Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
INSTRUMENTATION
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Permittivité diélectrique complexe,teneur en eau,liaisons deau,fréquence de relaxation,structure capacitive,ligne de propagation coaxiale
Keywords
Complex dielectric permittivity,water content,water bonds,relaxation frequency,capacitive cell,coaxial propagation line
Titre de thèse
Dispositifs de mesure de constantes diélectriques dans les matériaux humides. Vers une meilleure traçabilité de la mesure de l'humidité des solides.
Measurement devices of dielectric constants in wet materials. Towards a better traceability of the measurement of the moisture in solids.
Date
Mardi 17 Juillet 2018 à 10:00
Adresse
CETIAT
Domaine Scientifique de la Doua
25, avenue des Arts
BP 52042
69603 VILLEURBANNE cedex
FRANCE Salle Jaune
Jury
Directeur de these |
M. Pierre SABOUROUX |
Université Aix Marseille |
Rapporteur |
M. Jocelyn PARÉ |
IARC-Université de Moncton |
Rapporteur |
Mme Damienne BAJON |
Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace - Toulouse |
CoDirecteur de these |
M. Eric GEORGIN |
CETIAT |
Examinateur |
M. Jean François ROCHAS |
WAVES CONCEPT |
Examinateur |
M. Essam HEGGY |
CNRS - NASA · Jet Propulsion Laboratory |
Examinateur |
M. Marc HIMBERT |
CNAM - Conservatoire national des arts et métiers |
Examinateur |
M. Hugues GIOVANNINI |
Université Aix Marseille |
Résumé de la thèse
Cette thèse sinscrit dans le cadre dun projet européen de recherche intitulé METfnet (Metrology For Moisture in Solids).
Au niveau industriel, les capteurs électriques de mesure de la teneur en eau dans les solides sont généralement mono fréquentiel. La fréquence de fonctionnement est choisie arbitrairement. Par contre, la sensibilité de la teneur en eau dépend du type de matériau et des liaisons deau existantes. Dune part, la fréquence de relaxation diélectrique de leau à létat liquide est située dans la bande des Micro-ondes. Dautre part, la fréquence de relaxation diélectrique de leau liée dépend du matériau mais elle est dans la bande des Radiofréquences. En se basant sur cette hypothèse, le but de cette thèse consiste à analyser la sensibilité fréquentielle vis-à-vis les liaisons deau dans les solides en utilisant comme un paramètre intermédiaire la permittivité diélectrique complexe.
La première partie du travail a eu pour objectif de valider métrologiquement deux cellules de mesure de type capacitive et coaxiale développées au CETIAT pour mesurer la constante diélectrique. Les deux cellules de mesure ont été validées pour mesurer la permittivité diélectrique complexe des liquides, solides et des produits humides dans la bande [1 MHz 2 GHz] et une comparaison avec loutil EpsiMu® développé par lInstitut Fresnel a été réalisée.
En deuxième phase, nous étudions expérimentalement des matériaux humides en couplant la caractérisation électromagnétique avec la méthode thermo-coulométrique qui permet de mesurer et de distinguer sélectivement les liaisons deau existante dans un solide.
À lissue de cette phase, une étude paramétrique sur le spectre diélectrique complexe a été réalisée pour conduire à identifier des sensibilités par rapport aux fractions deau existantes.
Cette étude a été appliquée sur un type de carton industriel, largile kaolinite ainsi que quelques produits monohydrates comme le α-D-Lactose et le calcium oxalate.
Thesis resume
This thesis is part of a European research project called METfnet (Metrology for Moisture in Solids).
In industry, the electrical sensors for measuring the water content in the solids are generally mono-frequency and the operating frequency is chosen arbitrarily.
The sensitivity of the water content depends on the type of material and the existing water bounds. On the one hand, the dielectric relaxation frequency of water in the liquid state is located in the microwave band. On the other hand, the dielectric relaxation frequency of the bound water depends on the material, but it is known that its situated in the radio frequency band.
Based on this hypothesis, the aim of this thesis is to analyze the frequency sensitivity with respect to water bonds in solids by using as an intermediate parameter the complex dielectric permittivity.
In the first phase of the work, we validate metologically two instruments : capacitive and coaxial, both of them are developed at CETIAT for measuring the dielectric constant. The two measuring cells were validated to measure the complex dielectric permittivity of liquids, solids and wet products in the [1 MHz - 2 GHz] band and a comparison with the EpsiMu® tool developed by the Fresnel Institute was carried out.
In the second phase, we experimentally study wet materials by coupling electromagnetic characterization with the thermo-coulometric method, which selectively measures and distinguishes existing water bounding forms in a solid.
At the end of this phase, a parametric study on the complex dielectric spectrum was carried out to lead to the identification of sensitivities with respect to the existing water fractions.
This study was applied to a type of industrial cardboard, kaolinite clay and some monohydrate products such as α-D-Lactose and calcium oxalate.