Caractérisation dimensionnelle de défauts par thermographie infrarouge stimulée. Contrôles et Mesures Optiques pour l’Industrie novembre Arcachon Par Pascal Collin*, Jean-Charles Candoré*, Jean-Luc Bodnar*, Françoise Depasse*, Nicolas Horny*, Vincent Detalle**, Philippe Grossel*. *Laboratoire d’Energétique et d’Optique, UFR Sciences Exactes et Naturelles, BP 1039, Reims cedex 02 ** Laboratoire de Recherche des Monuments Historiques, 29 avenue du Paris, Champs sur Marne

2 Sommaire Principe de la radiométrie phothermique Présentation de l’échantillon étudié Présentation de l’instrumentation mise en œuvre Présentation des résultats obtenus Conclusions Perspectives

3 Principe de la radiométrie phothermique

4 Schéma de l’échantillon étudié ,5

5 Présentation de l’instrumentation mise en oeuvre

6 Présentation des résultats obtenus Exemple d’images photothermiques obtenues

7 Réponses photothermiques brutes obtenues pour des profondeurs de défauts de : 1,15 mm, 1,56 mm, 1,86 mm et 2,36 mm.

8 Intégrale sous la réponse photothermique

9 Image codée en fausses couleurs Représentation 3D Intégrale sous la réponse photothermique

10 Temps de vol

11 Image codée en fausses couleurs Représentation 3D Temps de vol

12 Intégrale sous la courbe de contraste

13 Image codée en fausses couleurs Représentation 3D Intégrale sous la courbe de contraste

14 Valeur du maximum de la courbe de contraste Image codée en fausses couleurs Représentation 3D

15 Caractérisation de la profondeur du défaut Présentation du modèle numérique Excitation créneau t signal Réponse du matériau Hypothèses : Échantillon d’épaisseur constante plongé dans l’air. Chauffage en créneau d’une durée t. Matériau homogène et isotrope. Surface du matériau plane. Pertes de chaleur en surface représentées par un coefficient d’échange convectif h. Utilisation de l’équation de Fourier sans source (l’apport de chaleur apparaissant comme une condition aux limites).

16 * Équation de la chaleur : * Conditions aux limites : en x=0 (flux) en x=L Sa résolution, à l’aide des transformées de Fourier conduit à la solution suivante :

17 Les données théoriques et expérimentales sont comparées, Les données théoriques et expérimentales sont comparées, un algorithme de minimisation permet l’ajustement pour que l’écart entre ces données soit le plus faible possible. Points de mesure considérés Réponses photothermique expérimentale et théorique obtenues

18 Comparaison entre les profondeurs de défaut mesurées par thermographie infrarouge stimulée et à l’aide d’une jauge de profondeur

19 Conclusions Nous avons d’abord montré que la méthode photothermique permettait bien la détection du défaut présent dans l’échantillon étudié et qu’elle donne accès à un signal photothermique sensible à sa profondeur. Nous avons ensuite présenté des cartes de paramètres photothermiques donnant une bonne idée de la configuration géométrique du défaut étudié et qui pourraient devenir de ce fait des outils intéressants d’aide à la restauration du patrimoine. Nous avons montré que la confrontation théorie/expérience donnait accès à une bonne estimation de la profondeur à laquelle se situe le défaut.

20 Perspectives Ces résultats encourageants demandent maintenant à être confirmés et complétés. Un modèle plus complet que celui mis en œuvre pour l’étude est à développer. Il serait ensuite intéressant d’étudier les possibilités de la variante aléatoire de la méthode photothermique, car moins énergétique que la méthode utilisée, en matière de caractérisation de défauts. Il serait enfin intéressant, d’étudier les possibilités de la méthode lors de l’étude quantitatives de fresques réelles.