Thermographie infrarouge et méthodes d'inférence statistique pour la détermination locale et transitoire de termes-sources et diffusivité thermique

SOLUÇÕES DE PROBLEMAS INVERSOS COM MEDIDAS TERMOGRÁFICAS EM MICRO-ESCALAS

Thermographic measurements and inverse problems for the source-term estimation

• Auteur / Autrice : Henrique Massard da Fonseca
• Direction : Olivier Fudym, Helcio R. B. Orlande
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et transferts
• Date : Soutenance le 11/01/2012
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT en cotutelle avec Universidade federal do Rio de Janeiro
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés, de l'énergie et de l'environnement (Albi ; 2012-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Fudym, Helcio R. B. Orlande, Haroldo Fraga De Campos Velho, Renato Machado Cotta, Carolina Palma Naveira-Cotta, Marcelo-José Colaço, João-Marcos Alcoforado Rebello
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Denis Maillet, Paulo Seleghim junior

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermique

Kalman, Filtrage de

Monte-Carlo, Méthode de

Mots clés libres

Problèmes Inverses

Thermographie infrarouge

Méthodes de Monte Carlo

Méthodes Statistiques

Filtre de Kalman

Stratégie Nodale

Bayesian Filters

Bayesian Inference

Inverse Problems

Infrared Camera

Résumé

Ce travail a pour objectif de développer des techniques théoriques et expérimentales pour la détermination des propriétés thermophysiques et terme source. Deux formes de comportement temporel pour le terme source ont été étudiées : un constant et un qui varie dans le temps. La variation dans le temps a été considérée comme une pulse carrée ou une variation sinusoïdale. Deux formes d’échauffement ont été utilisées : une résistance électrique et un laser diode. Pour l’acquisition des données une caméra de thermographie par infrarouge a été utilisée. La stratégie nodale a été utilisée pour contourner le problème des grosses quantités de données générées par la caméra. Le problème direct a été résolu par différences finies, et deux approches pour la solution du problème inverse ont été utilisées, en fonction du comportement temporel du terme source. Les deux approches sont basées sur des méthodes d’inférence statistiques dans une approche Bayésienne, avec la méthode de Monte Carlo via les Chaînes de Markov pour le terme source constant, et le filtre de Kalman pour le problème dont le terme source varie dans le temps. Des manipulations contrôlées ont été faites dans un échantillon avec des propriétés thermophysiques déterminées par des méthodes classiques dans la littérature.

This work deals with the development of new theoretical and experimental techniques for the efficient estimation of thermophysical properties and source-term in micro and macro-scale. Two kinds of source term were studied: a constant and a time varying source term. The time wise variation of the source term had a sinusoidal and a pulse form. Two devices were used for the sample heating: An electrical resistance and a laser diode. For the data acquisition, an infrared camera was used, providing a full cartography of properties of the medium and also non-contact temperature measurements. The direct problem was solved by the finite differences method, and two approaches were used for the solution of the inverse problem, depending on the time varying behavior of the source term. Both approaches deal with the parameters estimation within the Bayesian framework, using the Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method via the Metropolis Hastings (MH) algorithm for the constant source term, and the Kalman filter for the time-varying source term. The nodal strategy is presented as a method to deal with the large number of experimental data problems. Experiments were carried out in a sample with well-known thermophysical properties, determined by classical methods.