Bibliothèque thermique LINSEIS
Identifier des matériaux et comparer des données de mesure – confronter des propriétés thermiques à des valeurs de référence et à vos propres mesures au sein d’une base de données commune.
Les mesures thermiques et thermophysiques fournissent des informations caractéristiques sur le comportement des matériaux. Les températures de fusion, les transitions vitreuses, les variations de masse ou les propriétés de transport thermique peuvent aider à caractériser les matériaux et à identifier les différences entre les échantillons.
Cependant, une autre question se pose souvent après l’évaluation : comment attribuer les propriétés déterminées à un matériau ou les comparer à des résultats de mesure déjà connus ?
La Bibliothèque thermique LINSEIS étend le logiciel LiEAP Evaluation à une recherche assistée par base de données et à la comparaison des données de mesure thermique. Les propriétés évaluées d’une mesure peuvent être comparées aux données de référence existantes ainsi qu’aux propres mesures enregistrées.
Parallèlement, la base de données peut être complétée par d’autres matériaux et mesures de référence. Ainsi, au fil de l’utilisation, une base de connaissances individuelle se constitue, laquelle peut être consultée lors d’études ultérieures de matériaux.
De la mesure à la comparaison des matériaux
Dans de nombreux laboratoires, des matériaux similaires sont régulièrement examinés. Les données de mesure qui en résultent contiennent des informations précieuses, mais sont souvent stockées au sein de projets individuels.
Si un nouvel échantillon doit être comparé à des études antérieures, les mesures correspondantes doivent d’abord être retrouvées et leurs résultats confrontés.
La Thermal Library facilite cette étape de travail en regroupant les propriétés des matériaux évaluées dans une base de données consultable.
Outre les valeurs de référence et de littérature existantes, il est possible d’enregistrer ses propres résultats de mesure et de les utiliser pour des comparaisons ultérieures. Les matériaux déjà caractérisés peuvent ainsi être utilisés de manière ciblée comme référence pour de nouvelles études.
Comment fonctionne la LINSEIS Thermal Library ?
Le processus de base comprend cinq étapes :
Mesure → Évaluation → Sélection des caractéristiques → Recherche en base de données → Comparaison
Réaliser et évaluer la mesure
L’échantillon est d’abord examiné avec le système de mesure LINSEIS correspondant. Les données de mesure enregistrées sont ensuite ouvertes et évaluées dans le logiciel LiEAP Evaluation.
Les propriétés déterminées dépendent de la méthode de mesure utilisée.
Lors d’une mesure DSC, il est possible de déterminer, par exemple, les températures de pic caractéristiques, les enthalpies de fusion ou les transitions vitreuses. En revanche, dans le cas d’une analyse thermogravimétrique, l’accent est mis sur les variations de masse et les plages de température correspondantes.
Ces résultats d’évaluation constituent la base de la recherche ultérieure dans la base de données.
Sélectionner les propriétés pertinentes du matériau
Après l’évaluation, les propriétés à utiliser pour la comparaison avec les matériaux existants sont définies. Pour une mesure TGA, on peut par exemple sélectionner une variation de masse relative et la température de l’événement correspondant.
Pour les mesures DSC, les températures de pic, les températures de fusion ou les surfaces de pic sont notamment disponibles comme caractéristiques de comparaison.
Le choix dépend de la problématique concernée. Tous les événements thermiques ne sont pas également appropriés pour distinguer un matériau.
La combinaison ciblée de plusieurs caractéristiques permet de concentrer la recherche sur les propriétés pertinentes pour l’étude en cours.
Prendre en compte les conditions de mesure
Les résultats des mesures thermiques ne dépendent pas exclusivement du matériau étudié. Les conditions expérimentales peuvent également influencer le tracé d’une courbe de mesure et les valeurs caractéristiques déterminées.
Il s’agit par exemple de la vitesse de chauffe, de l’atmosphère gazeuse ou d’autres paramètres de mesure spécifiques à la méthode.
La Thermal Library permet de prendre en compte ces conditions comme filtres lors de la recherche dans la base de données.
Ceci est particulièrement pertinent lorsque des résultats provenant de différentes mesures sont comparés entre eux. Ainsi, les jeux de données de mesure créés dans des conditions expérimentales similaires peuvent être privilégiés.
