Дисертації з теми "Thermométrie de surface"

Ce travail a pour objectif la réalisation d'un capteur bisonde piloté par micro-ordinateur en vue de détermination en temps réel de la température des surfaces solides et éventuellement liquides dans la plage 0-50°C. Apres position du problème, on rappelle dans une première partie l'ensemble des travaux antérieurs d'où l'on tire les conditions à remplir pour obtenir un capteur de température de surface performant. Les chapitres 2 à 4 concernent la description de la bisonde massive réalisée et son électronique de gestion associée à un microordinateur de type PC. Enfin le chapitre 5 présente les résultats expérimentaux obtenus sur divers matériaux (conducteurs, isolants solides et semi-solides), dans des conditions de mesure parfaitement définies, validant le prototype et précisant dans chaque cas l'intervalle de confiance à 95%

Le fonctionnement des composants bipolaires de puissance (thyristors gto et transistors) est confronte au problème de leur échauffement, qui est susceptible de modifier leurs caractéristiques électriques et parfois d'entrainer leur destruction: la température peut atteindre plusieurs centaines de degré celsius dans des zones caractérisées par des dimensions de l'ordre de quelques dizaines de micromètres. Une technique de mesure sans contact de la température dans des zones de dimensions micrométriques à la surface de composants de puissance en commutation a été développée. Le phénomène physique utilise est la thermoréflectivité: variation de la réflectivité du silicium causée par une variation de sa température. Le travail présenté comprend: 1) l’étude théorique et expérimentale de la thermoréflectivité du silicium oxyde ; 2) la conception, la réalisation et la mise en oeuvre d'un thermoréflectomètre à grande résolution spatiale. Cet appareil est destiné à mesurer sans contact la température dans des régions de très faibles dimensions (typiquement 20 m) du silicium oxyde recouvrant partiellement la surface des composants de puissance en commutation. La variation t(e) de la température t en fonction de l’énergie e dissipée à chaque commutation (dans l'intervalle 1 mj < e < 25 mj) a été étudiée en plusieurs endroits de la surface d'un thyristor gto en fonctionnement au voisinage immédiat, de part et d'autre, de la jonction gachette-cathode du composant. Nous avons trouvé que la variation t(e), dans ce domaine d’énergie, est linéaire pour toutes les zones explorées, avec des pointes de températures allant de 100c a 350c, l’échauffement étant plus important du cote cathode de la jonction que du cote gâchette

Au cours de cette étude, nous mettons en évidence les différents problèmes qui se posent lorsque l'on désire mesurer la température d'une surface au moyen d'une sonde de contact. Nous proposons une étude théorique du comportement thermophysique d'une sonde active, thermorégulée destinée à la mesure fine, précise et instantanée des températures superficielles. Divers prototypes de transducteurs y sont décrits, aboutissant au modèle coplanaire retenu pour sa fonctionnalité. Nous exposons aussi les procédés qui ont permis la réalisation du transducteur en technologie couches minces. Nous décrivons enfin le système de gestion du transducteur ainsi que le logiciel associé permettant la régulation et la mesure en temps réel. Le mémoire s'achève par la présentation et l'analyse critique d'un ensemble de résultats de mesure sur diverses surfaces

Cette étude consiste en une modélisation mathématique du transfert de chaleur et de masse pour un écoulement d'air humide sur un tube ailetté en mode de refroidissement en présence ou non de condensation. La simulation numérique a permis d'obtenir la distribution de la vitesse, de la température et de l'humidité de l'air, de la température de la paroi (ailette) et l'efficacité locale, ainsi que le débit de condensat et les puissances sensible et latente
This study consists of a mathematical modelling of heat and mass transfer for during the cooling of airflow over a fin-and-tube with or without condensation. The numerical simulation made it possible to obtain the distribution of velocity, the temperature and humidity of the airflow, and distribution of fin temperature and local efficiency, as well as the condensate flux and the sensitive and latent heat flux

