Analyses multivariées et multiblocs d'images hyperspectrales pour la prédiction de la corrosion sur le long terme : application à la corrosion atmosphérique d'alliages ferreux historiques

Multivariate and multibloc analysis of hyperspectral images in order to predict long term corrosion : application to atmospheric corrosion of historical iron alloys

• Auteur / Autrice : Robin Le Penglau
• Direction : Delphine Neff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 12/12/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Ludovic Bellot-Gurlet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Solenn Reguer, Ludovic Duponchel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anna de Juan, Peter Vandenabeele

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fer

Imagerie hyperspectrale

Chimiométrie

Spectroscopie Raman

Mots clés libres

Chimiométrie

Imagerie

Corrosion

Raman

Multibloc

MCR-ALS

Chemometrics

Corrosion

Raman

Résumé

Ce travail consiste en le développement d'une méthodologie pour comprendre les mécanismes de corrosion atmosphérique du fer sur le long terme à l'aide d'outils chimiométriques. Les données structurales et de composition élémentaire sont acquises par microspectrométrie Raman et Microscopie Electronique à Balayage couplée à la Spectroscopie en Dispersion d'Energie (MEB-EDS) sur deux échantillons provenant de barres de fer des cathédrales d'Amiens et de Metz. Ces deux jeux de données sont couplés puis étudiés selon différentes approches multiblocs. La première partie de ce projet étudie les données spectrales couplées pour préserver le maximum d'information des acquisitions et la deuxième étudie les mêmes données réduites en nombre de variables pour en simplifier l'étude. Ces deux approchent convergent vers une même conclusion : des éléments mineurs sont présents au sein de certaines phases cristallines de corrosion, notamment la ferrihydrite qui est associée au silicium, au phosphore et au potassium. Ceci peut à terme influencer les propriétés physicochimiques des phases présentes dans les couches de produits de corrosion et modifier les vitesses de corrosion.

This work aims to develop a methodology in order to understand atmospheric long term corrosion mechanism with chemometric tools on iron materials. Structural and elementary data are acquired with Raman microspectrometry and Scanning Electron Microscopy coupled to Energy Dispersive X-Ray spectroscopy (SEM-EDX) on two samples, one extracted from Amiens’ cathedral and one from Metz’s cathedral. These two datasets are coupled together then studied with several multibloc approaches. The first studies spectral data in order to avoid information loss and the second use the same reduced data in order to simplify the study. These two approaches give same results which leads to: minor elements are colocalized with some crystalline phases. For example, ferrihydrite is colocalized with minor elements (silicon, phosphorus and potassium). This can influence crystalline phase’s physicochimico reactivity properties in corrosion product layer and the corrosion rate.