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.

Ce document présente; l'intégration de la thermographie modulée au laboratoire de tests non destructifs. Tous les détails de l'équipement choisi, des réglages des logiciels utilisés et développés, et le choix d'un système modulaire; sont inclus. Les expériences portent sur des échantillons à base de matériaux composites. La technique est donc validée; par les résultats. Les résultats sont ensuite comparés avec la thermographie puisée et la simulation par la méthode; des éléments finis. / This document shows the intergration of the Lock-in thermography method for the non-destructif-testing laboratory. All the details of the equipment, software; settings (used and developped) and the choice of the modular system are included. The experiences arc; done on composite; material samples. The method is also validated by results. Those results are then compared with pulsed thermography and the finite element simulation method.

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.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 mars 2024) / Ce mémoire présente une nouvelle approche automatisée pour détecter les fuites thermiques lors des inspections de bâtiments. Nous exposons un cadre intégrant de manière cohérente l'enregistrement automatique d'images, la segmentation d'images et la fusion des résultats segmentés issus à la fois d'images visibles et thermiques. Notre recherche compare rigoureusement les techniques d'enregistrement manuel et automatique d'images, démontrant que la méthode automatique, exploitant l'algorithme de la Transformée de Caractéristiques Invariantes à l'Échelle (SIFT), surpasse l'approche manuelle en termes d'efficacité, de précision et de reproductibilité. La segmentation des images utilise une approche supervisée pour les images visibles, en adoptant spécifiquement une architecture UNET++ et Resnet 152, tandis que les images thermiques sont segmentées en utilisant la méthode non supervisée de Kanezaki. Les résultats segmentés de ces divers types d'images sont ultérieurement fusionnés, fournissant une représentation exhaustive et précise des fuites thermiques à travers différentes parties du bâtiment. La qualité de la fusion dépend de la précision des étapes antérieures, soulignant l'importance de chaque étape dans ce système intégré. Ce travail démontre l'efficacité de notre nouvelle approche dans le domaine de l'inspection automatisée des bâtiments et ouvre la voie à de futures explorations et innovations dans ce domaine. Le mémoire est structuré en quatre chapitres, débutant par une revue exhaustive de la littérature, suivie de la méthodologie proposée, des résultats et des discussions, et se conclut par les orientations pour les travaux futurs.

La méthode des éléments finis est un outil mathématique puissant qui permet la résolution des équations différentielles décrivant un processus physique donné. Elle est particulièrement adaptée à la résolution de problèmes non linéaires ayant des géométries complexes. Une de ces applications est la modélisation du transfert de chaleur dans un objet soumis à une inspection par la technique de thermographie infrarouge pulsée (PT). Les résultats de ce travail ont prouvé que les solutions obtenues numériquement correspondent aux résultats expérimentaux, ceci malgré les contraintes liées à la puissance de l'ordinateur utilisé (capacité mémoire, disque, etc.) afin de résoudre le problème d'une manière adéquate. Par conséquent, le modèle numérique peut être considéré comme un outil complémentaire à la caractérisation des défauts par la PT. Dans le cas d'une procédure d'inspection où les différenst types de défauts présents dans le spécimen sont connus a priori, la modélisation numérique peut être utilisée efficacement afin d'améliorer la caractérisation de ces défauts, grâce à la combinaison modélisation MEF / expérience. En se basant sur l'analyse qualitative de l'évolution temporelle des profils de température obtenus en pratique, on a démotnré qu'il est possible de déterminer le type de défaut par une simple comparaison de la forme expérimentale de l'évolution du contraste qui est dépendante du type de défaut, avec les résultats obtenus grâce au modèle numérique. Une fois que le défaut est connu, en cas de structures complexes de type "sandwich", sa profondeur peut être réduite automatiquement puisque la plupart de ces défauts typiques apparaît sur les interfaces des couches de l'échantillon. Afin de procéder à la détermination de la taille du défaut, tâche qui est souvent très difficile en cas de structures multicouches à cause du contraste flou observé sur le défaut, provoqué par les effets latéraux de diffusion de chaleur, les expressions de régression obtenues à partir des résultats de modélisation peuvent être utilisées. Dans ce contexte, comme il a été démontré, la valeur du contraste thermique maximal obtenue expérimentalement n'est pas un paramètre fiable qui peut être utilisée avec confiance comme indicateur quantitatif des caractéristiques du défaut (dans ce cas-ci, sa taille latérale). Ceci est principalement dû au niveau élevé de l'incertitude sur le contraste maximal de température [delta]Tmax déterminé à partir de l'expérience, ainsi qu'à la force dépendance de [delta]Tmax à l'égard de la puissance de la source de chlauer appliquée. Ce problème devient signficatif dans le contexte de chauffage non-uniforme inévitablement présent dans les expériences de thermographie pulsée. En ce qui concerne l'incertitude des mesures, dans les cas où le signal thermique du défaut est faible, l'incertitude peut devenir égale ou même plus grande que la [delta]Tmax obtenu. Cependant, dans la plupart des cas, elle représente un pourcentage significatif du [delta]Tmax déterminé expérimentalement. D'autre part, les effets de l'excitation non-uniforme se sont avérés partiellement éliminés quand la procédure proposée pour la sélection de la région saine adéquate est utilisée. La procédure est basée sur l'utilisation de l'Image de Distribution de Source (IDS) reconstruite à partir de plusieurs thermogrammes initiaux acquis juste après que l'excitation soit appliquée à l'échantillon (alors que les effets possibles des défauts ne sont pas encore visibles sur la surface du spécimen). Une fois appliquée, la méthodologie s'assure que les régions défectueuses et saines aient reçu une quantité égale d'énergie (chaleur) durant l'excitation (jusqu'à une différence tolérable donnée). Cependant, aucune des corrections et mesures de précaution ne peuvent éliminer la nature fortement incertaine des valeurs expérimentales de [delta]Tmax. D'un autre côté, la période T max d'apparition de [delta]Tmax semble être beaucoup moins affectée par dse incertitudes de mesure et est relativement sensible aux caractéristiques du défaut (telles que sa taille et sa profondeur). On a démontré que même s'il existe des différences dans les valeurs absolues, les périodes de contraste maximal de température obtenues expérimentalement et numériquement peuvent être reliées par une simple relation algébrique, qui est réduite à une différence à une constante donnée. Une fois que ce rapport est établi, la régression obtenue par la modélisation peut être utilisée efficacement afin de fournir les informations désirées sur les caractéristiques inconnues du défaut. D'ailleurs, dans plusieurs cas où seulement un nombre limité de défauts est disponible dans l'échantillon calibré, pour que le procédé d'inversion soit établi, ou quand les données de mesure sont trop bruitées pour permettre la formulation d'une méthodologie d'inversion fiable, la modélisation numérique permet la déterminaison plus simple et plus directe des relations de régression pour de futures caractérisations de défauts. Par conséquent, le nombre illimité de simulations peu coûteuses pouvant être effectuées permet la création d'ensemble global et complet de relations entre les caractéristiques de défauts et les variables significatives de la PT, telle que la période d'apparition du contraste maximal de température.