Utiliser le méthane comme carburant dans les moteurs fusées présente beaucoup d'avantages mais la combustion avec de l'oxygène pur à haute pression reste mal comprise. D'un point de vue thermodynamique, le méthane et l'oxygène partagent des valeurs de point critique très similaires, ce qui rend difficile la prédiction du mélange des ergols, l'accrochage, la stabilité et la structure de la flamme. De plus, quand le méthane est injecté en excès, des aérosols peuvent être produits, pouvant obstruer les lignes, endommager la turbine et réduire le rendement.Une mise à jour approfondie des connaissances sur la combustion LOX/CH4 est donc nécessaire. Ce défi est relevé au sein du consortium composé du laboratoire EM2C, de l'ONERA, du CNES et d'ArianeGroup. Deux campagnes d'essais sont menées sur le banc MASCOTTE de l'ONERA visant à étudier trois sujets centraux : la structure de la flamme, les transferts thermiques aux parois et la production d'aérosols. Dans ce but, divers diagnostics expérimentaux sont mis en œuvre simultanément pendant des essais à feu à haute pression.Différents diagnostics d'imagerie sont mis en place pour analyser la structure de la flamme et des jets liquides. Malgré les difficultés d'acquisition rencontrées dans ces conditions extrêmes, les analyses révèlent une structure de flamme complexe. En régime subcritique, les mécanismes d'atomisation et d'évaporation dominent. La flamme est alors bien plus ouverte et plus longue qu'à de plus hautes pressions, où les mécanismes de mélange diffusifs prévalent. Caractériser l'accrochage de la flamme reste un défi. En effet, un anneau de glace, probablement d'eau, entoure et masque le pied de la flamme. Des mécanismes de formation sont proposés et un cycle temporel de croissance/destruction est mis en avant. Sa présence affecte fortement la visualisation de la flamme, et peut conduire à des interprétations erronées de sa topologie.Pour la première fois à MASCOTTE, la phosphorescence induite par laser (LIP) est mise en place. Diverses méthodes LIP existent mais ne sont pas bien adaptées aux conditions de MASCOTTE : large gamme de températures, transitoires thermiques et environnement diphasique. C'est pourquoi une méthode spécifique a été mise au point (Full Spectrum Fitting method). Elle exploite la dépendance spectrale à la température, permettant des mesures instantanées de 100 à 900 K avec une précision de 17 K, sans dépendance à l'énergie d'excitation laser. Une analyse détaillée des données met en évidence les modes de transfert de chaleur prédominants, étudie l'influence des points de fonctionnement et compare les données expérimentales avec un modèle de transferts thermiques de paroi, particulièrement bien adapté pour déduire les caractéristiques convectives de l'écoulement à la paroi.Différents diagnostics sont mis en œuvre pour caractériser les aérosols. Une sonde intrusive prélève les particules et les gaz brûlés en aval de la flamme. Les particules sont prélevées sur des grilles adaptées à des analyses par microscopie électronique à transmission (TEM). Les images détaillées de leurs morphologies révèlent qu'il s'agit de suies. Les gaz sont analysés par chromatographie en phase gazeuse. Ceci permet d'identifier des molécules précurseurs des suies comme le benzène et l'acétylène. Les suies sont quantifiées temporellement par extinction laser. Des post-traitements dédiés sont développés et diverses hypothèses sont discutées pour expliquer les variations spatiales de production de suies
Using methane as a fuel in rocket engines would have many advantages but the combustion with pure oxygen at high pressure remains poorly understood. From a thermodynamic point of view, methane and oxygen share very similar critical point values, making it challenging to predict propellant mixing, flame anchoring, stability and structure. Moreover, when methane is injected in excess, aerosols can be produced, which can clog the lines, damage the turbine, and reduce the efficiency.Therefore, a thorough update of the knowledge of LOX/CH4 combustion is necessary. These challenges are tackled within the consortium composed of EM2C laboratory, ONERA, CNES, and ArianeGroup. Two test campaigns are carried out at the MASCOTTE facility from ONERA, aiming to study three central topics: the flame structure, wall heat transfers, and aerosol production. To this end, various experimental diagnostics are implemented simultaneously during high-pressure hot-fire tests.Various imaging diagnostics are implemented to analyze the flame structure and the dense liquid jets. Despite the acquisition difficulties encountered in these extreme conditions, the analyses reveal a complex flame structure. In the subcritical regime, atomization and evaporation mechanisms dominate. The flame is much more opened and longer than at higher pressures, where diffusive mixing mechanisms prevail. Characterizing flame anchoring remains a challenge. A water ice ring surrounding, and masking, the flame foot has been identified. Formation mechanisms are proposed, and a growth/destruction temporal cycle is highlighted. Its presence strongly affects flame visualizations, and may lead to misinterpretations of its topology.Laser-induced phosphorescence (LIP) is implemented for the first time at MASCOTTE. Various LIP methods exist, but they are not well suited to the MASCOTTE conditions: wide temperature range, thermal transients, and two-phase flow environment favoring laser absorption/diffusion. Therefore, a specific method, the Full Spectrum Fitting method (FSF method), has been developed. It exploits the spectral dependence on temperature, enabling instantaneous measurements from 100 to 900 K with a precision of 17 K, with no dependence on the laser excitation energy. A detailed data analysis highlights the predominant wall heat transfer modes, studies the influence of the operating points, and compares the experimental data with a wall heat transfer model, which is particularly well suited for deducing the convective properties of the flow.Three diagnostics are used to characterize aerosols. An intrusive probe samples particles and burnt gases downstream of the flame. The particles are sampled on TEM grids and analyzed by Transmission Electron Microscopy. Detailed images of the aerosol morphology reveal that the particles are soot. Combustion products are analyzed by gas chromatography. This makes it possible to identify soot precursor molecules such as benzene and acetylene. Soot are quantified temporally by laser extinction. A dedicated post-processing method is developed and various hypotheses are discussed to explain the spatial variations of the soot production downstream of the flame

