La thermographie par courants de Foucault (ECT) est une méthode de thermographie active. L’excitation inductive génère des courants de Foucault dans les spécimens conducteurs. En présence de défauts, la circulation des courants est affectée par ces discontinuités produisant un changement dans la distribution de la température autour des défauts. Ces changements sont observés avec une caméra infrarouge. Dans ce travail, on présente une application robotique de la thermographie par courants de Foucault. Une interface robotique a été développée et tous les capteurs utilisés ont été intégrés à la plateforme. Des simulations ont été achevées avec COMSOL Multiphysics en variant différents paramètres. Des expériences ont été menées sur plusieurs spécimens (de différents matériaux) avec des défauts de différents types et tailles. La linescan thermographie est principalement étudiée et d’autres modes d’inspections ont été explorés. Les images résultantes sont reconstruites avec un algorithme dédié. Finalement, les résultats de la méthode sont comparés à ceux de la thermographie optique (par halogène) pour montrer les capacités de la méthode. / Eddy current thermography (ECT) is an active thermography method. The inductive excitation generates Eddy currents in electrically-conductive specimen. In a presence of defects, the eddy current flow is affected by these discontinuities leading to changes in the temperature distribution in the specimen around the defects. These changes are observed by an infrared camera. In this work, we present a robotic application of the method. A robotic interface is developed and all the sensors needed are integrated to the platform. Simulations are performed using COMSOL Multiphysics by varying different parameters. Experiments are realised on different specimens (made of different materials) with defects of different sizes. The linescan Eddy current thermography is studied and other modes are explored. The resulting images are reconstructed with a dedicated algorithm. Finally, the method’s results are compared to optical thermography to show the capability of the method.

Ce mémoire présente l'intégration des appareillages et le développement de procédures expérimentales pour la réalisation d'inspection non destructive effectuée par vibrothermographie stimulée par ultrasons. Le laboratoire de vision et systèmes numériques (LVSN) de l'Université Laval s'est doté, en 2005, de deux sources ultrasonores destinées à l'étude et le développement d'une technique non destructive manquante au laboratoire. Cette technique s'appelle la vibrothermographie stimulée par ultrasons du fait que l'on utilise une caméra infrarouge pour cartographier thermiquement, sans contact, la surface d'un matériau stimulé mécaniquement par ondes mécaniques de fréquences ultrasoniques. Après avoir lu ce mémoire, le lecteur devrait être capable de réaliser une inspection non destructive efficace par vibrothermographie stimulée par ultrasons. Ce dispositif intégré au cours de ma maîtrise est maintenant opérationnel au sein du laboratoire pour des fins d'élargissement des techniques d'inspection non destructive de matériaux.

