Quelques problèmes rencontrés en thermographie du bâtiment. Dominique PAJANI

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1 Quelques problèmes rencontrés en thermographie du bâtiment Dominique PAJANI - 1 -

2 Problèmes A - de la thermographie au retour sur investissement... B - caméra thermique C - prise de vue - 2 -

3 A - De l'examen thermographique au retour sur investissement... "Vous avez demandé la lune...??" Voyons quelques problèmes. Comment passer par la détermination du U? la surface équivalente de défaut? - 3 -

4 1... détermination du U?? la thermographie assure... une mesure instantanée et conjoncturelle... de température de surface de parois on aimerait en déduire avec d'autres contributions... les travaux d'amélioration ( isolation, pont thermique,... )... la nouvelle consommation annuelle ( kwh. m- 2. an -1 )... le retour sur investissement ( années ) - 4 -

5 1... détermination du U?? U en W. m -2. K -1 = puissance qui traverse 1 m 2, pour 1 C de T ( = Tint Text ) U = puissance * Surface -1 * T -1 Déterminer U par mesure du T et du flux sortant de Surface Interrogations? - caméra thermique = fluxmètre? - on cherche une cartographie de U? une moyenne? - on garantit le même T sur toute la paroi? - 5 -

6 1... détermination du U?? Mesure de T = pb de thermique, non de thermographie Tint ou Text sont des températures résultantes sèches qui font intervenir * la température ambiante (int et ext) * la température d'environnement radiatif (int et ext) * les coefficients d'échange convectif et radiatif (int et ext) mais il s'agit de thermique statique : où est l'inertie? le T n'est pas constant spatialement ou temporellement - 6 -

7 1... détermination du U?? Mesure de la puissance sortante = pb de thermographie? Quel rapport entre * les températures affichées... * la puissance sortante ou déperdition? déperdition radiative : la caméra thermique ne voit que ça déperdition convective - 7 -

8 1... détermination du U?? La déperdition radiative ( c'est du ressort du thermographe! ) pour transformer la caméra en fluxmètre radiatif On fait des hypothèses simplificatrices * corps gris ( d'où ε = α ) > la caméra voit tout le spectre * corps lambertien > la caméra voit tout l'hémisphère Tous les logiciels calculent avec Stefan Boltzmann : déperdition radiative = ε. σ. (T o4 T env4 ) en W. m -2 T o température vraie de paroi Nécessité de connaître * ε et T env : peut être délicates à définir - 8 -

9 1... détermination du U?? La déperdition convective ( c'est du ressort du thermicien! ) Problème de maîtrise * le thermographe ne peut qu'appliquer des formules * c'est aléatoire Nécessité de connaître * température vraie T o * température ambiante * vitesse du vent *

10 1... détermination du U?? On a le Us des surfaces saines et Ui des irrégularités > valeur moyenne pondérée de U selon l'étendue des surfaces saines et des surfaces à défaut > logiciel de calcul de consommation conventionnelle * avec Us sain partout * avec U pondéré > écart de consommation > évaluation des travaux et de leurs coûts pour ramener Ui à Us > avec coût de l'énergie > retour sur investissement

11 2... la surface équivalente de défaut?? Pas besoin de calculer le U! On montre : entre deux surfaces ( 1 "saine" et 1 "défaut" ) Déperditions radiatives proportionnel * T apparentes entre les 2 surfaces * T apparente moyenne Pas besoin de ε ni de T env

12 2... la surface équivalente de défaut??

13 2... la surface équivalente de défaut?? D'où une classification des déperditions (radiatives) sur la base de l'échelle des températures apparentes, uniquement des T Très intéressant en thermographie comparative (aérien,...)

14 2... la surface équivalente de défaut?? Mais ce n'est pas suffisant pour quantifier des travaux On détermine ensuite une équivalence : la surface "défaut" se comporte comme z fois la même surface "saine" Pour cela, il nous faut la déperdition de la surface saine : déperdition radiative = ε. σ. (T o4 T env4 ) en W. m -2 T o température vraie de paroi Nécessité de connaître : ε et T env : peut être délicates à définir

15 2... la surface équivalente de défaut?? Déperditions z = déperditions (saine)

16 2... la surface équivalente de défaut?? Intérêt * pas d'extrapolation en terme de U * pas de déperditions convectives à considérer * moins de problème d'inertie Inconvénient * aucun pour la Classification des déperditions * Température vraie absolue demandant ε et T env > z Dans les 2 cas (U ou z) * forte influence et forte incertitude de température d'environnement (int ou ext) * ne rendez pas de conclusion sans précautions!