La température de surface des continents est une variable essentielle dans la modélisation du bilan énergétique global. Les mesures effectuées par les imageurs microondes passifs en orbite permettent d’estimer la température de la surface quelle que soit la couverture nuageuse contrairement aux mesures dans l'infrarouge qui ne sont pas utilisables sous les nuages. Néanmoins, plusieurs difficultés surviennent lors de l'utilisation de ces observations. Parmi celles-ci, la correction des écarts entre des observations provenant d’instruments différents par un inter-étalonnage des mesures, la détection des observations contaminées par des nuages en fonction de la fréquence d'observation et du type de nuage sont abordées dans cette thèse. Ou encore la création de cartes recensant les zones arides dans lesquelles la température en microondes correspond à celle de la sub-surface qui peut être différente de la température à la surface. Une méthode pour augmenter la résolution spatiale des températures de surface en se basant sur des relations statistiques avec d’autres variables est aussi présentée
Land surface temperature is an essential variable in modeling the global energy budget. Passive microwave imagers aboard satellite provide global observations that can be used to estimate the land surface temperature in all-sky conditions contrary to infrared observations that cannot be used to estimate surface temperatures under overcast conditons. Nevertheless, a few challenges arise when using these observations that are addressed in this thesis. Among them, the correction of observations coming from different instruments through inter-calibration, the detection of cloud-contaminated signal with changing cloud type and frequency. Also, maps of arid areas with high penetration depth where microwave temperature comes from the sub-surface with a temperature that can be different from the skin temperature are created. A downscaling methodology to increase the spatial resolution of land surface temperature using statistical relationship with ancillary variables is also introduced

Le géothermomètre Δ47 est basé sur la relation entre l’abondance des liaisons 13C–18O des carbonates et la température de calcification. Ce proxy contourne potentiellement les limites des autres thermomètres (δ18O, Mg/Ca) pour reconstruire les paléo-températures des océans, expliquant son développement exponentiel depuis dix ans. Cette thèse teste pour la première fois le potentiel et les limites de la thermométrie Δ47 sur les coccolithes, des nannofossiles calcaires produits par des organismes calcifiants dans la zone photique. Ces biominéraux calcitiques et ubiquistes constituent une part importante de l’archive sédimentaire. Des cultures in vitro nous ont permis d’établir que trois espèces de coccolithes actuelles enregistrent la même relation Δ47 – T que la calcite inorganique, alors qu'elles présentent de très larges effets vitaux en δ18O (±5‰). Nous concluons que ces espèces de coccolithes d'importance géologique ne présentent pas d’effets vitaux en Δ47. Nous avons ensuite appliqué le Δ47 à l’étude des sédiments enregistrant l’événement d’anoxie océanique du Toarcien (–183 Ma) au cours duquel les reconstructions de températures restent encore ambigües, notamment du fait de la méconnaissance de la composition isotopique en oxygène de l’eau de mer. Sur la base des données Δ47 acquises, nous proposons des températures élevées (de l’ordre de 36°C), mais restant relativement stables sur l'intervalle d'étude. En couplant ces températures aux données de δ18O des carbonates, nous suggérons une variation importante du δ18O de l'eau de mer dans le Bassin de Paris lors de la mise en place des faciès black shales. Enfin, sur des sédiments pélagiques subactuels, l’une des espèces étudiées présente des déséquilibres isotopiques en Δ47 non observés en culture et explicables par d’autres paramètres environnementaux comme l’intensité lumineuse. Cette thèse illustre le potentiel du thermomètre Δ47 des coccolithes en différents contextes, ouvrant un vaste champ d’application de reconstruction des paléo-environnements sur le Méso-Cénozoïque
The Δ47 geothermometer relies on the relationship between the 13C–18O abundance in carbonateand temperature of calcification. This proxy has the potential to overcome limitations of other thermometers(δ18O, Mg/Ca) to reconstruct oceanic paleotemperatures. This thesis evaluates for the first time the potentialand the limitations of the Δ47 thermometry of the coccoliths, the calcareous nannofossils produced byorganisms calcifying in the photic zone. These calcitic and ubiquitous biominerals represent an importantpart of the sedimentary archive. In vitro cultures allow us to establish that three modern coccoliths speciesrecord the same Δ47–T relation than inorganic calcite, although exhibiting substantial δ18O vital effects(±5‰). We conclude that these coccoliths species do not present any Δ47 vital effect. We subsequentlyapplied the Δ47 proxy to sediments from the Toarcian oceanic anoxic events (–183 Ma) during which thetemperatures reconstructions are still elusive, mainly due to the unknown oxygen isotopic composition ofseawater. On the basis of our Δ47 data, we infer relatively high, yet steady temperatures (around 36°C) duringthe examined interval. By combining these Δ47-derived temperatures to carbonate δ18O data, we can suggestdrastic change in the seawater δ18O composition in the Paris Basin at the onset of black shale deposition. Acore top calibration of Δ47 of coccoliths revealed that one of the studied cultured species exhibits Δ47disequilibrium that is accountable by other environmental parameters, such as light irradiance in the naturalenvironment. Thus, this thesis illustrates the potential of the coccolith Δ47 thermometer in different settings,opening a wide range of application to reconstruct the palaeoenvironments over the Meso-Cenozoic Eras

