, especially in critical environmental conditions of the Arctic. The thesis introduces a low-cost capturing system designed for 360° immersive environments, providing all-view-direction information regarding integrative lighting, surface temperature, and the ratio of view access to outdoors in 360 degrees. Exploring opportunities in the application of Photobiological thresholds in building standards and their representation through image-based measurements, the methodology addresses accessibility and practicality in representing non-visible ambiences in remote Arctic indoors. Underscoring the informative nature of the proposed method for research and pedagogic purposes, it offers a holistic image-based immersive visualization of light and heat for biophilic Arctic architecture. The thesis results in introducing a new approach in visualizing architectural environments regarding view direction, improving the detection of health-supportive lighting and informing thermal conditions within the spaces in daily timespan. In the concluding phases of this study, attention turns to the evolution of the immersive capturing technique as a key aspect. Additionally, the thesis propels future research by conducting experiments that probe into the method's suitability for evaluations across a large number of indoor spaces. It establishes pathways for advancements in post occupancy environmental assessment, expanding its relevance to biophilic retrofits in Arctic climate contexts.

Cette recherche explore l'utilisation de la thermographie infrarouge passive (IRT) pour la détection du délaminage dans les infrastructures civiles et l'intégration des données obtenues à partir de l'inspection visuelle et de l'IRT avec des technologies informatiques avancées pour faciliter la détection, l'interprétation et l'évaluation des dommages et augmenter la visualisation, l'accessibilité, l'interopérabilité et la réutilisabilité des résultats de l'inspection. La motivation de cette recherche découle des incertitudes actuelles entourant l'inspection des grandes infrastructures à l'aide de l'IRT passive. Les chercheurs, les entreprises d'inspection et les décideurs exécutifs sur le marché de la durabilité et de la gestion du cycle de vie des infrastructures sont confrontés à des incertitudes théoriques et pratiques dans l'élaboration d'une stratégie globale pour inspecter plusieurs composants des grandes infrastructures en béton, ainsi que dans la gestion des données qui en résultent. Il existe un désir de mieux comprendre l'utilisation de techniques avancées de contrôle non destructif (CND) et d'outils informatiques et d'explorer les avantages de la collaboration entre les industries pour la gestion du cycle de vie des structures civiles. Dans ce contexte, le problème de recherche implique la nécessité d'approches innovantes et normalisées pour améliorer la planification, la collecte, l'analyse, la numérisation et l'interopérabilité des données d'inspection par IRT passive pour les infrastructures civiles. L'objectif principal de la recherche était d'explorer l'utilisation de l'IRT passive comme méthode de détection des délaminages dans divers composants en béton des infrastructures civiles, en tenant compte des différents scénarios d'exposition solaire. De plus, l'étude visait à intégrer les données provenant des inspections par IRT passive avec des technologies informatiques avancées telles que la modélisation par éléments finis (MEF), l'IA et la modélisation des informations du bâtiment (BIM), pour améliorer la planification, le diagnostic, la visualisation, l'interprétation et l'interopérabilité des données d'inspection. Les objectifs spécifiques comprenaient l'évaluation de la faisabilité, de la sensibilité et des exigences minimales pour utiliser l'IRT passive pour détecter les délaminages, l'élaboration d'une procédure de planification d'enquête, l'amélioration des techniques de contraste thermique, l'utilisation de l'IA pour détecter semi-automatiquement les délaminages, et l'intégration des résultats de l'IRT avec BIM. La méthodologie impliquait des domaines de recherche interdisciplinaires et complexes, comprenant l'inspection du béton, la thermographie infrarouge, la simulation numérique, le traitement d'images, la photogrammétrie, l'intelligence artificielle, et la modélisation des informations du bâtiment. En outre, l'étude englobait la révision des normes existantes et des rapports de recherche, la construction d'échantillons de béton représentatifs pour preuve de concept et la validation de l'étude numérique, et plusieurs études de cas comprenant l'acquisition de données sur le terrain avec plusieurs dispositifs (drones, voitures et caméras portatives munies de capteurs visibles et infrarouges). Les campagnes de collecte de données ont commencé en avril 2021 et se sont terminées en juillet 2023, étant menées sur des sites expérimentaux et publics afin d'informer et de soutenir le projet de recherche. Les résultats du travail comprenaient : (i) une évaluation approfondie de l'efficacité de l'IRT pour inspecter les infrastructures en béton, y compris une preuve de concept détaillée et un protocole recommandé pour la collecte de données, (ii) la création d'un modèle numérique non linéaire vérifié et validé pour simuler des inspections par IRT passive, qui peut être utilisé pour déterminer les exigences minimales pour inspecter les délaminages dans les structures en béton extérieures en utilisant l'IRT passive, (iii) le développement d'approches et d'outils de détection