Une comparaison pertinente des matériaux suppose néanmoins que les grandeurs caractéristiques et les conditions de mesure sélectionnées soient techniquement compatibles entre elles.
Rechercher des matériaux correspondants dans la base de données
Une fois les caractéristiques sélectionnées, la recherche dans la base de données est lancée.
La Thermal Library compare les propriétés sélectionnées avec les jeux de données existants. Les données de référence fournies ainsi que les mesures enregistrées par l’utilisateur peuvent être prises en compte.
La base de données peut contenir, par exemple, des informations de référence sur différentes matières premières, qualités de matériaux, lots de production ou standards internes.
La comparaison ne s’effectue donc pas seulement avec des données de matériaux généralement disponibles, mais peut également s’appuyer sur les connaissances déjà présentes dans son propre laboratoire.
Évaluer et comparer les résultats de recherche
Les résultats de la recherche dans la base de données sont présentés sous forme de vue d’ensemble.
Pour chaque jeu de données trouvé, la Thermal Library affiche un taux de concordance en pourcentage. Celui-ci décrit dans quelle mesure les propriétés sélectionnées de la mesure actuelle correspondent à l’entrée de la base de données concernée.
De cette manière, plusieurs matériaux de référence potentiellement pertinents peuvent être comparés.
La recherche s’effectue généralement en une à deux secondes.
Important pour l’interprétation : un taux de concordance élevé en pourcentage ne signifie pas automatiquement qu’un matériau a été identifié de manière univoque. La valeur décrit d’abord la concordance des caractéristiques prises en compte. Pour une attribution fiable, il faut également considérer les conditions de mesure, la pertinence des propriétés sélectionnées et, le cas échéant, d’autres résultats d’analyse.
Identification des matériaux avec DSC, TGA et STA
Les propriétés des matériaux utilisées pour la recherche dans la base de données dépendent de la méthode de mesure. Le principe peut être expliqué de manière particulièrement claire à l’aide de la calorimétrie différentielle à balayage et de l’analyse thermogravimétrique.
DSC : les transitions thermiques comme caractéristiques distinctives
La calorimétrie différentielle à balayage (Differential Scanning Calorimetry, DSC) sert à l’étude des transitions thermiques et des réactions. Il s’agit par exemple des processus de fusion et de cristallisation ainsi que des transitions vitreuses.
De nombreux matériaux présentent des événements thermiques caractéristiques dans des conditions expérimentales définies. Les températures et enthalpies qui en découlent peuvent fournir des indications importantes sur la composition et l’état du matériau.
Dans la Thermal Library, les résultats d’évaluation correspondants peuvent être utilisés comme caractéristiques pour la comparaison avec les données de référence existantes.
Pour un échantillon de polymère, les températures de fusion déterminées peuvent par exemple être comparées à des matériaux de référence enregistrés. Si plusieurs propriétés caractéristiques concordent, cela peut aider à restreindre les matériaux potentiels.
Toutefois, différents polymères peuvent présenter des transitions thermiques similaires. La cristallinité, les additifs et l’historique thermique influencent également le résultat de la mesure. C’est pourquoi l’attribution ne doit pas reposer uniquement sur une seule température de pic.
TGA : exploiter les variations de masse pour la comparaison des matériaux
Lors de l’ analyse thermogravimétrique (TGA) , la masse d’un échantillon est enregistrée en continu pendant un programme de température défini.
L’évaporation, la décomposition ou les réactions chimiques peuvent alors entraîner des variations de masse caractéristiques.
Outre l’ampleur de la perte de masse, les températures et les plages de température dans lesquelles une variation de masse se produit peuvent fournir des informations importantes.
La Thermal Library permet d’utiliser ces propriétés pour la comparaison avec les données de matériaux existantes.
Un exemple d’application typique est l’étude de plastiques avec différentes teneurs en charges. Ici, les zones de décomposition caractéristiques et la masse résiduelle restante peuvent donner des indications sur les différences entre les échantillons.
L’atmosphère gazeuse et la vitesse de chauffe doivent être particulièrement prises en compte, car elles peuvent influencer le comportement thermogravimétrique.