Les techniques de la télédétection thermique (TIR) ont été appliquées dans les études environnementales spécialement pour l’extraction de la température de surface. La télédétection infrarouge thermique (TIR) est la seule approche possible pour l’extraction de la température de surface (Coll & et al., 2005). De nombreux auteurs ont étudié la température de surface et ont proposé des algorithmes spécifiques pour son extraction à partir de l’image satellitale. (Abdellaoui A. , 1985a) propose un modèle de la relation température de surface-température de l’air près du sol en vue de l’extension spatiale des modèles d’analyse des paramètres de surface ; (Abdellaoui & et al., 1986) proposent un modèle global d’analyse du bilan d’énergie à l’interface sol-atmosphère qui permet d’extraire l’évolution journalière de la température de surface et de l’évapotranspiration ainsi qu’une valeur moyenne de l’inertie thermique; (Becker & Li, 1990) ont appliqué la méthode split-window sur la surface terrestre en prenant en considération l’émissivité de surface. (Sobrino & et al., 1996) ont développé un algorithme split-window pour l’estimation de la température de surface en donnant des coefficients de split-window adapté au capteur ATSR. (Gillespie & et al., 1998) ont appliqué la méthode TES qui utilise une approche de séparation de la température et de l’émissivité pour retrouver la température de surface. (Qin & et al., 2001a) ont trouvé utile de s’intéresser à une seule bande thermique en développant un algorithme mono-window pour l’extraction de la température de surface à partir des données Landsat TM6.Certains logiciels de traitement d’images classiques tels que ENVI, IDRISSI, ERDAS intègrent un module de génération d’une image température de surface en utilisant des paramètres de calibration et d’ajustement. Par ailleurs dans ces logiciels la température de surface ne représente qu’un petit élément dans un ensemble orienté surtout vers le visible. Notre objectif principal dans ce travail est d’élaborer un outil d’extraction et de traitement de la température de surface et son exploitation dans le suivi de l’évolution du paysage en nous basant sur des processus faisant intervenir la chaleur tels les îlots de chaleur ou l’assèchement par évaporation. Les algorithmes que nous développons dans ce travail utilisent un certain nombre de méthodes de calcul de la température de surface à partir des données satellitales ; ces algorithmes sont intégrés dans un module spécifique et accessible à partir d’une interface qui permet à l’utilisateur de choisir la méthode d’extraction la mieux adaptée à son étude
The techniques of thermal remote sensing (TIR) were applied in environmental studies especially for the extraction of the surface temperature. Thermal infrared (TIR) remote sensing is the only possible approach to retrieve LST (Coll & et al., 2005). Many authors have studied this parameter and proposed specific algorithms for its extraction from satellite imaging. (Abdellaoui A. , 1985a) proposed a model for the relationship of the air temperature near the ground for the spatial extension of surface-based parameters models; (Abdellaoui & et al., 1986) proposed a global analysis model of energy balance at the soil-atmosphere interface that extracts the daily changes in surface temperature and evapo-transpiration and an average value of thermal inertia; (Becker & Li, 1990) applied the split-window method on the earth's surface by taking into consideration the surface emissivity; (Sobrino & et al., 1996) have developed a split-window algorithm for estimating the surface temperature by providing split-window coefficients adapted to ATSR sensor. (Gillespie & et al., 1998) applied the TES method that uses a separation approach of the temperature and emissivity to find the surface temperature. (Qin & et al., 2001a) have found it useful to focus on a single thermal band by developing a single-window algorithm for extracting the surface temperature from Landsat TM6 Data.Some conventional image processing software such as ENVI, IDRISSI, ERDAS incorporate a module for generating a surface temperature image using the calibration and adjustment parameters. However, the surface temperature in these software represents only one small element of a set of outputs that are primarily dedicated to the visible rather than to the infrared spectrum. Our main objective in this work is to develop an extraction and processing tool for the surface temperature and its use for the monitoring of the landscape evolution. Using IDL as its image processing engine, our tool is equipped with graphical user interface and user-driven modules. The algorithms developed employ a number of methods to calculate the surface temperature based on satellite data; the interface allows the selection of the most suitable extraction method for the user’s study

