Thermographie de profondeur : mesure précise de la température interne pour matériaux 3D

Des ingénieurs ont déterminé à distance la température sous la surface de certains matériaux en utilisant une nouvelle technique appelée thermographie de profondeur. La méthode peut être utile dans des applications où les sondes de température traditionnelles ne fonctionnent pas, comme la surveillance de la performance des semi-conducteurs ou les réacteurs nucléaires de prochaine génération.

De nombreux capteurs de température mesurent le rayonnement thermique, dont la plupart se trouve dans le spectre infrarouge, provenant de la surface d'un objet. Plus l'objet est chaud, plus il émet de rayonnement, ce qui est la base pour des dispositifs comme les caméras d'imagerie thermique. La thermographie de profondeur, cependant, va au-delà de la surface et fonctionne avec une certaine classe de matériaux qui sont partiellement transparents au rayonnement infrarouge.

Les chercheurs sont capables de mesurer le spectre du rayonnement thermique émis par l'objet et d'utiliser un algorithme sophistiqué pour déduire la température, non seulement sur la surface mais aussi en dessous de la surface — des dizaines à des centaines de microns à l'intérieur.

Pour le projet, l'équipe a chauffé un morceau de silice fondue (un type de verre) et l'a analysé en utilisant un spectromètre. Ils ont ensuite mesuré des relevés de température à partir de diverses profondeurs de l'échantillon en utilisant des outils computationnels qu'ils avaient précédemment développés dans lesquels le rayonnement thermique émis par des objets composés de plusieurs matériaux était mesuré. En travaillant à rebours, ils ont utilisé l'algorithme pour déterminer le gradient de température qui correspondait le mieux aux résultats expérimentaux.

Cet effort particulier était une preuve de concept. Dans les travaux futurs, l'équipe espère appliquer la technique à des matériaux multicouches plus complexes et appliquer des techniques d'apprentissage automatique pour améliorer le processus. Finalement, ils veulent utiliser la thermographie de profondeur pour mesurer les dispositifs semi-conducteurs afin d'obtenir des informations sur leurs distributions de température pendant qu'ils fonctionnent.

Ce type de profilage de température 3D pourrait également être utilisé pour mesurer et cartographier des nuages de gaz et de liquides à haute température ; par exemple, dans les réacteurs nucléaires à sel fondu où il est important de connaître la température du sel à travers le volume sans avoir à utiliser des sondes de température qui pourraient ne pas survivre à 700 °C.