Soutenance mémoire
La chaleur
La chaleur est une forme d’énergie échangée entre deux corps. Ce transfert s’effectue sous forme d’énergie mécanique microscopique, correspondant au degré d’agitation des molécules. Ainsi, lorsqu’un corps reçoit de la chaleur, l’agitation de ses molécules s’intensifie, ce qui se traduit la plupart du temps par une augmentation de sa température. Cependant, un apport de chaleur peut également provoquer un changement d’état : un glaçon chauffé fond progressivement tout en restant à la température de 0 °C. Entre deux corps, la chaleur se propage spontanément du corps qui a une température plus élevée vers celui qui a une température plus basse. On augmente donc la température de ce dernier, tout en abaissant la température du premier [1].
La direction de propagation
Pour l’étude du rayonnement, on est amené à définir plusieurs grandeurs photométriques énergétiques fondamentales.
i) La composition spectrale (longueur d’onde) : La composition spectrale du rayonnement peut être :
– Monochromatique nommée également densité spectrale. Elle ne concerne qu’un intervalle spectral étroit d centré autour d’une longueur d’onde c’est-à-dire pour les longueurs d’onde comprises entre et d ,
– Totale pour lesquelles toutes les longueurs d’onde sont prises en compte pour l’évaluation de la grandeur.
ii) La distribution spatiale : C’est la direction de propagation par rapport à la normale de la surface émettrice. Si la source est sphérique, pour lesquels tous rayons issus de la source est confondu avec la normale de la surface d’émission. Un petit élément de surface de la source n’émet que dans la direction normale. Si la source est hémisphérique ; pour la source non sphérique, un petit élément de surface du corps émetteur peut être considéré comme plan. Un petit élément de surface admet une direction normale. Cet élément de surface rayonne dans un demi-espace limité par le plan tangent. Si la source est hémisphérique directionnelle, le rayonnement est contenu dans un cône de révolution de petite ouverture, la direction de propagation étant confondue avec l’axe de révolution du cône
Les traitements chimico-thermiques.
Ils consistent à modifier superficiellement la structure cristalline d’une pièce par chauffage à température déterminée en présence d’éléments chimiques capables de phénomènes de mise en solution, on obtient ainsi soit des pièces à âme douce et périphérie dure, soit des pièces à âme dure et périphérie douce, soit des pièces présentant des bonnes qualités de frottement.
– LA CÉMENTATION : augmentation de la dureté superficielle des aciers doux et demi-doux par accroissement de la teneur en carbone de la couche périphérique pour la rendre trempable tout en conservant une bonne résilience à cœur. Applications : pièces de frottement, cames, engrenages, etc.
– LA CYANURATION : Cémentation liquide dans un bain de cyanure. Elle présente l’avantage de ne pas oxyder ni déformer les pièces.
– LA NITRURATION : Augmentation de la dureté superficielle par diffusion d’azote. Applications : pièces de frottements intenses, soumises à des températures élevées, cages de roulements, chemises de cylindres, axes de pistons, etc.
– CARBO-NITRURATION : Cémentation mixte par le carbone et l’azote.
– LA SULFUNISATION : Diminution du coefficient de frottement par diffusion de soufre dans la couche périphérique. On obtient ainsi une très grande résistance au grippage même sous de fortes pressions. Applications : Robinets, vannes, pompes hydrauliques, pistons hydrauliques, axes, etc.
– LA MALLÉABILISATION : Décarburation périphérique des pièces en fonte blanche pour les rendre usinables.
Capteurs de température de contact
Ce sont les capteurs dont le principe général concerne l’échange de chaleur entre l’objet ciblé et le capteur jusqu’à ce que les deux aient la même température. Le thermocouple est un capteur actif qui fournit une grandeur électrique traitable ou manipulable. Son principe de fonctionnement se base sur l’effet Seebeck. Le fonctionnement des thermomètres à résistance et des thermistances est basé sur un même phénomène physique, à savoir la variation de la résistance d’un conducteur avec la température. Il est possible d’utiliser des composants électroniques comme capteurs de températures. Ce ne sont pas principalement les caractéristiques fondamentales de ces composants qui nous intéressent, mais plutôt certaines de leurs particularités. Dans une jonction p-n soumise à un courant fixe, la tension aux bornes de ce composant dépend de sa température.
Les problèmes entre l’instrument et la cible
La propagation du rayonnement infrarouge dans l’atmosphère entraine son affaiblissement à cause de la présence de turbulences et de gradients thermiques ainsi que du rayonnement propre de l’atmosphère. Si le milieu séparant l’instrument et la cible est le vide, il y a aucune perte d’énergie lors de la mesure. De même, si la mesure est faite à une courte distance de l’objet, il y a très peu de pertes d’énergie. Cependant, si la distance séparant la cible de l’instrument augmente, ou si l’air les séparant devient plus lourd, comme le vapeur d’eau par exemple, l’énergie perdue lors de la transmission atmosphérique devient significative. L’erreur liée à l’atténuation dépend de la longueur d’onde de travail, du spectre utilisé, de la distance d’observation et des conditions météorologiques. On peut s’affranchir en grande partie de ces erreurs en effectuant des mesures en milieu clos et à faible distance de la cible lorsque cela s’avère possible.
