Mesure des températures par thermographie

La figure 3.10 montre une visualisation d’une bande de déformation détectée par la thermographie infrarouge. La variation de température montrée dans la figure 3.10 est obtenue de la façon suivante : à chaque acquisition de temps t, les données acquises sont une matrice représentant le champ de températures mesuré par la caméra infrarouge, où x représente des lignes (dans la direction transversale) et y les colonnes (dans la direction longitudinale correspondant à l'axe de traction), et ( , )x y un pixel de la zone imagée dans

l’éprouvette. Pour réduire au minimum le bruit dans la visualisation des bandes, la variation de température moyenne d'une ligne est calculée par

1

0

( , , ) ( , , ) 1 ( , , )

j m

j

T x y t T x y t m t T x y t j t

δ m δ

= −

=

∆ = + −

2

où δtest la vitesse d'acquisition de l'obturateur de la caméra. Le choix du paramètre m dépend de la vitesse de déplacement du vérin de la machine et de la vitesse d'acquisition des images pendant l'essai.

Avec les images capturées par la caméra infrarouge (par exemple, figure 3.9b), nous avons le champ de température le long de toute l’éprouvette. Cependant, ces données sont bruitées. Une deuxième façon pour filtrer et traiter ces données (la première étant l’analyse spatio-temporelle de l’équation 3.18) est d’employer premièrement une fonction spéciale qui renvoie un filtre passe-bas gaussien de rotation symétrique d'une taille déterminée pour chaque cas avec l’écart type sigma (positif).

Ces données sont traitées avec le code de calcul Matlab et une sorte de fenêtrage, où une taille de fenêtre est choisie pour défiler le long de toute l’image, est utilisé pour essayer de lisser au maximum les bruits de mesure. Avec cette matrice (le champ de température) et un filtre bidimensionnel h (la fenêtre), la fonction filter2 tourne la matrice du filtre de 180 degrés pour créer un noyau de convolution. Il appelle alors conv2, la fonction bidimensionnelle de convolution, pour mettre en application l'opération de filtrage (cf. Matlab Documentation Set).

Avec ce filtrage, la même séquence de deux images pour la thermographie infrarouge montrant deux instants de la propagation d'une bande de déformation de PLC de la figure 3.10a (filtrage à travers l’équation 3.18) est montrée dans la figure 3.10b en vue tridimensionnelle où nous pouvons constater une meilleure netteté, dans ce cas. On remarque que le paramètre m, qui dépend de la vitesse de déplacement du vérin de la machine et de la vitesse d'acquisition des images pendant l'essai, est le même dans les deux cas.

t = 5,7 s t = 5,8 s

t = 5,7 s t = 5,8 s

(a)

t = 5,7 s t = 5,8 s

t = 5,7 s t = 5,8 s

(b)

Figure 3.10: Vue tridimensionnelle d’une bande de déformation en montrant les distributions de la température à différents instants : (a) Données filtrées à partir de l’équation 3.4 ; (b) Données filtrées à partir de la deuxième procédure.

La caméra infrarouge permet d’avoir le champ de températures sur une face de l’éprouvette. Un miroir infrarouge peut éventuellement être utilisé pour mieux observer les bandes de déformation simultanément sur deux faces de l’éprouvette.

La disposition du miroir est montrée sur la figure 3.11. La figure 3.11b montre le capteur du champ de température de la caméra infrarouge juste après la rupture. On observe que les gradients de température sur deux faces sont les mêmes, ce qui veut dire que la réflexion infrarouge est très satisfaisante.

(a) (b)

Figure 3.11: (a) Montage et disposition du miroir infrarouge permettant l’enregistrement de la température simultanément sur deux faces de l’éprouvette ; (b) Capteur de la caméra infrarouge.

La corrélation d’images et la thermographie infrarouge nous permettent de voir en détails la nucléation et l’évolution des bandes de déformation. La figure 3.12 montre le schéma d’une éprouvette plate lisse (EPL) utilisée largement durant tout le travail. Pour tous les essais effectués sur ce type d’éprouvettes, celle-ci a été fixée de la même manière sur la machine de façon à conserver une même longueur utile de 120 mm. La zone en pointillés fins est la zone imagée par la corrélation d'images numériques. La zone en pointillés gras est la zone imagée par la thermographie infrarouge numérique. X et Y sont les endroits utilisés pour présenter les résultats expérimentaux. Les détails de fréquences d’acquisition et de facteurs de conversion en mm et en pixels sont donnés en annexe C pour tous les essais effectués.

Longueur utile Zone pour la corrélation d'images Zone pour la thermographie infrarouge

Figure 3.12: Eprouvette plate lisse (EPL) abondamment utilisée durant ce travail. Pour tous les essais EPL, l’éprouvette a été amarrée de la même manière, la distance entre mors étant fixée à 120 mm. La zone en pointillés fins est la zone imagée pour la corrélation d'images numériques, alors que celle en pointillés gras est la zone imagée en thermographie infrarouge numérique. X et Y sont les endroits utilisés pour présenter les résultats expérimentaux.

La figure 3.13 montre le schéma d’une éprouvette cylindrique lisse (ECL) aussi utilisée lors de plusieurs essais de traction et de traction-compression durant ce travail. La zone indiquée le long de la longueur utile (en rouge) a été imagée pour la thermographie infrarouge numérique, et X et Y sont les endroits utilisés pour présenter les résultats expérimentaux.

Notons que dans ce cas, la corrélation d’images n’a pas été utilisée. La stéréo-corrélation, maintenant disponible, pourra être utilisée à l’avenir.

Dans le cas d’application des bandes de PLC, les fréquences d’acquisition des images sont généralement de 30, 50, 100 ou 150 images/s. Cette fréquence dépend de la vitesse de déformation nominale appliquée durant l’essai. Les détails de fréquences d’acquisition et de facteurs de conversion sont aussi donnés en annexe C.

Zone pour la thermographie infrarouge

Figure 3.13: Eprouvette cylindrique lisse (ECL) utilisée dans plusieurs essais de traction et traction-compression pendant tout le travail. Le secteur rouge est la zone imagée en thermographie infrarouge numérique. X et Y sont les endroits utilisés pour présenter les résultats expérimentaux.