Thermographie. Auteur : Koen Allaerts Vito vision on technology. Avril Préambule

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1 Auteur : Koen Allaerts Vito vision on technology Thermographie Avril 2011 Préambule La thermographie est une technique qui permet de visualiser à distance une image thermique (donc de chaleur) d un objet donné. Limitée à l origine aux applications spatiales et militaires, cette technologie est devenue petit à petit indispensable dans de nombreux autres secteurs tels que l industrie, l électrotechnique, la construction et la médecine. La thermographie, pourtant, n est pas une matière simple. L interprétation correcte des mesures est loin d être évidente. La théorie thermographique Tous les objets dont la température se situe au-dessus du zéro absolu (0 Kelvin ou -273,15 C) rayonnent de l énergie sous la forme d ondes électromagnétiques. Ces ondes se déplacent à la vitesse de la lumière. L exemple le mieux connu est la chaleur rayonnée par le soleil. La quantité d ondes électromagnétiques émises par un objet donné est une mesure de sa température. La loi de Planck décrit cette relation. C est plus précisément le rayonnement infrarouge qu on mesure en thermographie. Ce rayonnement peut provenir de trois sources différentes : émission, réflexion et transmission.

2 Figure 1 Emission, réflexion et transmission (Testo, Pocket-Guide Thermographie) Le coefficient d émission ε (parfois appelé émissivité) décrit la mesure dans laquelle un objet donné émet spontanément le rayonnement infrarouge. Ce coefficient dépend en grande mesure du matériau même. Les matières plastiques et matériaux organiques se caractérisent par un coefficient d émission élevé (0,8 0,95) qui, à son tour aussi, dépend de la température. Les métaux ont un coefficient d émission assez réduit, fonction également de la température Le degré de réflexion ρ (parfois appelé réflectivité) décrit la mesure dans laquelle un matériau donné réfléchit le rayonnement infrarouge en provenance d autres sources. Les objets lisses ou polis réfléchissent mieux que les objet mats ou rugueux. Le degré de transmission τ décrit la mesure dans laquelle un matériau donné est transparent au rayonnement infrarouge. La plupart des matériaux ne sont pas transparents à l infrarouge lointain (longueurs d onde supérieures). La somme de l émission, de la réflexion et de la transmission est toujours égale à 1: ε + ρ + τ = 1 Comme la transmission n a quasiment aucune influence (τ 0), nous pouvons négliger le degré de transmission. page 2 de 7

3 En pratique, cela signifie qu il est plus aisé de mesurer des objets à réflectivité réduite que ceux à réflectivité élevée. Il est donc nécessaire de paramétrer correctement, dans l appareil de mesure, le degré de réflexion et/ou le coefficient d émission. Figure 2 Il faut paramétrer correctement l émissivité et la réflectivité (Testo, Pocket-Guide Thermographie) La figure précédente montre qu un paramétrage erroné (dans ce cas de l émissivité) donne des mesures fautives. Matériau Coefficient d émission Aluminium, non oxydé Béton Brique, mortier, plâtre Chrome Verre page 3 de 7

4 Granit Gypse Bois Glace, lisse Fer, poncé Coton Figure 3 Quelques coefficients d émission De nombreux matériaux transparents à vue ne le sont pas pour le rayonnement infrarouge (p.ex. le verre). Les mesures conventionnelles de température se basent sur un tout autre principe, celui de la conduction thermique. On met en contact physique une sonde ou un capteur avec l objet à mesurer. L absence de contact physique n est pas le seul avantage de la thermographie, elle permet aussi de générer une image thermique complète de l objet. Ainsi, des mesures de températures peuvent être effectuées en des endroits difficilement accessibles ou dangereux. La plage des températures de mesure est également très étendue: de -20 C à C et ceci avec une précision de 0,06 C. On emploie parfois la thermométrie traditionnelle en combinaison avec la thermographie, par exemple lorsqu il s avère difficile de déterminer le coefficient d émission. On peut, ensuite, utiliser cette valeur de mesure pour paramétrer la caméra thermique. La thermographie en pratique Pour pouvoir interpréter correctement les mesures thermiques, il faut non seulement connaître l objet des mesures mais aussi l influence que peuvent avoir les facteurs extérieurs. L angle de vue, l incidence de lumière, les précipitations, l humidité de l air et le vent peuvent influencer les mesures. Les mesures thermographiques se font de préférence par temps couvert mais stable. Pour la thermographie d immeubles, il est recommandé d avoir une différence d au moins 15 C entre la température extérieure et intérieure. C est pourquoi ces mesures se font généralement en hiver. page 4 de 7

5 Figure 4 Image thermique d un immeuble à appartements (Testo, Pocket-Guide Thermographie) La plupart des caméras sont conçues pour des mesures manuelles off-line. Il existe des modèles spéciaux pour mesures en ligne, mais il s agit alors de caméras automatiques, très compactes. Les mesures en ligne s emploient généralement pour l entretien préventif. Paliers usés, lubrification déficiente, surcharge, etc. ont un effet particulier en commun: une montée de la température. Ces systèmes en ligne sont prévus pour plusieurs types d analyse: températures minimales, maximales ou moyennes, mesures par zones, isothermes, niveaux d alerte haut et bas, calculs de pourcentages, etc. Le palier avant du moteur électrique montré ci-dessous est en surchauffe manifeste. Figure 5 Moteur à palier défectueux ( Dans les installations électriques également, la thermographie se révèle très utile. Résistances de passage trop élevées, bornes de raccordement défectueuses et surcharge se manifestent ici aussi par une montée en température anormale. page 5 de 7

6 Figure 6 Résistance de passage anormalement élevée dans un réseau de distribution ( Conclusion L entretien préventif, la prévention des incendies, les contrôles en production, l inspection de bâtiments, la recherche de conduites cachées et de fuites, La liste des applications possibles est sans fin. Les avantages de la thermographie sont indiscutables. Maintenant que les appareils commercialisés deviennent toujours plus économiques et fiables, l imagerie thermique pourra se généraliser. Néanmoins, une bonne connaissance du problème et une interprétation correcte des résultats de mesure restent indispensables. page 6 de 7

7 Sources (1) Infrared Services, Hot Spot, numéro 7 (2) Schiefer & Ercklentz Gmbh & Co Thermographie, Sehen was Sie nicht sehen. (3) Industrie Technisch & Management, Preventief onderhoud maart (4) Testo, Pocket-Guide Thermographie. page 7 de 7