Présentation La Thermographie Infrarouge Une composante essentielle de la maintenance prédictive 27/11/2009 Corporate Services International Slide 1 Définitions NOTIONS DE TEMPERATURE La température d un corps est une grandeur physique qui caractérise le niveau thermique de ce corps: celle-ci s exprime en dégré Celsius ( C) ou en Kelvin (K). 0 Kelvin = -273 Celsius = Zéro absolu = Valeur énergétique nulle Par contact (thermomètre) MESURE DE TEMPERATURE Par rayonnement (radiomètre) Si la température d un corps est supérieure à 0 K, celui-ci émet des rayonnements situés dans les longueurs d ondes infrarouges, proportionnels à sa température. Le radiomètre mesure la puissance de rayonnement émis et la transcrit en T. 27/11/2009 Corporate Services International Slide 2 1
Définition de l Infrarouge LE SPECTRE ELECTROMAGNETIQUE DE LA LUMIERE La lumière visible, les ondes radio, TV, sont des rayonnements électromagnétiques: Domaine visible 0,4µm 0,8µm 0,1A 10A 0,1µm 1µm 100µm 1cm Rayons Gamma Rayons X Ultraviolet Infrarouge Ondes Radio 1A 100A 10µm 1mm 2µm 15µm Bande spectrale utilisée en thermographie IR La bande spectrale infrarouge s étend de 0,8 à 1000µm. NB: cette zone comporte plusieurs sections: l infrarouge proche de 0,8 à 3µm, l infrarouge moyen de 3 à 6µm, l infrarouge éloigné de 6 à 15µm et l infrarouge lointain de 15 à 1000µm. 27/11/2009 Corporate Services International Slide 3 Définition de la Thermographie IR LA THERMOGRAPHIE INFRAROUGE La Thermographie InfraRouge est la technique de mesure et d imagerie de T dans la bande spectrale associée aux longueurs d ondes infrarouges. THERMOGRAPHIE IR = VISUALISATION + QUANTIFICATION DE T COMMENT APPLIQUER LA THERMOGRAPHIE IR? On utilise un appareillage de mesure équipé d un capteur sensible aux rayonnements infrarouges: la Caméra Infrarouge (ou caméra de thermographie infrarouge). Celle-ci transcrit les rayonnements captés en points lumineux sur un écran (visualisation) et convertit la puissance de rayonnement émise en températures (quantification), sur base d une calibration spécifique. 27/11/2009 Corporate Services International Slide 4 2
Bandes Spectrales Infrarouges BANDES SPECTRALES EN THERMOGRAPHIE IR CLASSIQUE Dans la gamme 2-15µm, on utilise plus spécifiquement deux bandes spectrales: celles-ci correspondent à des fenêtres atmosphériques où le facteur moyen de transmission est optimal mais non maximal. 2-5µm (Ondes Courtes) 8-14µm (Ondes Longues) 27/11/2009 Corporate Services International Slide 5 Transmission Atmosphérique FACTEUR MOYEN DE TRANSMISSION ATMOSPHERIQUE Le facteur moyen de transmission atmosphérique varie en fonction de la distance de mesure, le taux d humidité atmosphérique et de la bande spectrale du radiomètre infrarouge. Courbes réalisées pour une atmosphère à 50% d humidité relative 27/11/2009 Corporate Services International Slide 6 3
Lois du rayonnement infrarouge ETUDES THEORIQUES ET REFERENTIELLES Le corps Noir Le corps noir est le corps de référence dans la théorie du rayonnement infrarouge: il est capable d absorber tout rayonnement incident quelque soit sa longueur d onde et d émettre à son tour des radiations à toutes les longueurs d onde. Ce corps référentiel cède à son environnement toute l énergie captée jusqu à l établissement d un équilibre thermodynamique. LE CORPS NOIR EST UN RADIATEUR IDEAL Trois lois définissent le rayonnement du corps noir: - la loi de Planck - la loi de Wien - la loi de Stefan-Boltzmann 27/11/2009 Corporate Services International Slide 7 Lois du rayonnement infrarouge DEFINITION GRAPHIQUE DU RAYONNEMENT DU CORPS NOIR Courbes de Planck Loi de Wien Loi de Stefan Boltzmann 27/11/2009 Corporate Services International Slide 8 4
