Mesure sur terrain

Certaines mesures doivent être réalisées directement sur site afin d’évaluer les performances d’un système dans ses conditions réelles d’exploitation. Qu’il s’agisse d’installations industrielles, d’infrastructures énergétiques ou d’équipements en fonctionnement, les mesures sur terrain permettent d’obtenir des données fiables et représentatives. Cette page décrit les techniques, instruments et protocoles que nous employons pour mener des campagnes de mesures sur terrain, avec la précision et la réactivité nécessaires aux contraintes opérationnelles.

Mesure d’émissivité dans le désert de Namib Mesure de l’émissivité thermique sur des boites d’essieux de train

Mesure d’émissivité et de température dans le désert du Namib

L’ESA (Agence Spatiale Européenne) Surveille la température de surface de la terre. Pour permettre une mesure sans biais, un Benchmark a été organisé en plusieurs points du globe pour mesurer l’émissivité directionnelle de différents sols ainsi que leurs températures.

Les équipes de recherche impliquées ont été celle du KIT( karlsruhe institute of technology), de l’ONERA, du NPL (National Physical Laboratory) et de THEMACS Ingénierie.
Nous avons constaté que dans le désert du Namib le gravier et le sable ont un comportement spectral dans l’infrarouge qui fait varier fortement l’émissivité dans le domaine d’observation des satellites de l’ESA.

Etude de l’émissivité de revêtements dans le désert du Namib

Des mesures d’émissivité ont été entreprises dans le désert du Namib par THEMACS Ingénierie avec l’émissomètre EM3 configuré dans la bande 8-12µm. Sur la figure 1 on peut voir la méthode employé pour effectuer les mesures ainsi qu’un tableau de mesure reflétant les mesures faite in-situ.

Devant la dispersion des mesures il a semblé utile de ramener des échantillons pour les mesurer en laboratoire.
Des mesures ont été faites avec un spectromètre à transformée de Fourier (figure 2). Sur la figure 2 on peut voir les échantillons mesurés. Il s’agit du sable prélevé sur place ainsi que du gravier. Ces deux types de produits se retrouvent en proportions inégales. Etant donné que leurs émissivités sont sensiblement différentes, en fonction des conditions de vent, la proportion sable/gravier peut fortement affecter l’émissivité de l’ensemble. Les mesures spectrales sont présentées figure 3.

Figure 1 : Mesure de l’émissivité dans le désert du Namib. Tableau de mesure sur site

Figure 2 :

A Spectromètre FTIR Perkin-Elmer avec sphère intégrante pour la mesure de la réflexion spectrale directionnelle-hémisphérique.
B exemple de gravier récoltés sur site dans le désert du Namib.
C et D Sable récolté sur site dans le désert du Namib

Réflectance spectrale directionnelle-hémisphérique d’échantillons de gravier (à gauche) et du sable (à droite) récoltés dans le désert du Namib

Figure 3 :

Figure 4

Principe du système de mesure dans le désert du Namib (à gauche). La flèche rouge montre la zone visée par la caméra ainsi que les références de luminance (A). A droite l’image thermique correspondante avec les 3 zones de référence et 2 zones sur le sol.

Mesure des températures de surface (surf 1 et 2), les mesures des références (White et Black) ainsi que la mesure de température d’environnement radiatif (alu).

Mesure de l’émissivité thermique sur des boites d’essieux de train

Mesures Spectrales :

Les mesures ont été effectuées à l’aide d’un spectromètre de marque AGILENT (figure 1). La bande spectrale utile est de 2µm à 15µm. Le détecteur est un DTGS

Figure 1 : Mesures avec le spectromètre infrarouge FTIR-4300Mesures de l’émissivité :

Les mesures d’émissivité totale directionnelle sont effectuées grâce à l’émissomètre EM2 et EM3. L’émissomètre EM2 permet de mesurer l’émissivité en bande large (1 à 50µm) et EM3 dans la bande 8-12µm. La figure 2 présente les deux émissomètres utilisés.

Figure 2 : Emissomètre EM2 à gauche et EM3 à droiteRésultats

Les mesures spectrales ont été effectuées avec le FTIR-4300 d’AGILENT. L’intérêt de ces mesures est de vérifier le ratio entre les mesures d’émissivité en large bande et en bande étroite. Ces mesures nous renseigne aussi sur la nature du revêtement et de son éventuelle pollution par un dépôt (poussière, graisse,…).

Les mesures ont été faites sur plusieurs essieux identiques. Cette redondance a permis d’éliminer des mesures par deux cribles. D’une part en vérifiant l’écart-type des sommations nécessaires à la mesure faites avec EM3. D’autre part en éliminant les mesures pour lesquelles le ratio entre les deux types d’émissivités calculées d’une part avec les données spectrales et les mesures avec EM2 et EM3 divergent fortement.

Figure 3 : Réflectance spectrale en % des différentes surfaces mesurées en fonction de la longueur d’onde en µmConclusion:

Après de nombreuses mesures sur différents types d’essieux (type de train, de peinture, neufs et usagés) on peut considérer raisonnablement que l’émissivité des boites d’essieux peut varier entre 0.87 et 0.95.

Données bibliographiques:

[1] Infrared Emissivity Measurements of Building and Civil Engineering Materials A new device for measuring emissivity, JP Monchau, L. Ibos, Y. Candau, V. Feuillet, M. Marchetti, J. Dumoulin, International Journal Of Thermophysics, june 2013

[ 2] Comparative study of radiometric and calorimetric methods for total hemispherical emissivity measurements, Jean-Pierre Monchau, Jacques Hameury, Patrick Ausset, Bruno Hay, Laurent Ibos & Yves Candau, Heat and Mass Transfer, Wärme- und Stoffübertragung ISSN 0947-7411, Heat Mass Transfer DOI 10.1007 / s00231-017-2238-6

[3] GUM 1995, Evaluation of measurement data – A guide to the expression of uncertainty