La thermographie infrarouge

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1 La thermographie infrarouge ou comment voir l invisible! vendredi 9 mars 2007 dès 11h45 et jusqu à 13h45 LUNCH-DEBAT 2007 o r g a n i s a t i o n partenaire principal p a r t e n a i r e s

2 La thermographie infrarouge ou comment voir l invisible!

3 Lunch-débat : ou comment voir l invisible! On connaît tous l histoire. Un génie est enfermé dans une lampe. Aladin frotte la lampe. Le génie est libéré. Et il accorde trois vœux au jeune homme pour le récompenser. Bon. Et bien je ne veux pas briser vos rêves d enfants. Mais tout ça, ça n est jamais arrivé. C est une métaphore, rien de plus. En réalité. Les auteurs des Contes des Mille et Une Nuits voulaient nous parler de chauffage. Eh oui. Réfléchissez. Le génie, c est la chaleur produite par nos installations de chauffage. La lampe, ce sont nos logements, et leur isolation qui empêche le génie de s échapper. Et les trois souhaits, c est le confort, le respect de l environnement et bien sûr un coût raisonnable Je ne sais pas si vous avez déjà remarqué. Mais le problème avec les génies, c est qu ils veulent toujours s échapper. Avoir une isolation de bonne qualité, c est une clé essentielle pour conserver la chaleur. Et réaliser des économies d énergie. Pour s en assurer, l humanité a développé certaines techniques. Une de ces techniques, c est la thermographie infrarouge., qu est-ce que c est? Et bien dans l histoire, c est un peu la baguette magique du sorcier C est une caméra. Qui permet de détecter les écarts de température. Elle repère la chaleur. Et le froid. Et

4 produit des images où les écarts de températures sont visualisés par des couleurs. Ça, c est un instrument de diagnostic extrêmement précieux pour découvrir les anomalies thermiques dans un bâtiment La chaleur, le froid, ça se ressent, mais ça ne se voit pas à l œil nu. Grâce à une caméra thermographique infrarouge, on peut visualiser les défauts d isolation thermique dans les portes, les fenêtres, les murs, les sols et les toitures. Toutes les pertes de chaleur, les entrées d air non-souhaitées, les ponts thermiques et les défauts d étanchéité deviennent visibles. Bref. La thermographie infrarouge, c est le système de sécurité qui vous prévient si le génie cherche à s échapper de la lampe En utilisant les images produites par cette technique, les spécialistes peuvent localiser les défauts d isolation. Identifier les problèmes. Et proposer des solutions Ce qui évite de gros gaspillages d énergie Comme par enchantement Julien Hirt RTN La Radio Neuchâteloise 9 mars 2007

5 Thermographie infrarouge Présentation au Lunch-Débat InfoEnergie du 9 mars 2007 R. Compagnon Ecole d'ingénieurs et d'architectes de Fribourg Bd. Pérolles Fribourg Tel: Fax: raphael.compagnon@hefr.ch

6 Plan de cet exposé Types de cameras thermographiques Un peu de théorie sur le rayonnement «thermique» Le rayonnement détecté par une camera thermographique Conséquences pour l interprétation des images thermographiques Images et palettes de couleurs Visualisation des ponts thermiques Thermographie infrarouge - 2 -

7 Types de cameras thermographiques Se distinguent notamment par: La résolution de leurs capteurs: de 160x120 à 640x480 pixels Leurs prix de ~5000 à ~ Il y a ~20 ans: des cameras thermographiques existaient déjà (prix ~ ) mais nécessitaient un refroidissement par azote liquide Thermographie infrarouge - 3 -

8 Un peu de théorie Toute surface à température T>0[K] émet un rayonnement électromagnétique Le spectre de ce rayonnement varie quand la température augmente: Le maximum d émission se déplace vers les courtes longueurs d onde La quantité de rayonnement émise augmente T 4 La quantité de rayonnement émise varie selon la nature et l état de la surface: La quantité de rayonnement est ε (émissivité) Thermographie infrarouge - 4 -

9 Ondes électromagnétiques: quelques détails Les ondes électromagnétiques ont des propriétés qui diffèrent selon leurs longueurs d onde λ [m] Pour regrouper des caractéristiques communes, on distingue des gammes de longueurs d onde. Par exemple: Visible, Ultraviolet, Infrarouge Thermographie infrarouge - 5 -