Le déficit hydrique affecte plusieurs variables physiologiques de la plante et est synonyme de baisse de rendement et de qualité pour des végétaux de grande culture tels que la pomme de terre. Dès lors, l’irrigation devient une solution préconisée. Celle-ci doit cependant permettre d’appliquer seulement la quantité d’eau dont la plante a besoin pour éviter le lessivage des fertilisants et pesticides pouvant contaminer la nappe phréatique. Depuis plus de vingt ans, la télédétection infrarouge thermique a permis de développer plusieurs outils de détection du stress hydrique. À travers des indices alliant des capteurs et des modèles tels que le CWSI (Crop Water Stress Index), la télédétection est utilisée pour répondre au besoin de dosage contrôlé des nouvelles pratiques agricoles et assurer une meilleure gestion de l’irrigation. Du fait des portions de sol visibles, les cultures partiellement couvrantes peuvent engendrer des erreurs d’estimation dans l’utilisation de ces indices. L’utilisation de radiomètre imageur allié à l’imagerie visible permet de palier à cette faiblesse. Le but de nos travaux est le développement d’un indicateur de l’état hydrique de la culture, accessible par thermographie infrarouge, permettant la détection précoce et la prévention du stress hydrique. Des mesures de température ont été effectuées en serre sur deux variétés de pomme de terre avec le radiomètre imageur ThermaCAM SC 2000. Des mesures répétées ont été prises sur des plants induits en stress hydrique et des plants témoins à plusieurs stades de développement de la culture. L’étude a montré une détection hâtive du déficit hydrique par thermographie infrarouge ainsi que l’influence du stress sur les variables biophysiques (température foliaire, surface foliaire, photosynthèse et conductance stomatique) et le rendement. La différence de température entre le couvert végétal et l’air (Tc – Ta) est fortement corrélée au stress hydrique. Elle a été associée à la surface foliaire pour développer l’Indice de Stress Hydrique Surfacique (ISHS). Les résultats obtenus avec l’ISHS pour la détection du stress hydrique sont très encourageants. / Water stress affect the yield and the crop quality. For more than twenty years, remote sensing allowed several tools developments to assess water stress detection using sensors and model such as Crop Water Stress Index (CWSI). Sparse crop can generate error in the interpretation of this index. The use of an imaging-radiometer combined to a high spatial resolution visible image help to remove this weakness. This study present a new water stress index based in the use of infrared thermography. A first dataset was taken from greenhouse experimental set up on potatoes species (Highlite and Chieftain) using an hand-held imaging-radiometer (ThermaCAM SC 2000). Repeated measurements were made for water-stress induced plants and for well irrigated plants at different growing stages. The study showed that an early detection of water deficit by infrared thermography is possible as well as the detection of the significant response of plant to heat stress and leaf area change based on water stress intensity. Temperature differences between crop canopy and air (Tc - Ta) are strongly correlated with the water stress. The study has permitted the development of a new index named Area Water Stress Index (AWSI) and the results obtained with this index for water stress detection are very encouraging.

Ces dernières années, l'émergence de matériaux avancés et de méthodes de fabrication a conduit à la production de composants mécaniques qui fournissent de meilleures spécifications mécaniques avec un poids inférieur. Ces produits spéciaux sont utilisés dans les industries de haute technologie comme l'aérospatiale et l'armée. Par conséquent, la qualité du produit est essentielle pour obtenir un produit sécurisé. Les controles non destructifs (CND) sont l'une des méthodes les plus utilisées pour détecter les défauts internes de différents matériaux. Cette technique n'a pas d'effet négatif sur les spécimens. Les différentes techniques de tests non destructifs sont utilisées dans différents domaines pour assurer l'exactitude, vérifier l'intégrité, réduire les coûts de production et détecter les défauts. Diverses méthodes CND ont été introduites et développées pour détecter les défauts et les délaminages qui ont été utilisés en fonction de la taille et du type de défaut, du matériau et de la localisation des défauts. La thermographie par balayage linéaire (LST) est une technique de thermographie dynamique qui permet d'inspecter de grands composants de surfaces métalliques et de composites couramment utilisés dans l'industrie aérospatiale. En tant que technique de test et de controle non destructive (CND), la LST est une technique dynamique adaptée à l'inspection de composants aérospatiaux importants et complexes. La méthode LST robotisée présente des avantages par rapport aux approches statiques. La LST robotisé fournit une uniformité de chauffage et permet un traitement d'image qui améliore la probabilité de détection, permettant à un composant à grande échelle d'être inspecté sans perte de résolution. En utilisant l'approche LST, il est possible d'inspecter de grandes surfaces à des vitesses de balayage élevées. De plus, les résultats d'inspection sont immédiatement disponibles pour analyse pendant que le processus de numérisation se poursuit. / In the last decade, emerging of advanced materials and manufacturing methods leads to produce the mechanical components, which provide better mechanical specifications with lower weight. These special products are used in the high technology industries such as aerospace and military. Hence, the product quality is vital to achieve a secure product. Non-destructive Testing (NDT) is one of the popular methods, which is employed to detect the internal defects of different materials. This technique does not have any negative effect on the specimens. The various techniques of nondestructive testing are used in different fields to ensure accuracy, verify integrity, reduce production costs and detect defects. Various NDT methods were introduced and developed to detect the flaws and delamination which have been used according to defect size and type, material, and defect location. Line scan thermography (LST) is a dynamic thermography technique, which is used to inspect large components of metallic surfaces and composites, commonly used in the aerospace industry. As a nondestructive testing and evaluation (NDT&E) technique, LST is a dynamic technique suited to inspect large and complex aerospace components. The robotized LST method provides advantages in comparison to the static approaches. Robotized LST provides heating uniformity and allows image processing which enhances the detection probability, allowing a large-scale component to be inspected without the loss of resolution. Using the LST approach, it is possible to inspect large areas at high scan speeds. Also, the inspection results are immediately available for analysis while the scanning process continues. One of the important challenges in LST method is the number of parameters such as scanning speed, power, the distance between source and specimen, which affect the LST performance. The optimal values are dependent on the material structure, thermal specifications of the composite material, defect shape and infrared camera resolution. In order to determine the optimal parameters, the LST is simulated using a 3D finite element method (FEM). The main objective of this thesis is to maximize the detection depth and the signal-to-noise (SNR) value at maximum signal contrast as the criteria to evaluate the inspection quality and performance. A composition of the analytical model of LST thermography, 3D finite element approach and experimental data is employed to find the optimal LST parameters. The signal processing techniques that were initially developed to be applied on pulse thermography have been successfully implemented to enhance the detection probability.

