Post-Doctorant F / H Modélisation et schémas numériques des échanges radiatifs mesurés par un c[...]

Ce travail de recherche s'inscrit dans le cadre du projet Européen HORIZON CHIPS JU BRIGHTER (qui s'intéresse à la conception, la réalisation et l'étude de nouveaux détecteurs infrarouges non refroidis avec des constantes de temps thermique plus faibles "Fast Pixel" (FP) ou à la fonctionnalisation spectrale au niveau du pixel de la matrice du détecteur matriciel "MultiSpectral Pixel" (MSP).

Des premiers prototypes de caméras thermiques infrarouges ont été réalisés en 2023 et mis à disposition de L'Inria et de l'Université Gustave Eiffel pour conduire différents travaux de R&D. Ces prototypes intègrent des matrices de microbolomètres à plan focal conçus par le CEA et LYNRED. Les prototypes de caméras ont quant à eux été réalisés par Xenics (FP) et SENSIA (MSP).

Mission confiée

Les dernières avancées technologiques apportées aux détecteurs et aux caméras infrarouges non refroidis offrent de nouvelles opportunités pour estimer la température des objets observés, sans contact et à distance. En particulier, la thermographie infrarouge multispectrale peut être utilisée pour la surveillance thermique des structures de génie civil pour lesquelles les données sont acquises sur une longue période. Cependant, sans aucune connaissance sur l'objet observé, la température ne peut être exploitée que de manière relative. En effet, le calcul de la température d'un objet par thermographie infrarouge ne peut se faire sans la connaissance de l'émissivité, propriété radiative intrinsèque à l'objet. L'écriture des équations physiques amène ainsi à un problème mal posé.

Les approches traditionnelles de séparation de la température et de l'émissivité (TES) reposent sur des hypothèses simplifiées et des modèles empiriques. Ces méthodes supposent souvent une émissivité uniforme ou s'appuient sur des bases de données pour estimer l'émissivité. Bien qu'efficaces dans certains cas, ces approches manquent de précision et de robustesse, notamment dans des environnements complexes et hétérogènes. Par conséquent, des approches plus avancées ont été étudiées et développées dans la littérature, notamment dans le domaine de la télédétection.

Ces méthodes peuvent être subjectivement divisées en différentes catégories :

1. Méthodes de séparation spécifiques au domaine de la télédétection : ces méthodes supposent soit une partie connue, soit une partie inconnue du spectre d'émissivité. Elles reposent principalement sur des hypothèses sur le système de mesure utilisé et les propriétés particulières de l'émissivité dans le domaine d'application.
2. Méthodes de séparation générales : une linéarisation des équations permet de simplifier le problème et ainsi d'estimer simultanément l'émissivité et la température. Cependant, la littérature montre les limites d'approximations numériques d'une telle approche. Ainsi, les dernières méthodes ont recours à des approches bayésiennes pour effectuer l'estimation simultanée.
3. Méthodes d'apprentissage automatique : les réseaux de neurones ont été largement utilisés dans le domaine de la télédétection. Cependant, ces méthodes reposent toujours sur la base de données sous-jacente disponible.

Malgré des progrès significatifs, plusieurs défis subsistent dans l'estimation de la température par thermographie infrarouge :

• Variabilité spatiale et temporelle : prendre en compte la variabilité spatiale et temporelle des propriétés de surface pose un défi, surtout dans des environnements dynamiques.
• Calibration des capteurs et bruit : une calibration précise des capteurs et l'atténuation du bruit sont essentielles pour une estimation fiable de la température et de l'émissivité.
• Disponibilité des données et annotation : la disponibilité limitée de données d'entraînement annotées entrave le développement de modèles d'apprentissage.
• Intégration avec d'autres capteurs : l'intégration des données thermiques avec d'autres capteurs est une piste d'amélioration mais avec des coûts de maintenance et d'instrumentation potentiellement plus importants.

L'équipe a développé et étudié sa méthode pour l'estimation conjointe de la température et de l'émissivité, dans le cas de la surveillance de la santé des structures. Cette méthode repose sur l'hypothèse d'une surveillance thermique à long terme avec évolution dynamique. À partir d'un modèle radiométrique simplifié, un modèle dynamique permet d'estimer à la fois l'émissivité et la température, lorsque cette dernière évolue.

Principales activités

Objectifs : L'objectif est de monter en complexité dans les modèles physiques, notamment ne pas se limiter au cas linéaire et mieux prendre en compte l'équation de transfert radiatif dans son ensemble.

Pistes de recherche

Le post-doctorant partira de l'équation de transfert radiatif et de modèles simplifiés de caméras thermiques pour se familiariser avec la problématique de mesure. En parallèle, il sera amené à compléter une étude de bibliographie sur l'estimation conjointe de la température et de l'émissivité. Dans un second temps, il s'intéressera à la formulation du problème d'estimation de température de surface d'un objet en considérant l'émissivité comme une perturbation dans le modèle dynamique correspondant aux mesures.

Partenaires :

CEA Tech équipe PIMS, Lynred laboratoire d'applications

lieu

Campus de Nantes avec des déplacements sur le campus Rennes Beaulieu ou l'inverse suivant contraintes personnelles de la personne recrutée

Compétences pré-requis :

Moins de 3 ans après la thèse

Thèse dans le domaine de la Physique ou de la Mécanique

• Prise en charge partielle des frais de transport en commun sur le trajet domicile-travail ou FMD
• Restauration subventionnée
• Prise en charge partielle des frais de mutuelle
• Possibilité de télétravail (à hauteur de 90 jours annuels) et d'aménagement du temps de travail

Rémunération

Rémunération brute mensuelle de 2 788 euros.