Caractérisation thermique d'un matériau bicouche constitué d'un revêtement ou d'un film mince déposé sur un substrat
Creators: name: El Rassy, Elissa
name: Billaud, Yann
name: Saury, Didier
Publisher: name: Société Française de Thermique
Year: 2019
Subjects: Conduction thermique
matériaux bicouche
quadripôles thermiques
problème inverses
méthode flash

description: Les matériaux bicouches sont fréquemment utilisés dans différentes disciplines et secteurs industriels. Parmi ces matériaux, ceux qui sont constitués d'un revêtement déposé sur un substrat sont de plus en plus utilisés, notamment en raison des caractéristiques de ce dépôt (protection contre l'oxydation et l'érosion, contrôle thermique et électrique de la surface...). Ainsi, la caractérisation thermique de ce type de matériaux revêt un enjeu crucial dans de nombreuses applications afin de prédire les profils de température et les flux mis en jeux dans ces structures. Cette étude présente une méthode permettant une mesure simultanée de la diffusivité thermique du substrat ainsi que celle de la couche mince ou du revêtement déposé sur ce dernier. L'estimation des diffusivités thermiques repose sur la résolution d'un problème inverse par minimisation de l'écart quadratique entre la réponse d'un modèle semi-analytique [1] et les mesures issues d'une unique expérience de type ‘méthode flash' [2]. L'évolution de la température est mesurée par caméra infrarouge sur la face avant ou arrière, suite à cette excitation quasi-instantanée imposée, en face avant ou arrière, par un laser $\mathsf{CO}_2$. Les difficultés liées à la maîtrise de l'excitation, en termes de distribution du flux imposé par le laser ou de l'énergie absorbée par le matériau, sont surmontées en estimant les paramètres associés à l'excitation simultanément avec les diffusivités thermiques. En outre, considérant la complexité du problème liée à ses conditions limites et au nombre important de paramètres à estimer, les algorithmes déterministes (i.e. descente de gradient) se révèlent moins adaptés que les algorithmes stochastiques. L'optimisation par essaims particulaires a montré de bonnes performances pour ce type de problèmes [3]. Dans un premier temps, une étude de faisabilité basée sur une évaluation des sensibilités du modèle aux paramètres à estimer est menée sur un matériau bicouche composé d'un film mince ($10 \unit{\mu m} &lt; e &lt; 100 \unit{\mu m}$) déposé sur un substrat. Cette étude permet de comparer différentes configurations expérimentales possibles (4, en termes de faces d'excitation et de mesures) afin d'aboutir à la configuration optimale. Les résultats de l'identification correspondants à cette configuration sont ensuite présentés et validés avec des valeurs de la littérature. Finalement les spécifications de l'identification, en termes de vitesse, robustesse et précision, sont discutées. \noindent [1] D. Maillet, S. André, J. C. Batsale, A. Degiovanni, and C. Moyne, Thermal quadrupoles: solving the heat equation through integral transforms. Wiley, 2000. \noindent [2] W. J. Parker, R. J. Jenkins, C. P. Butler, and G. L. Abbott, “Flash Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity, and Thermal Conductivity,” J. Appl. Phys., vol. 32, no. 9, pp. 1679–1684, Sep. 1961.