La thermographie stimulée par ultrasons (TU) est une méthode de contrôle non destructif qui a été inventée en 1979 mais qui a s'est répandue à la fin des années 90. L'idée de cette méthode est d'exciter le matériau à inspecter avec des ondes mécaniques à des fréquences allant de 20kHz à 40kHz et d'observer ensuite leur température de surface avec une caméra infrarouge. TU est une méthode de thermographie active; les autres méthodes les plus connues sont la thermographie optique et celle stimulée par courants de Foucault. Son habilité à révéler des défauts dans des cas où les autres techniques échouent, fait d'elle une méthode pertinente ou complémentaire. L'inconvénient de la TU est que beaucoup de conditions expérimentales doivent être respectées pour obtenir des résultats adéquats incluant quelques paramètres qui doivent être bien choisis. Le but de ce projet est d'explorer les capacités, les avantages et les limites de la TU. Pour comparer la performance de la TU à celle des ultrasons conventionnels, des tests ultrasons de type C-Scan ont été réalisés pour quelques échantillons. Quatre matériaux différents avec quatre types de défauts ont été investigués afin de mieux définir les conditions optimales pour améliorer la détection des défauts. Les résultats bruts obtenus étaient traités dans chaque cas afin de mieux visualiser les contrastes thermiques causés par les discontinuités cachées.

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.

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.

New concepts in assembly technology boost our daily life in an unknown way. High end semiconductor industry today deals with functional structures down to a few nanometers. ITRS roadmap predicts an ongoing decrease of the “DRAM half pitch” over the next decade. Packaging of course is not intended to realize pitches at the nanometer scale, but has to face the challenges of integrating such semiconductor devices with smallest pitch and high pin counts into systems. Advanced techniques of nondestructive evaluation (NDE) with resolutions in volume better than 1 micrometer vixen size are urgently needed for the safety and reliability of electronic systems, especially those that are used in long living applications. The development speed of integrated circuits is still very high and is not expected to decrease in the next future. The integration density of microelectronic devices is increasing, the dimensions become smaller and the number of I/O's is getting higher. The development of new types of packages must be done with respect to reliability issues. Potential damage sources must be identified and finally avoided in the new packages. In power electronics production the condition monitoring receives a lot of interest to avoid electrical shortcuts, dead solder joints and interface crac king. It is also desired to detect and characterize very small defects like transportation phenomenon or Kirkendall voids. For this purpose, imaging technologies with resolutions in the sub-micron range are required.

Ce travail porte sur l'amélioration de la méthode de la grille afin de mesurer avec de meilleures performances métrologiques des champs de déformation en surface d'éprouvettes soumises à des sollicitations mécaniques. Une procédure d'obtention directe des déformations à partir d'images de grilles a été proposée dans ce but. L'influence des défauts de la grille a également été caractérisée et une procédure adaptée a été développée pour l'éliminer. Les outils proposés ont été appliqués dans le cas de grilles unidirectionnelles et croisées. Les performances métrologiques ont été estimées avec des essais adaptés. Enfin, la méthode a été appliquée à un essai sur un multicristal d'aluminium, montrant ainsi sa mise en oeuvre dans un cas complexe de caractérisation de comportement de matériau