Définition. Business Advisers. I-Care. La thermographie infrarouge

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Jean-Michel Croteau
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1 Cordial I-Care Business Advisers Company Presentation La thermographie infrarouge Tokyo Décembre 2012 August Définition La thermographie infrarouge est une technique sans contact, non destructive en temps réel permettant de voir la chaleur émise par un objet 2 12/12/2012 1

La thermographie infrarouge est une technique sans contact, non

2 Equipement électrique basse-tension CONDUCTEURS BT: - Sertissage de cosse défectueux DISJONCTEUR BT: - Dépassement de la charge nominale 3 Bâtiment MAISON D HABITATION: -Repérage de déperdition thermique -Problème d isolation 4 12/12/2012 2

Dépassement de la charge nominale 3 Bâtiment MAISON D

3 Applications Images thermos Localisation précise Impossible de déterminer les causes exactes Hypothèses 5 Comparaison Chaleur = Energie thermique ( 0 ) = Valeur absolue = Représentation de l énergie des molécules Additive ( 100J+100J = 200J ) Une différence de chaleur entre 2 corps n entraine aucun transfert de chaleur entre ces corps. Energie Température = Valeur relative (état d un objet % à un autre ) = Représentation du mouvement des molécules pour un matériau donné Non-additive Une différence de température entre 2 corps entraîne un transfert de chaleur. Q = C*m*T 6 12/12/2012 3

aucun transfert de chaleur entre ces corps.

tempéraure [K] m = masse de l objet [kg] 7 Exemples Vide ou remplie?

4 Lien entre chaleur et température La quantité de chaleur et la température sont dépendants: Q= C * m * T Q= quantité de chaleur [kj] C= chaleur massique [kj/kgk] T= tempéraure [K] m = masse de l objet [kg] 7 Exemples Vide ou remplie? Reflet électromagnétique de la chaleur sur la table du reflet dans le domaine du visible 8 12/12/2012 4

5 Exemples Historique de la chaleur 9 Exemples Chauffage du radiateur 10 12/12/2012 5

6 Transfert de chaleur La chaleur passe toujours spontanément de la température la plus chaude vers la plus froide. On imagine mal un glaçon grandir pendant que le whisky se réchauffe C EST LA DIFFÉRENCE DE TEMPÉRATURE QUI DÉTERMINE LE FLUX ET PAS LA DIFFÉRENCE DE CHALEUR SI il y a une différence de température, il y a OBLIGATOIREMENT flux de chaleur 11 Transfert thermique La chaleur peut être transmise suivant plusieurs modes: Conduction Convection Rayonnement 12 12/12/2012 6

FLUX ET PAS LA DIFFÉRENCE DE CHALEUR SI il y a une différence de température, il y a OBLIGATOIREMENT flux de chaleur 11

7 Lois du rayonnement infrarouge Emission d ondes électromagnétiques par TOUT corps dans TOUTES les longueurs d ondes. MAIS intensités variables Exemple : Emission d onde dans le spectre du visible de trop faible intensité Si objet dans l obscurité, invisible (par l œil humain) Mais, émission d ondes dans toutes les longueurs d onde de la bande spectrale IR Possibilité de la capter avec une caméra IR 13 Lois du rayonnement infrarouge BILAN RADIATIF: CAS GENERAL On considère uniquement le transfert d énergie par rayonnement. R r R i R a R e R t R i = Rayonnement incident en provenance d un autre élément R a = Rayonnement absorbé par le corps R t = Rayonnement transmis par le corps R r = Rayonnement réfléchi par le corps R e = Rayonnement émis par le corps Ri = Rr + Ra + Rt avec Ra = Re (équilibre thermodynamique) Ri = Rr + Re + Rt Remarques : R a fait augmenter la température de l objet R e est lié à l énergie de l objet 14 12/12/2012 7

longueurs d onde de la bande spectrale IR Possibilité de la capter avec une caméra IR 13 Lois du rayonnement infrarouge BILAN RADIATIF: CAS GENERAL On considère uniquement le transfert d énergie par

8 Lois du rayonnement infrarouge BILAN RADIATIF: CAS GENERAL R r R i R e R t Ri = Rr + Re + Rt 1 = (Rr/Ri) + (Re/Ri) + (Rt/Ri) avec (Rr/Ri) = Réflectivité = r (Re/Ri) = Emissivité = ε (Rt/Ri) = Transmissivité = t EQUATION DE BASE DU BILAN RADIATIF 1 = r + ε + t 15 Lois du rayonnement infrarouge Le corps noir Ex : panneau solaire. R i R r R e R a BUT : R t absorber toutes les ondes électromagnétiques environnantes et TOUT émettre (théorique) dans le but de céder l énergie captée à des cellules photovoltaïques ou à de l eau (le tout sans perte) 16 12/12/2012 8

rayonnement infrarouge Le corps noir Ex : panneau solaire.