Les difficultés sur l’instrument de mesure
L’instrument doit pouvoir effectuer des mesures de façon répétable et dans une certaine gamme de températures fixée par le constructeur. Dans cette gamme de températures, l’instrument présente un degré de précision décrite au préalable. On doit également pouvoir connaitre la plus petite variation de température que l’instrument est capable de déceler. Cette dernière caractéristique conditionne généralement une partie due au prix de l’instrument. Le temps de réponse de l’instrument à un changement de température de la cible est également à prendre en compte. Globalement, lorsqu’on gagne du temps de réponse, il faut s’attendre à perdre en sensibilité. Le système de mesure en lui-même peut émettre des rayonnements parasites venants des différents composants du système (lentilles, diaphragmes, miroirs) et qui s’ajoutent au signal utile en limitant les performances de mesure. Ces bruits parasites dépendent de la température interne du système.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1. GENERALITES SUR LA TEMPERARURE , LES RAYONNEMENTS ET LES TRAITEMENTS THERMIQUES DES METAUX
1.1. Introduction
1.2. Généralités sur la chaleur et la température
1.2.1. La chaleur
1.2.2. Mode de transfert de la chaleur
1.2.3. Notion de la température
1.2.4. Mesure de la température
1.3. Rayonnement des corps
1.3.1. Généralités sur les ondes électromagnétiques
1.3.2. Grandeurs énergétiques
1.3.3. Rayonnement du corps noir
1.3.4. Rayonnement des corps réels
1.3.5. Récapitulation
1.4. Le traitement thermique des métaux
1.4.1. Définition du traitement thermique des métaux
1.4.2. Types de traitements
1.4.3. Le fer et ses caractéristiques
1.4.4. Le carbone et ses caractéristiques
1.4.5. Définitions des constituants micrographiques
1.4.6. Les transformations des métaux
1.4.7. Solidification et transformation des aciers et fontes
1.4.8. Importance du traitement thermique des métaux
1.5. Conclusion
CHAPITRE 2. ETUDE DE DIFFERENTES TECHNOLOGIES DES DETECTEURS INFRAROUGES
2.1. Introduction
2.2. Généralité sur le capteur de température
2.2.1. Capteurs de température de contact
2.2.2. Pyromètres optiques
2.2.3. Définitions des quelques mots
2.3. Détecteurs thermiques
2.3.1. Généralités
2.3.2. Détecteurs thermiques classiques
2.3.3. Détecteurs thermiques de nouvelle génération
2.4. Détecteurs quantiques
2.4.1. Généralités sur les détecteurs quantiques
2.4.2. Détecteurs photoconducteurs
2.4.3. Détecteurs photovoltaïques
2.4.4. Détecteurs infrarouge à puits quantiques
2.5. Autres types de détecteurs
2.5.1. Dispositifs à transfert de charges
2.5.2. Détecteurs IRCCD
2.5.3. Détecteurs SPRITE
2.6. Récapitulation sur les détecteurs infrarouges
2.6.1. Les types de détecteurs Infrarouges
2.6.2. Domaine spectral de sensibilité
2.7. Conclusion
CHAPITRE 3. CONCEPTION D’UN PYROMETRE UTILISE DANS L’INDUSTRIE METALLURGIQUE
3.1. Introduction
3.2. Généralité sur le pyromètre
3.2.1. Définition d’un pyromètre et d’un thermomètre
3.2.2. Avantage de la thermométrie infrarouge
3.2.3. Les problèmes de la thermométrie infrarouge
3.2.4. Les conditions satisfaisantes pour la thermométrie à infrarouge
3.3. Le système de mesure de la température à infrarouge
3.3.1. Principe de fonctionnement d’un thermomètre à infrarouge
3.3.2. Différents types de pyromètres
3.3.3. Influences de l’environnement ambiant
3.3.4. Optique et fenêtre
3.3.5. Les différentes sortes de visée laser
3.4. Mesure de la température des métaux
3.4.1. Généralité sur les métaux
3.4.2. Pyromètre idéal pour la mesure de la température des métaux à température élevée
3.4.3. Choix des deux longueurs d’ondes
3.4.4. Structure de l’appareil
3.4.5. Organigramme de fonctionnement de l’appareil
3.4.6. Traitement électronique
3.4.7. Calcul de la température de l’objet ciblé
3.5. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE 1. Intégration de l’émittance monochromatique
ANNEXE 2. Emissivité des métaux
ANNEXE 3. Puits quantique
REFERENCE
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