La thèse contribue aux recherches scientifiques et technologiques poursuivies dans le contexte opérationnel des projets collaboratifs ALCASAR et LANCASTER réalisés en partenariat avec les entreprises Rakon, Frec'n'sys, Siltronix, SENSeOR et l'Université Claude Bernard (Lyon 1). L’enjeu d'ALCASAR consiste à réaliser des composants à ondes élastiques de surface (SAW) à base d'AlN épitaxié sur saphir pour deux types d'applications : d'une part des résonateurs à produit Q.f maximal pour des sources de fréquence à bruit de phase minimum, d'autre part des capteurs passifs interrogés à distance pour mesures physiques à très haute température (supérieure à 650°C). Les plages de fréquences de ces composants sont situées au voisinage de 1GHz et 4.6GHz. L’enjeu de LANCASTER est sensiblement similaire, les différences étant le matériau utilisé pour le substrat (Langatate) et les plages de fréquences (500MHz et 1GHz). Dans les applications visées, une encapsulation collective (WLP : Wafer Level Packaging) est envisagée et, dans le cas spécifique du capteur à haute température, cette encapsulation comportera les antennes nécessaires à l'interrogation à distance par communication RF. L'objectif essentiel de la recherche consiste en l'optimisation de la réponse des composants à ondes élastiques par rapport aux contraintes différentielles induites par l'encapsulation lorsque les conditions environnementales, et notamment la température, varient
This thesis contributes to scientific and technological research in the context of the ALCASAR and LANCASTER collaborative projects carried out in partnership with the companies Rakon, Frecnsys, Siltronix, SENSeOR and Claude Bernard University (Lyon 1). The challenge of ALCASAR is to produce surface elastic wavelength components (SAW) based on epitaxial AlN on sapphire for two types of applications. The first part will be to maximize the Qf product of resonators for frequency sources with noise of on the other hand, passive sensors interrogated at a distance for physical measurements at very high temperatures (above 650 ° C.). The frequency ranges of these components are located between 1 GHz and 4.6 GHz. LANCASTER 's stake is fundamentally similar, the differences being the material used for the substrate (Langatate) and the frequency ranges (500 MHz and 1 GHz). In the intended applications, WLP: Wafer Level packaging is provided and, in the specific case of the high temperature sensor. The main objective of the research is to optimize the response to the elastic wave components with respect to the differential stresses induced by the encapsulation when the environmental conditions, and in particular the temperature, vary

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 travail s'inscrit dans le cadre des recherches coordonnées sur la combustion dans les moteurs fusées. Il concerne le diagnostic optique de la température par spectroscopie cars. Cette étude est consacrée essentiellement à l'influence de différents perturbateurs (H 2, He, Ar, N 2 ET H 2O) sur les raies Raman purement rotationnelles s 0(j) de h 2. Les raies S 0(J=0 A 4) de H 2 ont été enregistrées à l'aide du spectromètre Raman stimulé à haute résolution de Dijon pour différentes températures comprises entre 296 et 1800 k. Dans le cas de H 2 pur et des mélanges H 2-He, les paramètres collisionnels (déplacement et élargissement) peuvent être extraits directement des spectres expérimentaux. Le déplacement collisionnel varie linéairement avec la racine carrée de la température ; comportement similaire à celui de la branche Q mais avec une amplitude d'un ordre de grandeur plus faible. L'élargissement collisionnel s'écarte d'une loi linéaire à basse température. Les données expérimentales sont comparées aux calculs quantiques réalisés au laboratoire de physique moléculaire de Besançon pour le système collisionnel H 2-He. Dans le cas d’H 2 perturbé par Ar et N 2, l'influence des effets de vitesse en régime collisionnel est moins prononcée que dans le cas de la branche Q. Les spectres sont faiblement asymétriques. Seule apparait une faible non linéarité des coefficients d'élargissement et de déplacement en fonction de la concentration de perturbateur. Le modèle dépendant des vitesses RTBT développé antérieurement pour l'étude de la branche Q permet de rendre compte quantitativement de ces effets en branche S o. Finalement, les branches S o et Q sont étudiées dans les mélanges H 2-H 2o. Seul le comportement de l'élargissement en branche q peut être modélisé en température à partir de lois simples. L'analyse des spectres cars de la branche Q de H 2 réalisés a l'ONERA-Palaiseau dans les flammes cryogéniques montre la validité de notre extrapolation en température.