de dommages multimodaux semi-automatisés adaptés au traitement de grands ensembles de données générés à partir d'inspections effectuées dans et au-delà du spectre visible, et (iv) le développement d'un modèle d'information numérique et collaboratif contenant des données d'inspection complètes et bien structurées, présentées dans un format standard et ouvert pouvant être partagé avec d'autres inspecteurs, ingénieurs, gestionnaires, chercheurs et utilisateurs à diverses fins. En améliorant la compréhension de l'utilisation potentielle de tests non destructifs avancés, c'est-à-dire l'IRT passive, aux côtés de technologies informatiques et d'information, ce projet fait progresser les pratiques de maintenance des infrastructures. Non seulement ces conclusions peuvent optimiser la durabilité des infrastructures, mais elles peuvent également faciliter l'évolution des pratiques traditionnelles de CND pour répondre aux exigences de l'Industrie 4.0, notamment la durabilité, la numérisation, l'interopérabilité et la transparence de l'information. / This research work explores the use of passive infrared thermography (IRT) for the detection of delamination in civil infrastructures. It aims to facilitate the detection, interpretation, and evaluation of damages and integrate the data obtained from visual and IRT inspection with advanced computational technologies to increase visualization, accessibility, interoperability, and reusability of the inspection results. The motivation for this research arises from the current uncertainties surrounding the inspection of large infrastructures using passive IRT. Researchers, inspection companies, and stakeholders in the infrastructure durability and life cycle management sector are faced with both theoretical and practical uncertainties in developing a comprehensive strategy for inspecting multiple components of large concrete infrastructures using passive IRT, as well as managing the resulting inspection data. There is a demand to better understand the use of advanced non-destructive testing (NDT) techniques and computational tools and explore the benefits of collaboration between industries for the life-cycle management of civil structures. In this context, the research problem entails the need for innovative and standardized approaches to enhance the planning, collection, analysis, digitalization, and interoperability of passive IRT inspection data for civil infrastructures. The main objective of the research was to explore the utilization of passive IRT as a method of detecting delamination in various concrete components of civil infrastructures, while accounting for different scenarios of solar exposure. Additionally, the study aimed to integrate data from passive IRT inspections with advanced computational technologies such as numerical simulation, artificial intelligence (AI), and Building Information Modeling (BIM), to improve planning, diagnosis, visualization, interpretation, and interoperability for inspection data. Specific objectives included assessing the feasibility, sensibility, and minimum requirements for utilizing passive IRT to detect delamination, devising a survey planning procedure, enhancing thermal contrast techniques, leveraging AI for semi-automated delamination detection, and integrating IRT planning and results with BIM. The methodology involved interdisciplinary and complex research domains, including concrete inspection, infrared thermography, numerical simulation, image processing, photogrammetry, artificial intelligence, and information modeling. Moreover, the study encompassed the review of existing standards and research works, the construction of concrete samples for proof of concept and validation of numerical studies, and the conduction of multiple case studies involving field data acquisition using various devices such as drones, vehicles, and handheld cameras equipped with visible and infrared sensors. The data collection campaigns started in April 2021 and were concluded in July 2023, being conducted at experimental and public sites to inform and support the research project. The findings of the work included: (i) a thorough evaluation of the capabilities of IRT for inspecting concrete infrastructure, including a detailed proof of concept and a recommended protocol for data collection, (ii) the creation of a verified and validated non-linear numerical model for simulating passive IRT inspections, which can be used to determine the minimum requirements for inspecting delamination in outdoor concrete structures using passive IRT, (iii) the development of semi-automated multimodal damage detection approaches and tools suitable for processing large datasets generated from passive IRT inspections of delamination in concrete structure, and (iv) the development of a digital and collaborative information model that contains comprehensive and well-structured inspection data, presented in a standard and open format that can be shared with other inspectors, engineers, managers, researchers, and users for various purposes. By enhancing the understanding of the potential use of advanced non-destructive testing, i.e., passive IRT, alongside computational and information technology, this project advances infrastructure maintenance practices. Not only can its findings optimize infrastructure durability, but they can also facilitate the evolution of traditional NDT practices to meet the demands of Industry 4.0, including sustainability, digitalization, interoperability, and information transparency.