STA : considérer plusieurs signaux de mesure ensemble
L’analyse thermique simultanée (STA) combine des informations de mesure thermogravimétriques et calorimétriques au cours d’un seul essai.
Ainsi, des données sur la variation de masse ainsi que des informations sur les événements thermiques sont disponibles.
Lors d’une étude de matériau, une perte de masse caractéristique et un événement thermique simultané peuvent par exemple être considérés ensemble.
La combinaison de différentes informations de mesure peut aider à caractériser les matériaux de manière plus différenciée qu’à l’aide d’un seul signal de mesure.
Constituer votre propre base de données de référence
Outre la comparaison avec des données de référence déjà disponibles, la Thermal Library permet de constituer votre propre base de données de matériaux.
De nouvelles mesures peuvent être enregistrées et utilisées comme référence pour des analyses ultérieures.
De cette manière, les connaissances sur les matériaux acquises au laboratoire peuvent être progressivement enrichies.
Comparer de manière ciblée des matériaux récurrents
En particulier pour des matériaux analysés régulièrement, une base de données de référence propre peut faciliter la comparaison de nouveaux échantillons.
En contrôle qualité, il est par exemple possible d’enregistrer les données de mesure de matières premières approuvées comme base de comparaison. De nouveaux lots de matériaux peuvent ensuite être confrontés à ces références à l’aide de propriétés thermiques sélectionnées.
En recherche et développement également, une collecte structurée de vos propres mesures peut s’avérer utile.
Si différentes formulations de matériaux ou étapes de développement sont analysées, leurs propriétés caractéristiques peuvent être enregistrées et réutilisées ultérieurement pour des analyses comparatives.
Il en résulte une base de données qui ne documente pas seulement des résultats de mesure isolés, mais soutient aussi le développement et l’évaluation des matériaux.
Mesures de référence dans des conditions comparables
Pour une comparaison probante, les mesures de référence et d’échantillons devraient être réalisées dans des conditions aussi comparables que possible.
Des vitesses de chauffage, atmosphères ou préparations d’échantillons différentes peuvent conduire à des résultats divergents, même s’il s’agit du même matériau.
C’est pourquoi les paramètres d’essai pertinents doivent être pris en compte conjointement avec les propriétés de matériau évaluées.
La possibilité d’intégrer les conditions de mesure correspondantes dans la recherche de la base de données favorise une sélection plus ciblée de mesures de référence appropriées.
Visualisation créée avec une génération d’images basée sur l’IA.
Thermal Library et LiEAP : exploiter conjointement les données de mesure
La Thermal Library est intégrée en tant qu’extension optionnelle dans le concept logiciel de LINSEIS LiEAP.
Alors que LiEAP assiste la préparation, la réalisation et l’évaluation des mesures, la Thermal Library complète le flux de travail par la comparaison assistée par base de données des propriétés des matériaux déjà déterminées.
Les données de mesure évaluées peuvent ainsi non seulement être examinées au sein d’un projet, mais aussi être liées aux informations de référence existantes.
Cela permet un processus continu, de la mesure à l’évaluation du matériau :
Préparation de la mesure → Saisie des données → Évaluation → Comparaison en base de données → Documentation
Pour les laboratoires qui examinent régulièrement des matériaux similaires, cela peut créer un lien structuré entre les résultats de mesure actuels et les connaissances déjà acquises sur les matériaux.
En savoir plus sur la préparation des mesures, l’acquisition des données et l’évaluation avec LINSEIS LiEAP.
Exploiter durablement les données de mesure comme connaissances matériaux
La LINSEIS Thermal Library complète l’évaluation classique des données de mesure par la possibilité de comparer systématiquement les propriétés caractéristiques des matériaux avec les références existantes.
Grâce à la combinaison de la recherche en base de données, de la prise en compte des conditions de mesure pertinentes et de l’enregistrement de ses propres mesures de référence, les résultats de mesure peuvent être utilisés au-delà des études individuelles.
Il en résulte une base de données de matériaux croissante qui facilite la comparaison de nouveaux échantillons et rend les connaissances déjà existantes accessibles pour de futures tâches de recherche et de contrôle.