Les données de télédétection dans l'infrarouge thermique (IRT) sont une source indispensable d'information pour estimer les flux de surface et suivre le fonctionnement des agro-écosystèmes. Cependant, les mesures de température de surface sont sujettes à des effets directionnels très importants (présence de 'hot spot') pouvant entraîner une erreur allant jusqu'à une dizaine de degrés Celsius. Ils doivent être pris en compte en vue des applications opérationnelles. Le travail proposé ici vise à modéliser l'anisotropie directionnelle des couverts végétaux pour mettre au point des méthodes opérationnelles de correction des mesures satellitaires de température de surface. Il est largement motivé par les projets du CNES visant à élaborer une mission spatiale nouvelle combinant une haute résolution spatiale et des capacités fortes de revisite dans l'IRT. Deux étapes de travail ont été menées. La première repose sur l'utilisation du modèle déterministe de transfert Sol-Végétation-Atmosphère SCOPE (Soil Canopy Observation, Photochemistry and Energy fluxes), capable de simuler les radiances directionnelles dans l'optique et l'IRT. Dans ce manuscrit, il est validé par rapport à des mesures de terrain et sa capacité à simuler correctement les effets d'anisotropie démontrée. Il est ensuite utilisé pour étudier de façon systématique la sensibilité de l'anisotropie directionnelle à la structure de la canopée, à son état hydrique, au forçage météorologique et aux configurations angulaires solaire et de visée. Les conséquences en terme d'impact combiné des caractéristiques orbitales des satellites, de la position géographique des sites observés et de la date d'acquisition sur l'anisotropie sont discutées. La seconde étape vise à proposer un modèle paramétrique simplifié (dit RL). SCOPE est ici utilisé en tant que générateur de données. Le modèle RL se révèle robuste et capable de restituer avec succès les signatures directionnelles sur le plan géométrique (position du hot spot) comme pour l'amplitude des effets directionnels. Une comparaison avec le seul autre modèle paramétrique utilisé jusqu'alors en télédétection IRT (le modèle de Vinnikov) confirme les qualités du modèle RL, ce qui en fait un candidat potentiel pour les chaines de traitement des futures données satellitaires
Remotely-sensed data in thermal infrared (TIR) are an essential source of information to estimate surface fluxes and to monitor the functioning of agro-ecosystems. However, surface temperature measurements are prone to directional effects ('hot spot' phenomenon)which may result in an error up to 10°C. They have to be taken into account in the framework of operational applications. The work proposed here aims at modelling the directional anisotropy of continuous vegetated canopies in order to develop operational methods for correcting land surface temperature measurements carried out by TIR satellites. This work is mainly motivated by the CNES projects aiming at developing a new TIR spatial mission combining both high spatial resolution and high revisit time capacities. Two steps were carried out. The first is based on the use of the deterministic SVAT model SCOPE (Soil Canopy Observation, Photochemistry and Energy fluxes), able to simulate directional radiances at top of canopy in both optical and TIR domains. In this thesis, it is validated against experimental measurements and its ability to successfully simulate TIR directional anisotropy demonstrated. Then it is used to study the sensitivity of anisotropy to canopy structure, water status of soil and vegetation, meteorological forcing and solar and observer angular configurations. The consequences of the combined features of satellites orbits, geographical position of the scanned sites and acquisition date on anisotropy are discussed. In the second part, we propose a simplified parametric model (called 'RL'). SCOPE is used as a data generator. The RL model is deemed suitable and able to correctly reproduce directional signatures both in terms of geometry (hot spot position) and amplitude of these effects. A comparison with the only one parametric model previously used in TIR remote sensing (Vinnikov's approach) confirms the good capacities of the RL model. The RL model is thus a potential candidate to the future satellite processing chains