Les délaminations sous-surfaciques représentent une menace significative pour l'intégrité structurelle des composants en béton et nécessitent des méthodes de tests non destructives (NDT) efficaces et fiables pour une détection rapide. Cette étude examine l'intégration de la thermographie infrarouge active (IRT) et du radar à pénétration de sol (GPR) pour la détection et l'évaluation de la délamination dans les dalles de béton. Deux spécimens de laboratoire, construits en béton armé et intentionnellement conçus pour simuler une délamination interne, sont soumis à des tests à l'aide de méthodes IRT et GPR. La méthodologie implique l'utilisation d'une approche de thermographie infrarouge par chauffage par étapes, qui nécessite la capture d'images thermographiques brutes tout au long des phases de chauffage et de refroidissement. Ce processus documente les variations thermiques et aide à identifier les modèles de dommages sous-surfaciques. Simultanément, le radar à pénétration de sol (GPR) est intégré dans le processus d'évaluation pour mesurer l'étendue et la gravité de la délamination à l'intérieur des spécimens. Le GPR fournit des informations détaillées sur l'intérieur des spécimens en utilisant des ondes électromagnétiques haute fréquence. Il mesure le temps que mettent les impulsions radar pour traverser les matériaux et refléter à la surface. Ces données, associées aux résultats thermographiques, offrent une compréhension complète des conditions internes des dalles de béton. La conception expérimentale implique deux spécimens de béton identiques en taille mais avec et sans armature pour explorer l'impact des barres d'armature sur les capacités de détection des méthodes IRT et GPR. L'étude inclut des défauts de différentes tailles et profondeurs, permettant une évaluation complète des performances des méthodes dans différentes conditions. La méthode de thermographie active, caractérisée par un rapport taille-profondeur de 0.83, montre une capacité remarquable à détecter presque tous les défauts. Les données thermographiques, acquises pendant le processus de refroidissement, fournissent des informations primordiales sur les signatures thermiques des delaminations. Le GPR se révèle très efficace pour identifier toutes les anomalies sous-surfaciques, même les plus profondes et les plus petites. L'étude souligne les forces complémentaires de l'IRT et du GPR, où l'IRT offre une couverture plus large et le GPR fournit des informations précises sur la profondeur. Les résultats de cette étude fournissent une base solide pour les développements futurs dans la surveillance de la santé structurelle et la maintenance des structures en béton. / Subsurface delaminations pose a significant threat to the structural integrity of concrete components and they require effective and reliable non-destructive testing (NDT) methods for early detection. This study investigates the integration of Active Infrared Thermography (IRT) and Ground Penetrating Radar (GPR) for the detection and evaluation of delamination in concrete slabs. Two laboratory specimens, built from reinforced concrete and intentionally designed to simulate internal delamination, are subjected to testing using IRT and GPR methods. The methodology involves employing a step-heating Infrared Thermography (IRT) approach, which requires capturing raw thermographic images throughout both the heating and cooling phases. This process documents thermal variations and helps identify subsurface damage patterns. Simultaneously, Ground Penetrating Radar (GPR) is integrated into the assessment process to measure the extent and severity of delamination within the specimens. GPR provides detailed subsurface information using high-frequency electromagnetic waves. It measures the time that radar pulses take to travel through materials and reflect back to the surface. This data along with the thermographic findings, offer a comprehensive understanding of the internal conditions of the concrete slabs. The experimental design involves two concrete specimens that are identical in size but with and without reinforcement to explore the impact of rebars on the detection capabilities of the IRT and GPR methods. The study includes defects of different sizes and depths, enabling a comprehensive evaluation of the methods' performance under different conditions. The active thermography method, characterized by a size-to-depth ratio of 0.83, shows a remarkable ability to detect nearly all defects. The thermographic data, acquired during the cooling process, provides valuable insights into the thermal signatures of the defects. The GPR proves highly efficient in identifying all subsurface anomalies, even the deepest and smallest. The study emphasizes the complementary strengths of IRT and GPR, where IRT provides broader coverage, and GPR offers precise depth information. The findings of this study provide a solid foundation for future developments in structural health monitoring and maintenance of concrete structures.