10 Quelques sources de rayonnement Le rayonnement dit «fossile» du cosmos (-270 C) micro-ondes Détecté par le satellite COBE Une surface à température ambiante (10 à 20 C) infrarouges Détecté par une camera thermographique Le filament d une ampoule (~2500 C) visible Détecté par l œil. Thermographie infrarouge - 6 -

11 Longueurs d onde détectées par une camera thermographique En thermographie infrarouge seules deux bandes spectrales situées dans le domaine infrarouge sont utilisées: Plage SW (ondes courtes) 2 λ 5.5 [μm] Plage LW (ondes longues) 7 λ 13 à 19 [μm] Bien adaptée pour la thermographie des bâtiments Thermographie infrarouge - 7 -

12 Rayonnement détecté Le rayonnement détecté par la camera thermographique provient de trois sources: (Cas d une surface opaque) Rayonnement de l environnement réfléchi par la surface Rayonnement émis par la surface Rayonnement émis par l air ambiant Surface de l objet émissivité ε Et pour compliquer le tout : le rayonnement est légèrement atténué par absorption dans l air (facteur de transmission t) Thermographie infrarouge - 8 -

13 Equation de la thermographie Equation donnant la radiance totale captée par la camera: I tot = ε t I obj + (1 - ε) t I env + (1 - t) I atm avec: I obj = la radiance émise par la surface de l objet ( T obj4 ) I env = la radiance émise par l environnement ( T env4 ) I atm = la radiance émise par l air ambiant ( T atm4 ) Une image thermographique n a en principe que pour but de visualiser des variations de T obj L atmosphère et l environnement génèrent donc des effets parasites! Thermographie infrarouge - 9 -

14 Conséquences Une camera thermographique produira toujours une image Toutefois l interprétation des contrastes qu on y décèle en terme de différences de températures de surface requiert de la prudence! Idéalement on doit connaître: ε l émissivité de la surface T env la température équivalente de l environnement (=sol, ciel, surfaces) situé à l avant de la surface T atm la température de l air ambiant HR l humidité relative de l air ambiant la distance entre la surface et la camera pour déterminer t Thermographie infrarouge

15 Deux exemples: Réflexion de l environnement extérieur sur un vitrage: Echauffement parasite d une surface exposée au soleil: Thermographie infrarouge

16 Emissivité des surfaces Paramètre important! Pour la plupart des matériaux diélectriques (=non conducteurs d électricité) l émissivité est élevée 0.8 ε 0.95 idem pour des métaux revêtus de peintures Les métaux non oxydés ont des émissivités basses ε 0.3 Pour les métaux oxydés: 0.5 ε 0.9 Les incertitudes sur des mesures thermographiques sont élevées pour ε 0.5 et très élevées pour ε 0.2 Pour les matériaux opaques: ρ=1- ε Thermographie infrarouge

17 Image et palette de couleurs Une image thermographique représente des quantités de rayonnement (=radiances) reçues par la camera La conversion en une image colorée fait appel à une «palette de couleur» totalement arbitraire (on parle parfois d image en «fausses couleurs») qui permet de visualiser des contrastes de radiances Thermographie infrarouge

18 Exemples de palettes de couleurs -0.1 C -0.1 C C C -0.1 C -0.1 C C C Le contenu «physique» de ces images demeure toujours le même! Thermographie infrarouge

19 Une application typique de la thermographie: visualisation des ponts thermiques Vus de l intérieur les ponts thermiques apparaissent comme des surfaces plus froides 20.1 C C 8.4 C Vus de l extérieur les ponts thermiques apparaissent comme des surfaces plus chaudes C Thermographie infrarouge

20 Conclusions appliquée au bâtiment permet de visualiser des différences de températures sur les éléments de l enveloppe. Ces différences de températures sont liées à la qualité ou aux défauts de l isolation (et c est pour cela qu on s y intéresse...) Avec les cameras actuelles, il est très facile d obtenir une image A cause des effets parasites, il est par contre beaucoup plus difficile d interpréter correctement les images obtenues! Des précautions et des mesures annexes sont indispensables lors des prises de vues. Ne jamais oublier : un contraste (ou même son absence ) observé sur une image infrarouge ne correspond pas forcément à la présence (ou à l absence ) d un pont thermique! Seule une interprétation correcte pourra lever ce doute. Thermographie infrarouge