Les recherches menées sur le maintien de l'intégrité de structure, encore appelé surveillance de l'état des structures (SHM) permet la mise en œuvre d'une stratégie d'identification des dommages pour les infrastructures d'ingénierie aérospatiale, civile et mécanique. Ces systèmes se constituent généralement d'un réseau de capteurs intelligents qui permettent l'acquisition des données de l'intégralité de la structure. De plus, l'utilisation accrut des objets connectés (IoT) rend ces systèmes plus attractifs dans le marché. Ainsi, il devient important de concevoir des capteurs sensibles à l'environnement extérieur disposant des caractéristiques innovantes et permettant de procéder à la surveillance en continu de la structure. Les dispositifs à onde acoustique de surface disposent d'une large gamme de caractéristique innovante, leur sensibilité aux perturbations extérieures permet de réaliser des mesures des différentes mesurandes (température, pression, déformation, etc.) en continu. En plus, ces dispositifs peuvent être passifs (sans batterie) interrogeable à distance (sans fil) et auto protégés (sans packaging). La réalisation des capteurs SAW conventionnels se fait généralement sur des matériaux piézoélectriques, ce qui entraîne l'utilisation de la colle pour la fixation du capteur sur la pièce sous test. La colle entraîne la mise en place d'un certain nombre de techniques complexes à réaliser, en plus d'une calibration de la structure fixée avant tout types de mesures. L'utilisation de celle-ci a pour effet, dans un premier temps, de générer des erreurs de mesure dues à la relaxation de la colle dans des environnements hostile et variable. Dans un second temps, un retard de mesure des contraints de déformation due qui varie en fonction de l'épaisseur et de l'environnement des mesures. Dans un troisième temps, souvent très rare à observer le décollage du capteur. L'objectif des travaux de cette thèse est donc de développer des capteurs combinant, les dispositifs SAW au système de surveillance de santé de structure pour la mesure de déformation, de température et de champ magnétique intégrés directement sur des pièces métalliques industrielles
Structural integrity research, also called structural health monitoring (SHM), enables the implementation of a damage detection strategy for aerospace, civil, and mechanical infrastructures. These systems typically consist of a network of smart sensors that enable the collection of data across the entire structure. In addition, the increasing use of connected objects (IoT) in the market is making these systems more and more attractive. Therefore, it is important to develop sensors that are responsive to the external environment, have innovative features, and enable continuous monitoring of the structure. Surface acoustic wave devices have a wide range of innovative properties. Their sensitivity to external disturbances allows continuous measurement of the various measurands (temperature, pressure, deformation, etc.). Moreover, these devices can be passive (without battery), remotely interrogatable (wireless) and self-protected (without packaging). The implementation of conventional SAW sensors is usually on piezoelectric materials, which involves the use of adhesive to attach the sensor to the part under test. The adhesive leads to the need to perform a certain number of complex techniques, in addition to a calibration of the structure to be fixed before any type of measurement. This first leads to measurement errors caused by the relaxation of the adhesive in inhospitable and variable environments. In a second step, a delay is caused in the measurement of the deformation stresses, which varies according to the thickness and environment of the measurements. In a third step, sensor lift-off is often very rare. Therefore, the aim of this work is to develop sensors that combine SAW devices with the structural health monitoring system for the measurement of deformation, temperature and magnetic field integrated directly on industrial metal parts

Les procédés de fabrication additive s’imposent comme des moyens de production alternatifs pour la fabrication de pièces aux géométries complexes et à forte valeur ajoutée. C’est le cas du secteur industriel naval, où est proposée l’utilisation du procédé Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) pour la fabrication de pièces pouvant être creuses. Les matériaux issus de ce procédé présentent classiquement une microstructure hétérogène, des défauts internes, un champ de contraintes résiduelles et des aspérités marquées en surface. Dans ce contexte, et afin de mettre en place une méthode de dimensionnement en fatigue polycyclique d’une structure fabriquée par WAAM, les objectifs de cette thèse sont de proposer des méthodes de prévision prenant en compte, d’une part, les défauts internes inhérents au procédé, et d’autre part, l’état de surface brut de fabrication. La démarche adoptée pour répondre à ces objectifs repose sur l’utilisation de la thermométrie au cours d’essais cycliques pour l’identification de paramètres utiles à la mise en place de modèles probabilistes adaptés à chaque problématique. Il est ainsi montré, d’une part, que l’auto-échauffement (associé au caractère dissipatif) du volume moyen d’éprouvettes usinées, insensible à la présence de rares pores, permet l’identification de propriétés en fatigue d’un matériau virtuellement sain et par étude numérique du matériau avec ses défauts internes. D’autre part, le suivi par thermo-élasticimétrie (associé au couplage thermo-élastique) de surfaces brutes de fabrication permet la détection de l’amorçage de fissure et leur suivi en vue de l’identification d’une loi de propagation. Enfin ces observations sont confrontées au cas d’application d’une structure creuse aux faces internes brutes, à partir de laquelle sont posées les bases d’une démarche de dimensionnement
Additive manufacturing processes act as an alternative to the production of complex geometries and high added value parts. It is the case in the naval industry for which the Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) process is used to fabricate hollow structures. WAAM materials usually show a heterogeneous microstructure, internal defects, a strong residual stress field and rough asbuilt surfaces. The objective of the present work is to propose a method for fatigue life prediction taking into account both the internal defects and the rough asbuilt surfaces. The material parameters of probabilistic models are determined through the use of thermometry in fatigue tests. Firstly, it is shown that the self-heating of machined samples is not affected by the presence of rare pores, allowing for the identification of the fatigue properties of a virtually defect-free WAAM material. Secondly, the use of infrared thermography allows for the detection and the tracking of fatigue cracks on rough as-built surfaces of samples, giving useful information to the modelisation of crack propagation. Finally, these tests results are confronted to the case of a hollow WAAM structures with rough as-built internal surfaces. The fatigue testing of these structures allow to set the basis of a fatigue dimensioning method