L’utilisation de Matériaux Composites est de plus en plus courante dans plusieurs applications, notamment dans les structures aéronautiques où des pièces de forme complexe sont fort demandées. Dans ces matériaux, la disposition ou l’orientation des fibres l’une par rapport à l’autre, la concentration de celles-ci, et leur distribution sont des facteurs qui ont une influence notable sur la résistance et d’autres propriétés des composites renforcés de fibres. Ainsi, on a besoin de développer des techniques d’essai pour évaluer la teneur en fibres. Des méthodes destructrices peuvent être utilisées pour évaluer les fibres dans un échantillon composite par exemple, en évaluant une section de coupe du matériau après polissage de la surface par microscopie. Cependant, l’approche destructrice n’est pas toujours une option puisque l’échantillon est endommagé après l’inspection et probablement impropre à l’utilisation. Ainsi, les techniques de Contrôle non-destructif (CND) doivent être utilisées dans certains cas pour évaluer le contenu de la matière fibreuse. Dans cette thèse, la thermographie infrarouge, une technique de CND bien connue, est utilisé afin d’évaluer l’orientation des fibres de matériaux composites, à la surface et sous la surface de pièces plates ainsi que de pièces de forme complexes. Plus précisément, l’ellipsométrie thermique utilisant une source de point laser de chauffage (statique) et une source de chauffage en ligne produit par balayage en vol du point laser (dynamique) sont employés. L’évaluation de l’orientation de la fibre sur des pièces de forme complexe est accomplie avec succès en raison de la fusion d’un modèle en trois dimensions de la surface de l’échantillon avec les données infrarouge obtenues par l’inspection d’ellipsométrie thermique. Le matériau qui va être inspecté dans ce projet est le Carbone/Polyether-Ether-Ketone (PEEK) réalisé par disposition de flocons de fibres appelée Randomly-Oriented Unidirectional Strand (ROS). / The use of Composite Materials (CM) is growing more and more every day in several applications, especially in aeronautic structures where complex shaped parts are highly demanded. The arrangement or orientation of the fibers relative to one another, the fiber concentration, and the distribution all have a significant influence on the strength and other properties of fiber reinforced composites. Thus, one needs to develop testing techniques to assess fiber content. Destructive methods can be employed to evaluate the fiber on a composite, e.g. cutting a section of the material, polishing the area and evaluating it by microscopy. However, the destructive approach is not always an option since the sample will be ‘damaged’ after the inspection and probably unfit for use. Therefore, Non-Destructive Testing and Evaluation (NDT& E) techniques must be employed in some cases to assess the material’s fiber content. In this thesis, InfraRed Thermography (IRT), a well-known NDT& E technique, is used in order to assess fiber orientation of composite materials on the surface and beneath the surface of booth flat and complex shaped parts. More specifically, Thermal Ellipsometry (TE) using a laser spot heating source (static) and a line heating source produced by a flying laser spot inspection (dynamic) are employed. Fiber orientation assessment on complex shaped parts is successfully accomplished due to the merge of a Three-Dimensional (3D) model of the part’s surface with the InfraRed (IR) data obtained by the TE inspection. The specimens that are going to be inspected in this project are Carbon/Polyether-Ether-Ketone (PEEK) plates reinforced by Randomly-Oriented Unidirectional Strand (ROS) of unidirectional slit tape. / O uso de Materiais Compósitos tem crescido mais e mais a cada dia em várias aplicações, especialmente em estruturas aeronáuticas onde peças em forma de complexos sõ extremamente procurados. O arranjo ou orientação das fibras com relação umas às outras, a concentração de fibra, e sua distribuição tem todos um grande impacto na força, rigidez e outras propriedades de materiais compósitos reforçados com fibras. Assim, se faz necessário o desenvolvimento de técnicas capazes de avaliar o conteúdo fibroso destes materiais. Métodos destrutivos podem ser empregados para avaliar as fibras em um material compósito, por exemplo cortando-se uma secção do material, polindo a área e avaliado a região com um microscópio. Entretanto, a abordagem destrutiva nõ é sempre uma opção uma vez que após o ensaio a peça ficará danificada e provavelmente imprópria para uso. Deste modo, ensaios não-destrutivos devem ser empregados em certos casos para avaliar o conteúdo fibroso do material. Nesta tese, termografia infravermelha, uma conhecida técnica de ensaios não-destrutivo, é usada para acessar a orientação das fibras de materiais compósitos na superfície e sub-superfície de amostras planas bem como de amostras com formas complexas. Mais especificamente, elipsometria térmica usando fonte de aquecimento ponto de laser (estático) e uma fonte de aquecimento em linha produzida por uma inspeção de ponto voador (dinâmico) são empregadas. Avaliação de orientação de fibra em amostras de formas complexas é realizada com sucesso graças a fusão de um modelo tridimensional da superfície da amostra e os dados infravermelhos obtidos com o ensaio de elipsometria térmica. As amostras inspecionadas durante este projeto são feitas Carbono/Polyether-Ether-Ketone (PEEK) reforçadas com Randomly-Oriented Unidirectional Strand (ROS).

