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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 détecter des différences entre échantillons.
Après l’évaluation, une autre question se pose toutefois souvent : comment attribuer les propriétés déterminées à un matériau ou les comparer à des résultats de mesure déjà connus ?
La LINSEIS Thermal Library étend le logiciel d’évaluation LiEAP avec une recherche basée sur une base de données et la comparaison de données de mesure thermiques. Les propriétés évaluées d’une mesure peuvent être confrontées à des données de référence existantes ainsi qu’à vos propres mesures enregistrées.
Parallèlement, la base de données peut être enrichie de nouveaux matériaux et de mesures de référence. Ainsi, au fil de l’utilisation, se constitue une base de connaissances individuelle sur laquelle il est possible de s’appuyer lors d’analyses ultérieures de matériaux.
De la mesure à la comparaison des matériaux
Dans de nombreux laboratoires, des matériaux similaires sont analysés régulièrement. Les données de mesure générées contiennent des informations précieuses, mais sont souvent enregistrées au sein de projets isolés.
Si un nouvel échantillon doit être comparé à des analyses antérieures, il faut d’abord retrouver les mesures correspondantes et mettre leurs résultats en regard.
La Thermal Library prend en charge cette étape en regroupant les propriétés des matériaux évaluées dans une base de données consultable.
Outre les valeurs de référence et de la littérature existantes, vos propres résultats de mesure peuvent être enregistrés et utilisés pour des comparaisons ultérieures. Les matériaux déjà caractérisés peuvent ainsi être utilisés de manière ciblée comme référence pour de nouvelles analyses.
Comment fonctionne la LINSEIS Thermal Library ?
Le processus de base comprend cinq étapes :
Mesure → Évaluation → Sélection des caractéristiques → Recherche dans la base de données → Comparaison
Réaliser la mesure et l’évaluer
Tout d’abord, l’échantillon est analysé avec le système de mesure LINSEIS approprié. Les données de mesure enregistrées sont ensuite ouvertes et évaluées dans le logiciel d’évaluation LiEAP.
Les propriétés déterminées dépendent de la méthode de mesure utilisée.
Lors d’une mesure DSC, il est par exemple possible de déterminer des températures de pic caractéristiques, des enthalpies de fusion ou des transitions vitreuses. En revanche, lors d’une analyse thermogravimétrique, les variations de masse et les plages de température associées sont au premier plan.
Ces résultats d’évaluation constituent la base de la recherche ultérieure dans la base de données.
Sélectionner les propriétés de matériau pertinentes
Après l’évaluation, les propriétés à utiliser pour la comparaison avec des matériaux existants sont définies. Lors d’une mesure TGA, il est par exemple possible de sélectionner une variation relative de masse et la température de l’événement correspondant.
Pour les mesures DSC, des températures de pic, des températures de fusion ou des aires de pic, entre autres, sont disponibles comme caractéristiques de comparaison.
Le choix dépend de la question étudiée. Tous les événements thermiques ne se prêtent pas de la même manière à la différenciation d’un matériau.
En combinant de manière ciblée plusieurs caractéristiques, la recherche peut se concentrer sur les propriétés pertinentes pour l’analyse en cours.
Prendre en compte les conditions de mesure
Les résultats de mesure thermiques ne dépendent pas uniquement du matériau analysé. Les conditions d’essai peuvent également influencer l’évolution d’une courbe de mesure et les valeurs caractéristiques déterminées.
Il s’agit par exemple de la vitesse de chauffage, 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.
C’est particulièrement pertinent lorsque des résultats issus de mesures différentes sont comparés entre eux. Il est ainsi possible, par exemple, de privilégier des jeux de données obtenus dans des conditions d’essai similaires.
Une comparaison pertinente des matériaux suppose néanmoins que les grandeurs caractéristiques sélectionnées et les conditions de mesure soient cohérentes d’un point de vue technique.
Rechercher dans la base de données des matériaux correspondants
Après la sélection des caractéristiques, la recherche dans la base de données est lancée.