21 M. Bruno Mayques Applications et résultats Directeur, Bureau d'étude Exotherm, Bevaix

22 . Un outil de diagnostic pour les bâtiments et les installations techniques. Mayques Bruno Rue de la Gare Bevaix/NE Tél :032/ info@exotherm.ch

23 Oui, mais

24 La thermographie n est pas de la photographie! est une mesure de température surfacique d un objet, issue du rayonnement infrarouge émis par cet objet. Cette mesure doit être paramétrée et des mesures annexes (température ext., humidité relative ) devront être effectuées parallèlement pour obtenir un résultat fiable et représentatif.

25 La Thermographie infrarouge dans le domaine du bâtiment : L interprétation des thermogrammes. Attention aux interprétations et conclusions hâtives! Les limites de la thermographie et les conditions idéales de mesures. Les applications de la thermographie.

26 L interprétation des thermogrammes Ceci est une belle photographie,malheureusement le thermogramme est inexploitable.

27 L interprétation des thermogrammes L échelle des températures est le premier paramètre qui nous permet d interpréter le thermogramme. Mais ce n est pas suffisant.

28 L interprétation des thermogrammes La mise en évidence de zones avec leur température nous permet d affiner notre interprétation. Mais ce n est pas suffisant.

29 L interprétation des thermogrammes Le paramétrage du thermogramme nous permet d obtenir une mesure exploitable: Émissivité Température extérieure Température réfléchie Affinage de la plage de température pour la palette des couleurs.

30 L interprétation des thermogrammes Malgré le même aspect visuel, ces thermogrammes ne donnent pas la même information de température

31 Méfions-nous des interprétations et des conclusions hâtives

32 Vu depuis l intérieur, le problème de pont thermique est bien visible.

33 Les limites de la thermographie et les conditions idéales de mesures. Le rayonnement solaire est l un des pires ennemis du thermographiste

34 Les limites de la thermographie et les conditions idéales de mesures.

35 Les applications de la thermographie La thermographie permet de voir les défauts cachés dans le bâtiment

36 Les applications de la thermographie La thermographie permet de détecter les fuites sur les systèmes de distribution de chaleur 1 2 3

37 Les applications de la thermographie La thermographie permet de détecter les problèmes d inétanchéité des bâtiments

38 Les applications de la thermographie La thermographie permet de détecter les problèmes d inétanchéité des bâtiments

39 dans le domaine du bâtiment est une technique qui nécessite : une connaissance approfondie des phénomènes liés aux rayonnements. une solide formation et des échanges d expériences fréquents. une bonne expérience sur le terrain. une formation dans le domaine de la physique du bâtiment. une bonne connaissance des structures des bâtiments selon leur âge. une bonne dose d humilité.

40 La Thermographie infrarouge dans le domaine des installations techniques :

41 est un outil de diagnostic incontournable de la maintenance prédictive Sur les installations électriques Sur les machines tournantes Sur les installations calorifugées Sur les réseaux de vapeur et de chauffage à distance

42 Sur les installations électriques La thermographie permet de détecter les problèmes de serrage des bornes et de sertissage des cosses

43 Sur les installations électriques La thermographie permet de détecter les problèmes de serrage des bornes et de sertissage des cosses

44 Sur les installations électriques La thermographie permet de détecter les problèmes de déséquilibre des phases

45 Sur les installations électriques Mesure d ampérage sur les phases : L1 =100 A L2 =100 A L3 =105 A Fusibles calibrés à 300 A DT brut = 7.2 C DT effectif = DTbrut x ( I nominal / I mesuré ) 2 = 58 C

46 Sur les installations mécaniques La thermographie permet de détecter les problèmes sur les machines tournantes

47 dans le domaine des installations techniques nécessite : une connaissance approfondie des phénomènes liés aux rayonnements. une solide formation et des échanges d expériences fréquents. une bonne expérience sur le terrain. une formation dans le domaine de la technique (électricien, mécanicien, automaticien). une bonne connaissance des processus industriels. une bonne dose d humilité.

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