THÃSE DE DOCTORAT EN COTUTELLE - UniversitÃ© Bordeaux 1

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Chapitre 3 Les propriétés thermiques du bétonI t=I t = inertie thermique (J.m -2 .s -½ .K -1 ),k = conductivité thermique (en W.m -1 .K -1 ),δ = diffusivité thermique (en m 2 .s -1 ).Ainsi, un corps présentant une forte inertie thermique aura une faible diffusivité, etinversement.3.2.6. BILANLes quatre paramètres thermiques (conductivité thermique, chaleur spécifique, diffusivitéthermique et effusivité thermique) sont liés entre eux (Tableau 3. 2) :Tableau 3. 2Paramètres thermiques du bétonNom Symbole Sens physique Relation Valeurs (Neville 2002) UnitéconductivitéchaleurspécifiquediffusivitéeffusivitékcδbCapacité à conduirela chaleurCapacité à stockerde la chaleurCapacité à diffuserla chaleurCapacité à absorberde la chaleurkδk = b δ1,5 à 3 W.m -1 .K -1bc = 840 à 1170 J.kg -1 .K -1ρ vδkδ = ρ . 1,67.10 -6 à 5,56.10 -7 m 2 .s -1vcb = k .ρ . vc 2 800 J.m-2 .s -½ .K -13.3 LA THERMOGRAPHIE INFRAROUGEPar définition, la thermographie infrarouge est une technique de cartographie spatiale ettemporelle des températures, dans le spectre du rayonnement infrarouge (AFNOR A 09-4001991). De façon plus imagée, c’est une méthode qui permet de voir l’ « invisible », de le qualifieret de le quantifier (Gaussorgues 1999).Parmi les trois types de capteurs disponibles (radiomètres, scanners et caméras), nous avonschoisi de travailler avec une caméra infrarouge (©FLIR Systems, modèle ThermaCAM TM PM575et ThermaCAM TM SC 2000). Par la suite, nous verrons les principaux avantages de ce typed’appareil. Le lecteur trouvera en annexe 2 du document les caractéristiques des deux camérasutilisées.Selon le type de sollicitation, on distingue la thermographie infrarouge active (sollicitationartificielle contrôlée) et la thermographie infrarouge passive (sollicitation naturelle non contrôlée).3.3.1. LA THERMOGRAPHIE INFRAROUGE ACTIVEDans le cas des méthodes par thermographie infrarouge active, une excitation thermiqueartificielle est nécessaire afin d’observer d’éventuelles discontinuités au sein du matériau. Quatre52
Chapitre 3 Les propriétés thermiques du bétonmodes d’utilisation de ce type de méthode sont possibles. Ils dépendent du type et de la nature dela sollicitation appliquée :• la thermographie pulsée ou « pulsed thermography » : c’est l’une des techniques destimulation thermique (de quelques millisecondes à quelques secondes) la plus utiliséedu fait de sa rapidité (Vavilov et al. 1994). Elle sert, entre autre, à la détection defissures dans une dalle en béton (Starnes et al. 2003, Weritz et al. 2003) ou àl’auscultation de pièces archéologiques (Scudieri et al. 2001)… ;• la thermographie par chauffage par palier ou « step heating thermography » :l’augmentation de la température de surface est contrôlée pendant la stimulationthermique par paliers de température. Cette méthode trouve des applications dansl’évaluation de structures composites (Osiander et al. 1996, Osiander et al. 1998)… ;• la thermographie par chauffage contrôlé au laser ou « lock-in thermography » : cetteméthode est basée sur l’étude de la réponse (en atténuation et déphasage) à lagénération d’ondes thermiques (caractérisées par leur module et la phase) à l’intérieurdu matériau à l’aide d’un chauffage périodique sinusoïdal de sa surface. Elle estsouvent utilisée pour l’inspection de matériaux multicouches (Wu et al. 1996, Wu et al.1997, Sakagami et al. 2002, Wiggenhauser 2002) ou pour la détection de fissures dansles céramiques ou les métaux (Salerno et al. 1997)… ;• la vibrothermographie ou « vibrothermography » : cette technique utilise lephénomène de conversion directe des ondes mécaniques (vibrations) en énergiethermique. La signature thermique au niveau d’une discontinuité (comme une fissureou une délamination) dépend de la fréquence de l’excitation mécanique (Tenek et al.1991, Henneke et al. 1994).Ces méthodes s’appliquent essentiellement en laboratoire (appareillage encombrant,maîtrise de la sollicitation, taille réduite des échantillons…) et sont très difficilement utilisablessur site.3.3.2. LA THERMOGRAPHIE INFRAROUGE PASSIVE3.3.2.1. LA MÉTHO<strong>DE</strong>Des contrastes thermiques (contrastes anormaux de température, notés « ∆T ») ou desgradients en surface peuvent indiquer la présence d’un défaut éventuel dans le matériau. Lathermographie infrarouge passive (aucun chauffage, ni refroidissement ne sont imposés) est uneméthode qui permet de mettre en évidence ces différences de température entre l’environnementet l’objet étudié.L’utilisation d’une caméra infrarouge présente l’avantage de proposer une image thermiqueinstantanée du site. Pour l’analyse des résultats, cette image est associée à une inspection visuelleet/ou à une prise de vue dans le visible. Cela facilite le repérage, permet un contrôle desanomalies thermiques et ainsi une élimination des artéfacts de surface.53
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