9 Lois du rayonnement infrarouge ETUDES PRATIQUES : LE CORPS NOIR ET LE CORPS REEL CORPS REEL CORPS NOIR = RADIATEUR IDEAL APPLICATION DE CORRECTIONS BILAN RADIATIF DU CORPS NOIR ET DU CORPS REEL 17 Lois du rayonnement infrarouge 18 12/12/2012 9

IDEAL APPLICATION DE CORRECTIONS BILAN RADIATIF DU CORPS

10 Image thermique / Image visible Image visible = reflet de l énergie réfléchie. Image thermique = énergie émise par l objet Image visible = combinaison intensité+couleur. Image thermique = QUE l intensité 19 Précisions importantes Image thermique indépendante des couleurs Dépend du rayonnement émis uniquement Rayonnement émis dépendant de la nature de l objet Deux objets de nature différente à même température apparaissent à des t différentes (Emissivité) 20 12/12/

Image thermique = QUE l intensité 19 Précisions importantes Image thermique indépendante des couleurs Dépend du

11 Température apparente Mesure non compensée d une caméra infrarouge de tous les rayonnements incidents sur l instrument, indépendamment de leurs sources 21 Température apparente Mesure de la caméra = R émis + R parasite T Déterminer R parasite pour connaitre R émis 1. Poser une plaque en alu entre la caméra en l objet à contrôler 100 C Objet à contrôler alu R E R P Caméra back 2. Retrait de la plaque Mesuré = R e + R p mais R p connu. Démarche non nécessaire dans tous les environnements 22 12/12/

12 Température apparente Température apparente température réelle Image thermographique = image de la température apparente Facteurs correcteurs à configurer dans la caméra Compensation Aucune variation sur l image mais seulement sur les valeurs de température ( à faire uniquement pour du quantitatif ) 23 Image thermographique Une image thermographique doit comporter: Une image avec une GAMME DE COULEURS ADAPTÉE Une ÉCHELLE de température Une NETTETÉ optimale Une PHOTO VISIBLE de l objet mesuré 24 12/12/

température ( à faire uniquement pour du quantitatif ) 23 Image thermographique Une image thermographique doit comporter: Une

13 Exemple d image thermographique 25 Gradient thermique Un gradient thermique est une variation progressive de la température sur un profil (ou une zone) déterminé(e) 26 12/12/

14 Gradient thermique Montre la présence d un transfert de chaleur par conduction Indique le flux de chaleur Visible par un dégradé de couleur sur l image thermographique 27 Cadrage thermique Le cadrage thermique est l ajustement de l échelle de l image permettant d optimiser le contraste pour les besoins de l analyse /12/

thermographique 27 Cadrage thermique Le cadrage thermique est l ajustement de l

15 Exemple Mesure de connexions électriques en extérieur: T extérieur et fer de la boite = -5 C T connexion = 45 C T mauvais contact = 55 C Cadrage automatique: Échelle de -5 C à 55 C ( T = 60 ) Faible différence de couleur entre 45 C et 55 C ( T = 10 ) Défaut peu visible 10/60 = 1,66 Cadrage Manuel: Choix d échelle de 30 C à 60 C ( T = 30 ) Différence de couleur 2X plus importante 10/30 = 3,33 Défaut beaucoup plus visible 29 Palette La palette définit les différentes couleurs présentes sur l image thermique. La palette doit être choisie en fonction de l application et non pas des goûts personnels /12/

Choix d échelle de 30 C à 60 C ( T = 30 ) Différence de couleur 2X plus importante 10/30 = 3,33 Défaut beaucoup plus visible 29 Palette La palette définit

16 Echantillons faussés Les réflexions de points de source Environnement (air) Objets autour VOUS Différences d émissivité 31 Eviter les points de réflexion Ne pas rester directement devant l objet à mesurer Se déplacer. Si le point chaud se déplace, c est une réflexion Rechercher l origine de la réflexion par angle incident=angle réfléchi Utiliser un objet opaque pour faire écran Rechercher les gradients thermiques Rechercher les différences d émissivité sur l objet /12/

Si le point chaud se déplace, c est une réflexion Rechercher l origine de la réflexion par angle incident=angle réfléchi

17 Analyse qualitative et quantitative Analyse qualitative Déceler l existence d une anomalie Situer l anomalie Température apparente uniquement Analyse générale de l objet Analyse quantitative Pour déterminer la gravité du problème Demande d une mesure de température Compensation effectuée Peut ne pas être indispensable 33 Cas d étude bâtiment 34 12/12/

Analyse quantitative Pour déterminer la gravité du problème Demande d une mesure de

18 Cas d étude bâtiment Données Zone mal isolée: 12 C Zone isolée: 10 C Surface: env. 2 m² Pertes 4 4 Puissance «mal isolée»: P = σ ( T Chaud T ext ) Puissance «isolée»: 4 4 P = σ ( T Froid T ext ) Puissance perdue: 10,4 W/m² = +15% pertes Coût CO2: 55 kg 35 Cas d étude bâtiment Note: Surface façade: 200m² Surface toit: 200m² => nécessité d une bonne isolation complète! 36 12/12/

T Froid T ext ) Puissance perdue: 10,4 W/m² = +15% pertes Coût CO2: 55 kg 35 Cas d étude

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