Avec le développement des objets connectés et de l’IoT (Internet of Things), le suivi en continu des paramètres corporels et la miniaturisation extrême des équipements de mesures deviennent de réels enjeux de société. Parallèlement, les dispositifs à ondes élastiques de surface (dispositifs SAW), largement utilisés dans les télécommunications pour leur propriété de filtrage, connaissent aujourd’hui un essor pour leur fonction de capteur. C’est précisément dans ce contexte, à l’interface entre l’électronique sur peau et la micro-acoustique que se situe ce sujet de thèse. L’objectif est de développer un capteur de température sans fil qui associe un dispositif basé sur la technologie des ondes élastiques à des antennes étirables. L’utilisation d’une structure à ondes confinées (WLAW) et un choix de matériaux appropriés permettent ensuite de supprimer le besoin d’encapsulation du dispositif. Au format ultrafin et ultrasouple, l’ensemble peut être « tatoué » harmonieusement sur la peau. Une grande partie du travail est consacrée à l’élaboration de dispositifs autoprotégés et à leur optimisation par le biais de différentes stratégies (développement de matériaux en couches minces, designs). L’interrogation à distance est démontrée en utilisant des antennes étirables réalisées par transfer printing
With the development of Internet of Things (IoT), the continuous monitoring of the human body parameters and the extreme miniaturization of devices are becoming major societal challenges. At the same time, surface acoustic wave devices (SAW devices) who are widely used in telecommunications for filtering are booming for their sensor function. It is precisely in this context, between the field of epidermal electronics and micro-acoustics that lies this thesis project. The goal is to develop a wireless temperature sensor that combines a device based on the acoustic wave technology with stretchable antennas. The use of a confined wave structure (WLAW) and a choice of suitable materials remove the need for encapsulation in the device. In the ultrathin and ultra-soft flexible format, the device can be harmoniously “tattooed” on the skin. A significant part of the work is focused on the development of the packageless devices and their optimization through different strategies (development of thin-film materials, designs). The remote interrogation is demonstrated using stretchable antennas made by transfer printing

Les conditions d'élaboration de couches minces de ferrites riches en zinc ont été étudiées en vue de leur intégration comme matériau thermomètre dans des microbolomètres. La pulvérisation cathodique radiofréquence s'est avérée assimilable à un traitement à haute température sous faible pression d'oxygène. La modification judicieuse des conditions de dépôt a permis de limiter les phénomènes de réduction, évitant ainsi la formation de l'oxyde mixte fer-zinc de type wustite. Toutefois, les ferrites obtenus sont déficitaires en oxygène et présentent une température de Curie anormalement élevée. L'évolution de la porosité des films a été établie en fonction des paramètres de dépôt utilisés. Des mesures d'impédance complexe ont révélé que les zones intergranulaires gouvernaient la conduction; leur résistivité augmentant avec la porosité des couches minces. Des recuits sous air et des changements de l'ordre magnétique ont également permis de modifier les propriétés électriques des films.

Obtention par voie électrolytique de couches minces de Ni-P amorphe. Obtention de façon reproductible de rubans de grandes dimensions. Mesure de résistivité électrique sur des rubans de différentes compositions. Détermination de la conductivité et de la diffusivité thermiques de l'alliage Ni-P à partir de la propagation de la chaleur dans des rubans de cet alliage. Réalisation d'un banc de mesure fournissant en temps réel les variations thermiques dans le ruban. Stockage des données et tracé des courbes effectué à l'aide d'un microordinateur. Vérification de la loi Wiedemann Franz