La Thermal Library confronte les propriétés sélectionnées aux jeux de données existants. Les données de référence fournies comme 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 uniquement avec des données matériaux généralement disponibles, mais peut aussi s’appuyer sur les connaissances déjà présentes dans votre 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 de matériau utilisées pour la recherche dans la base de données dépendent de la méthode de mesure. Le principe s’explique de manière particulièrement claire à l’aide de la calorimétrie différentielle à balayage et de l’analyse thermogravimétrique.
DSC : transitions thermiques comme caractéristiques
La calorimétrie différentielle à balayage (Differential Scanning Calorimetry, DSC) sert à étudier les transitions et réactions thermiques. Il s’agit par exemple des processus de fusion et de cristallisation ainsi que des transitions vitreuses.
De nombreux matériaux présentent, dans des conditions d’essai définies, des événements thermiques caractéristiques. Les températures et enthalpies déterminées à partir de ceux-ci 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 des données de référence existantes.
Pour un échantillon de polymère, il est par exemple possible de comparer les températures de fusion déterminées avec des matériaux de référence enregistrés. Si plusieurs propriétés caractéristiques concordent, cela peut aider à restreindre les matériaux potentiels.
Cependant, différents polymères peuvent présenter des transitions thermiques similaires. La cristallinité, les additifs et l’historique thermique influencent également le résultat de mesure. C’est pourquoi l’attribution ne devrait 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 des réactions chimiques peuvent entraîner des variations de masse caractéristiques.
Outre l’ampleur de la perte de masse, ce sont surtout les températures et les plages de température dans lesquelles une variation de masse se produit qui peuvent fournir des informations importantes.
La Thermal Library permet d’utiliser ces propriétés pour la comparaison avec des données matériaux existantes.
Un exemple d’application typique est l’analyse de plastiques présentant des teneurs en charges différentes. Des plages de décomposition caractéristiques et la masse résiduelle restante peuvent alors indiquer des différences entre les échantillons.
Il convient notamment de prendre en compte l’atmosphère gazeuse et la vitesse de chauffage, car elles peuvent influencer le comportement thermogravimétrique.
STA : considérer conjointement plusieurs signaux de mesure
L’analyse thermique simultanée (STA) combine des informations de mesure thermogravimétriques et calorimétriques au sein d’un même essai.
Ainsi, des données sur la variation de masse ainsi que des informations sur des événements thermiques sont disponibles.
Lors d’une analyse de matériau, il est par exemple possible d’examiner conjointement une perte de masse caractéristique et un événement thermique se produisant simultanément.
La combinaison de différentes informations de mesure peut aider à caractériser les matériaux de manière plus fine qu’à partir 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, au concept logiciel de LINSEIS LiEAP.
Alors que LiEAP prend en charge la préparation, la réalisation et l’évaluation des mesures, la Thermal Library complète le flux de travail par la comparaison, basée sur une base de données, des propriétés de matériau déjà déterminées.
Les données de mesure évaluées peuvent ainsi non seulement être consultées au sein d’un projet, mais aussi être reliées à des informations de référence existantes.
Cela permet un processus continu, de la mesure à l’évaluation du matériau :
Préparation de la mesure → Acquisition des données → Évaluation → Comparaison dans la base de données → Documentation
Pour les laboratoires qui analysent régulièrement des matériaux similaires, il peut ainsi se créer un lien structuré entre les résultats de mesure actuels et les connaissances matériaux déjà disponibles.
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 en offrant la possibilité de comparer systématiquement des propriétés caractéristiques de matériaux avec des références existantes.
Grâce à la combinaison de la recherche dans la base de données, de la prise en compte des conditions de mesure pertinentes et de l’enregistrement de vos propres mesures de référence, les résultats de mesure peuvent être exploités au-delà d’analyses individuelles.
Il en résulte une base de données matériaux en croissance, qui facilite la comparaison de nouveaux échantillons et rend les connaissances existantes accessibles pour de futures tâches de recherche et d’essais.