L'augmentation rapide du niveau de concentration de dioxide de carbone dans l'air ambiant à la suite de diverses activités humaines est l'un des principaux défis environnementaux du XXIe siècle. Par conséquent, la résolution des problèmes d'émissions de carbone est l'une des principales tâches de la société moderne. Diverses technologies ont été développées et testées au cours des dernières décennies pour atténuer ce problème. La carbonatation minérale est reconnue comme l'une des technologies les plus sûres permettant de capturer et de stocker en permanence du carbone sous forme de carbonates thermiquement stables. La minéralisation passive du carbone par les résidus miniers en tant que processus naturel a lieu dans des conditions environnementales, partout où l'accès de l'air et de l'eau au tas de résidus miniers est possible. Le présent travail explore l'utilisation de la thermographie infrarouge comme méthode non destructive de surveillance du comportement exothermique au cours de la capture passive du carbone par la brucite. La configuration de carbonatation à deux cellules, consolidée avec une caméra infrarouge, a été conçue pour surveiller simultanément les variations thermiques de la surface du matériel dues à l'absorption de CO2 ainsi que le flux de chaleur échangé entre la brucite et son environnement. Les résultats montrent une influence significative de la température ambiante sur le système qui a contribué à l'échange thermique de la couche réactive avec l'environnement. La comparaison des profils de température entre les demi-cellules de référence et réactives montre des différences dans les variations thermiques par rapport à la température adiabatique à cause de l'influence de la température ambiante. L'élévation de température adiabatique par rapport aux profils de température de surface démontre une différence substantielle dans le taux de génération de chaleur de carbonatation en raison de l'échange de flux de chaleur avec l'environnement pendant le processus. / Rapid increment of the level of carbon concentration in ambient air in consequence of various human activities is one of the major environmental challenges of 21st century. Therefore, solving carbon emissions issues is one of the main tasks of the modern society. Variety of technologies have been developed and tested over the past decades to alleviate this concern. Mineral carbonation is recognized as one of the safest technologies that allows to capture and permanently store carbon in the form of thermally stable carbonates. Passive mineral carbonation by mining residues as a naturally occurring process takes place under environmental conditions anywhere where the air and water access to mining residue heap can be obtained. The present work explores the use of infrared thermography as a non-destructive method of monitoring exothermal behavior of passive carbon capture by brucite. Dual-cell carbonation setup consolidated with an infrared camera was designed in order to provide simultaneous monitoring of thermal variations on the surface of the material due to CO2 uptake as well as exchange of heat fluxes between brucite and its surroundings. The results show a significant influence of room temperature on the system that contributed to heat exchange of the reactive layer with the surrounding. The temperature profiles comparison between reference and reactive half-cells demonstrates striking differences in thermal variations than the adiabatic temperature due to the room temperature influence. Adiabatic temperature rise in comparison with surface temperature profiles demonstrates a substantial difference in carbonation heat generation rate due to heat fluxes exchange with surrounding during the process.

Ce mémoire a pour but de comparer deux méthodes de contrôle non destructif : la thermographie modulée et la thermographie puisée, l'étude a été faite sur différents échantillons utilisés dans la construction aéronautique et est présentée sous forme de comparaison quantitative et qualitative, avec une explication des avantages et des inconvénients de chaque méthode.

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.