17 2... la surface équivalente de défaut?? On a le z > logiciel de calcul de consommation conventionnelle * avec surfaces saines partout (z = 1) * avec surfaces majorées avec z et selon proportion des surfaces > écart de consommation > évaluation des travaux et de leurs coûts pour ramener z à 1 > avec coût de l'énergie > retour sur investissement

18 Exemple - Problème de consommation après rénovation

19 Exemple - Problème de consommation après rénovation Tapp = 2,6 C Tmoyen = 17,9 C Dép/K = 5,6 W/m 2 Dép = 14,6 W/m 2 Dép(19,2 C) = 1,5 W/m 2 z = 14,6/1,5 = 9,7-19 -

20 Exemple - Problème de consommation après rénovation MAIS FAISONS LES CALCULS DE THERMIQUE avec les données de la littérature Mur extérieur pierre 40 cm + doublage (lame d'air + BA13) R = 1/3,03 + 0,17 + 0,04 = 0,54 > Unon isolé = Uni= 1,85 W.m -2.K -1 Mur + complexe isolant 75 lv + BA13 : Uisolé = Ui = 0,45 W.m -2.K -1 Surface non isolée Sni = 2,25 m * 0,45 m = 1 m 2 Ti/e = 19,5-0,5 = 19 C Déperdition par la paroi non isolée = Uni * T * Sni = 35 Watt Déperdition si cette surface est isolée = Up * T * Sni = 8,5 Watt z = (35-8,5)/8,5 = 3,1-20 -

21 Exemple - Problème de consommation après rénovation QUELLE EST LA TEMPERATURE VRAIE INTERIEURE DE LA PAROI? On est à l'intérieur, la résistance thermique superficielle Rtsi vaut de 0,11 à 0,16 m 2.K.W -1 selon la littérature. Prenons 0,125 (norme?). Pour la paroi non isolée : Tpi = Ti - Ti/e * Rtsi / Rt = 19,5-19 * 0,125 *1,85 = 15,1 C Tvraie Pour la paroi isolée : Tpi = 19,5-19 * 0,125 *0,45 = 18,4 C Tvraie Or, on mesure respectivement 16,6 et 19,2 C Tapp. Laissons de côté, influence faible. Dép = 3,3*5,5 = 18,1 et Dép(18,4 C) = 5,6 soit z = 18,1 /5,6 = 3,2-21 -

22 Exemple - Problème de consommation après rénovation On refait les calculs avec 0,5 C de moins sur les parois (dérive de caméra) Tapp = 2,6 C Tmoyen = 17,5 C Dép/K = 5,6 W/m 2 Dép = 14,6 W/m 2 Dép(18,7 C) = 4,1 W/m 2 z = 14,6/4,1 = 3,6-22 -

23 Finalement, pour le retour sur investissement...?? 1 - détermination du U? C'est l'idée du thermicien Elle demande de déterminer les échanges convectifs 2 ou surface équivalente de défaut? C'est l'idée du thermographe Elle correspond à la compétence de la thermographie Dans les 2 cas, incertitude importante

24 B - Problèmes de caméra thermique? Elles sont utilisées "au taquet" * faibles températures et faibles écarts de température En détermination de U ou de s : besoin de température absolue * considérer l'incertitude de la caméra et sa dérive * idem en détection de condensation (diagramme de Mollier) En classification de déperditions, seulement des T Choix important de caméras sur le marché : pas de pb * la résolution spatiale ( 160x120) * la résolution thermique ( 0,1 30 C) * non-uniformité sur l'image thermique

25 C - Problèmes de prise de vue? Irrégularités de température de paroi dues aux variations : * de coefficient de transmission thermique U * de coefficients d'échange convectif ou radiatif * dans l'environnement radiatif des parois * d'ensoleillement (récent, non actuel!) * de températures à l'intérieur des locaux * etc

26 Problèmes de prise de vue? * variation du coefficient de transmission thermique U C'est le cas qui nous intéresse, puisque l'on cherche des problèmes - d'isolation - de pont thermique Ce cas peut être masqué par des phénomènes prépondérants

27 Problèmes de prise de vue? * variation des coefficients d'échange radiatif

28 Problèmes de prise de vue? * variation des coefficients d'échange convectif

29 Problèmes de prise de vue? * variations dans l'environnement radiatif des parois

30 Problèmes de prise de vue? * écart dans l'environnement radiatif des parois

31 Problèmes de prise de vue? * variation dans l'environnement radiatif des parois

32 Problèmes de prise de vue? * variation d'ensoleillement (récent, non actuel!)

33 Problèmes de prise de vue? * variation d'ensoleillement (récent, non actuel!)

34 Problèmes de prise de vue? * variation d'ensoleillement (récent, non actuel!)

35 Problèmes de prise de vue? * variation de températures à l'intérieur des locaux

36 Problèmes de prise de vue? * variation de températures à l'intérieur des locaux

37 Problèmes de prise de vue? Irrégularités entre bâtiments en thermographie comparative dues aux facteurs précédents auxquels il faut rajouter, entre autres, l'inertie

38 Problèmes de prise de vue?

39 Problèmes de prise de vue?

40 Vous aviez demandé la lune...??

41 22 janvier h30 à Châbons (Isère) Température ambiante + 3 C Lune : température apparente + 50 C en direction de Virieu sur Bourbre (Nord Est) caméra JENOPTIK HR 1280x960 Merci de votre attention

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