Mesure de température dans des milieux semi-transparents par imagerie photothermique hétérodyne en transmission

Les mesures d’imagerie photothermique hétérodyne (PHI) sont couramment utilisées pour caractériser les propriétés thermiques (diffusivité, conductivité) ou pour analyser la composition chimique de matériaux par spectroscopie aux petites échelles (1 - 100 μm). Le plus souvent, ces études sont basées sur de la thermoréflectance, typiquement en combinant un laser pompe infrarouge et un laser sonde visible pour une meilleure résolution spatiale. Actuellement, ces techniques se limitent à l’étude des transferts en surface ou dans des matériaux fins (hypothèse isotherme dans l’épaisseur). Dans cette étude, nous présentons une méthode d’imagerie basée sur le signal de transmission de matériaux excités par une pompe infrarouge, offrant des avantages clés : elle est adaptée aux matériaux non réfléchissants et non transparents dans le visible (e.g. silicium), a une meilleure sensibilité pour les mesures dans des matériaux comme le PDMS et l’eau, et autorise la caractérisation de sources de chaleur sous la surface.

Nous avons mis au point un système de mesure par PHI en transmission (TPHI) comprenant un laser infrarouge focalisé pour le chauffage (λlas\lambda_{las}= 3,8 μm) et une source infrarouge non cohérente large gamme (2-6 μm) modulée pour la détection. Le détecteur associé est une caméra infrarouge. En analysant les variations de transmission optique, nous avons déterminé et identifié les coefficients de thermotransmittance (κ\kappaA) et de thermoréflectance (κ\kappaR) pour trois matériaux: verre Borofloat, PDMS et eau. Ces mesures nous ont permis de cartographier les champs d’élévation de température avec une résolution de 26 μm/px avec une précision de l’ordre du Kelvin dans des échantillons de différentes épaisseurs, y compris des films minces d’eau (≤\leqslant 100 μm) enfouis.

Cette approche a été validée par un modèle thermique 1D analytique et se révèle particulièrement efficace pour des applications en microfluidique où les méthodes conventionnelles par réflexion sont inapplicables.

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