Infrared thermography, a potential tool for analysing the material behaviour
La thermographie infrarouge, un outil en puissance pour étudier le comportement des matériaux
Résumé
The deformation of solid materials is accompanied by irreversible dissipative effects. Irreversibility, whose nature depends on the behaviour
of material, results in an intrinsic dissipation of mechanical energy. It may also be due to thermal dissipation induced by heat diffusion and
generated by thermomechanical couplings. The temperature variations produced by these various volume heat sources depend not only on the
material diffusivity, but also on the boundary conditions with the surrounding. Thus, the thermal data are not completely intrinsic to material
behaviour. Techniques of infrared image processing were then investigated to take into account the regularising effects of heat diffusion, and
to estimate, under certain conditions, the distribution of sources during a deformation process. Having briefly reminded the thermodynamic
framework used to interpret the experiments, the numerical methods of infrared image processing will be presented. Finally, the potentialities
of this approach will be illustrated through several examples. In the case of thermomechanical homogeneous tests, it is possible to draw up
complete energy balance useful for developing behavioural constitutive equations. When nonuniform deformation processes arise, infrared
and speckle image processing may be associated to study dissipative and kinematic effects of localisation phenomena.
La déformation des matériaux solides s’accompagne presque toujours de dégagements de chaleur. Ces sources de chaleur sont soit liées à
une dissipation d’énergie, soit elles proviennent de couplages thermomécaniques. Quelle que soit leur nature, elles induisent des variations
de température qui dépendent non seulement de la diffusivité du matériau qui les génère mais aussi des conditions d’échange avec le milieu
extérieur. Ces variations ne sont donc pas totalement intrinsèques au comportement du matériau. C’est pourquoi nous avons développé un
traitement d’images infrarouges permettant d’estimer les fuites thermiques et de déterminer les puissances calorifiques mises en jeu par la
déformation. La prise en compte des mécanismes de diffusion permet alors de savoir où et comment la matière s’échauffe ou se refroidit sous
l’action d’un chargement mécanique. Cet article rappelle, d’une façon que l’on espère simple et didactique, les notions liées aux mécanismes
dissipatifs et de couplage. Il présente brièvement le traitement d’images menant à l’estimation des sources à partir de données infrarouges.
Plusieurs applications viennent enfin illustrer les potentialités de cette approche énergétique du comportement des matériaux. Quand l’essai
mécanique est homogène, il est possible de dresser des bilans d’énergie utiles à la construction des modèles de comportement. Dans le
cas contraire, les données infrarouges peuvent être associées à des mesures par corrélation d’images de granularité pour analyser les effets
dissipatifs et cinématiques de la localisation.