Mesure d'émissivité pour la thermographie infrarouge appliquée au diagnostic quantitatif des structures

Emissivity measurement for Infrared thermography applied to quantitative diagnostic of structure

• Auteur / Autrice : Jean-Pierre Monchau
• Direction : Yves Candau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 28/11/2013
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'enseignement et de recherches Techniques et sociétés (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Maldague
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Candau, Jean Dumoulin, Laurent Ibos, Jean Luc Bodnar, Jacques Hameury
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Echegut, Monica Siroux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calorimétrie

Constructions -- Propriétés thermiques -- Essais -- Thermographie

Thermographie

Mots clés libres

Thermographie

Infrarouge

Emissivité

Thermography

Infrared

Emissivity

Résumé

La thermographie infrarouge constitue un outil de diagnostic très utile dans le domaine du bâtiment et du génie civil. Cependant un diagnostic quantitatif reste difficile, et l'émissivité des surfaces étudiées joue un rôle important. Le présent travail est une étude sur la mesure d'émissivité pour le diagnostic quantitatif des structures par thermographie. Un des enjeux est de compléter une base de données d'émissivité pour des matériaux du bâtiment et du génie civil ; pour cela il a été nécessaire de développer des appareils de mesure portables. Deux appareils ont été développés au CERTES, utilisant des méthodes indirectes. Ces méthodes consistent à mesurer la réflexion d'un flux infrarouge modulé et nécessite une référence de réflectance connue. Le premier appareil module le flux par modulation lente de température (mesure en 16mn) ; il est adapté aux surfaces diffusantes et hétérogènes comme les bétons bitumineux et les matériaux de construction du bâtiment. L'autre appareil utilise un système d'écran permettant une modulation plus rapide (mesure en quelques secondes). Il est plus polyvalent. Il est aussi plus facilement transportable et permet également d'obtenir une évaluation du caractère plus ou moins spéculaire de la surface. Ces deux appareils couvrent au choix une bande spectrale large (1 à 40µm) pour évaluer les propriétés radiatives des surfaces et une bande étroite (8 à 14µm) adaptée à la sensibilité des caméras infrarouges. Une étude comparative sur les mesures d'émissivité a été entreprise avec le LNE (Laboratoire National de Métrologie et d'Essais). Les échantillons utilisés pour cette étude comparative ont permis de tester les différents dispositifs pour des matériaux ayant des propriétés radiatives très variées. Des mesures ont été effectuées au laboratoire et sur site sur une large gamme de matériaux usuels du bâtiment et du génie civil

Thermography is a very useful diagnosis tool in buildings and civil engineering structures. However quantitative diagnosis remains difficult, and having accurate values of surface emissivity is an important factor. The present work is a study about emissivity measurement for quantitative diagnosis with thermography. We needed accurate measurement of the emissivity of a number of civil engineering materials, in order to create a database. Thus, it was necessary to develop new portable measurement devices. Two devices using an indirect measurement method were developed at CERTES laboratory. The method uses the measurement of the reflectivity from a modulated IR source and requires calibration with a highly reflective surface. The first device uses a low-frequency, thermal modulation well-adapted to laboratory measurements, whereas the second one is a portable system using a mechanical modulation at a faster frequency, more appropriate to outdoor measurements. Both devices allow measurements in the broad (1—50µm) and narrow (8—14µm) bands. Experiments were performed on a large number of materials commonly used in buildings and civil engineering structures. The final objective of this work is to build a database of emissivity for these materials. A comparison of laboratory and on-site measurements of emissivity values obtained in both spectral bands is presented along with an estimation and an analysis of measurement uncertainties. A comparative study with measurement obtained at LNE (Laboratoire National de Métrologie et d'Essais, French laboratory of metrology) was performed, using a range of materials with widely different radiative properties. An analysis of discrepancies and their possible causes is presented