Le coût croissant de l’énergie a fait de l’économie d’énergie une nécessité vitale dans le monde actuel. Un des exemples consiste à “maintenir la chaîne du froid”, c’est-à-dire le transport correct des aliments périssables dans les véhicules réfrigérés, en particulier pour les produits laitiers, la viande et les aliments congelés. Tout en conservant une conservation appropriée des denrées alimentaires, l’ATP (Agreement on Transport of Perishable Foodstuffs) est l’un des accords concernant les essais d’isolation thermique qui déterminent l’adéquation du transport. Le test standard ATP est une procédure pour mesurer l’état isolant des équipements avec une approche globale. Néanmoins, certains défauts locaux dans la structure de l’équipement ne peuvent pas être visualisés dans cette procédure. Dans ce contexte, la technique de thermographie pourrait être particulièrement utile à ces problèmes. Deux exemples de cette application sont présentés dans cette thèse, l’un d’eux se concentre sur la cartographie du flux de chaleur sur la surface externe d’un rouleau-conteneur isolé par la technique de thermographie infrarouge. La seconde tente d’établir une vue panoramique du flux de chaleur sur la surface interne d’un véhicule isolé. Encouragé par les résultats favorables précédents, une exploration de l’approche à froid dans la thermographie infrarouge pour les Tests Non-Destructifs et l’Évaluation est introduite et réalisée dans ce qui suit. Une approche se concentre sur la détection des défauts isolés et des ponts thermiques dans les panneaux de caisses de camions isolés par chauffage à lampe et refroidissement par air, deux moyens d’excitation opposés. L’autre examine un refroidissement à l’azote liquide appliqué à un échantillon d’acier avec des trous à fond plat de différentes profondeurs et tailles. Différentes méthodes de traitement des données et de modélisation et de simulation sont effectuées dans des chapitres connexes. / The increasing cost of energy has made energy saving a vital necessity in the current world. One of the examples involves, “Maintaining the cold chain”, which is the correct transport of perishable foodstuffs in refrigerated vehicles, especially for dairy products, meat and frozen foods. In this respect a suitable thermal insulation implemented in refrigerated vehicles is essential for saving energy while maintaining an appropriate conservation of the foodstuffs. ATP (Agreement on Transport of Perishable Foodstuffs) is one of the agreements concerning thermal insulation tests ensuing the suitability of the transport. The ATP standard test is a procedure to measure the insulating status of equipment with a global approach. Nonetheless, some local defects in the structure of equipment cannot be visualized in this procedure. The thermography technique could be particularly helpful for these issues. Two examples of this application are presented in this thesis, one focuses on mapping the heat flux on the external surface of an insulated rollcontainer by infrared thermography technique. The second one attempts to establish a panoramic view of the heat flux on the internal surface of an insulated vehicle. Encouraged by previous favorable results, an exploration of the cold approach in infrared thermography for Non-Destructive Testing & Evaluation is introduced and performed herein. One approach focuses on the detection of insulated flaws and thermal bridges in insulated truck box panels by lamp heating and air cooling, two opposite means of excitation. The other approach investigates the application of liquid nitrogen cooling to a steel specimen with flat-bottom holes of different depths and sizes. Different data processing methods and modeling and simulation are also carried out.