Lois du rayonnement infrarouge PRINCIPE D ETALONNAGE D UNE CAMERA INFRAROUGE L étalonnage d une caméra thermique est réalisé à partir d un corps noir référentiel: il consiste à établir la relation entre la puissance de rayonnement émis et la température du corps noir. Courbes de Planck Courbe d étalonnage Ex: courbe d étalonnage d une caméra onde courte (2-5µm) 27/11/2009 Corporate Services International Slide 9 Lois du rayonnement infrarouge ETUDE PRATIQUES: LE CORPS NOIR & LE CORPS REEL CORPS REEL CORPS NOIR = RADIATEUR IDEAL APPLICATION DE CORRECTIONS BILAN RADIATIF DU CORPS NOIR ET DU CORPS REEL 27/11/2009 Corporate Services International Slide 10 5
Lois du rayonnement infrarouge BILAN RADIATIF: CAS GENERAL Ri Rt Ri = Rr + Re + Rt Corps 1 = (Rr/Ri) + (Re/Ri) + (Rt/Ri) Rr Re avec (Rr/Ri) = Réflectivité = r (Re/Ri) = Emissivité = ε (Rt/Ri) = Transmissivité = t EQUATION DE BASE DU BILAN RADIATIF 1 = r + ε + t 27/11/2009 Corporate Services International Slide 11 Lois du rayonnement infrarouge BILAN RADIATIF: CAS DU CORPS NOIR ET DU CORPS REEL LE CORPS NOIR ε = 1 Réflexion nulle r = 0 Transmission nulle t = 0 LE CORPS REEL: CAS GENERAL Le cas général inclu les corps généralement rencontrés en thermographie IR classique: ceux-ci sont supposés «non transmetteurs» : CORPS OPAQUES ε + r = 1 Transmission nulle t = 0 27/11/2009 Corporate Services International Slide 12 6
Lois du rayonnement infrarouge BILAN RADIATIF: CAS PARTICULIERS LES CORPS SEMI-TRANSPARENTS Ces corps sont en général des milieux de propagation des rayonnements IR situés entre l objet opaque et la caméra thermique. ex: l atmosphère. ε + t = 1 Réflexion nulle pour les gaz r = 0 exemple: l atmosphère. LE MIROIR THERMIQUE PARFAIT r = 1 LE CORPS TRANSPARENT IDEAL t = 1 (le vide) 27/11/2009 Corporate Services International Slide 13 Principe de mesure CAS GENERAL - GRANDEURS D INFLUENCE Distance de mesure entre le corps et la caméra infrarouge * dm Rayonnement émis par l'atmosphère Courbe du facteur moyen de transmission atm en fonction de la distance (OL-OC) Thermogramme Caméra infrarouge Rayonnement émis par le corps Corps réel Image IR Mesure des et transmis au travers de l'atm. "opaque" et T rayonnements captés * Température & corrections * Emissivité * Réflectivité Rayonnement environnant réfléchi par le corps et transmis au travers de l'atm. ε + r =1 ε (atm) + t (atm) =1 Atmosphère Environnement "Milieu semi-transparent" Rayonnement en provenance d'une * T atm source de chaleur environnante * Transmission atm * T env * Emmission atm 27/11/2009 Corporate Services International Slide 14 7
Applications Générales EQUIPEMENTS ELECTRIQUES - HAUTE-TENSION BORNES SECTIONNEUR HT: - Oxydation et serrage du contact CONNEXIONS BARRES HT: - Tresses défectueuses 27/11/2009 Corporate Services International Slide 15 Applications Générales EQUIPEMENTS ELECTRIQUES - BASSE-TENSION 81.3 C 80 70 60 111.2 C 100 80 50 60 40 30 29.4 C 40 25.3 C CONTACTEUR: - Contact défectueux BORNIER BT: - Serrage defectueux 27/11/2009 Corporate Services International Slide 16 8
Applications Générales EQUIPEMENTS ELECTRIQUES - BASSE-TENSION CONDUCTEURS BT: - Sertissage de cosse défectueux DISJONCTEUR BT: - Dépassement de la charge nominale 27/11/2009 Corporate Services International Slide 17 Applications Générales EQUIPEMENTS ELECTRIQUES - BASSE-TENSION FUSIBLES A CARTOUCHES: - Contact de base oxydé ou désserré FUSIBLES BT: - Pinçage des plots 27/11/2009 Corporate Services International Slide 18 9
Applications Générales EQUIPEMENTS ELECTRIQUES - MOTEURS 56.3 C 50 40 MOTEUR: - Défectuosité statorique - Surcharge - Ventilation insuffisante 30 28.0 C 27/11/2009 Corporate Services International Slide 19 Applications Générales EQUIPEMENTS MECANIQUES - ROULEMENTS 66.7 C 60 50 40 34.9 C POMPES: - Problème de lubrification - Problème de lignage - Problème de roulement NB: une mesure vibratoire permettra de diagnostiquer avec précision la défectuosité 27/11/2009 Corporate Services International Slide 20 10
Applications Générales EQUIPEMENTS THERMIQUES REFRACTAIRES: - Dégradation du briquetage - Problème de fissuration - Problème de jointure - Réglage inadéquat de brûleurs (intensité et direction de flammes) 27/11/2009 Corporate Services International Slide 21 Applications Générales EQUIPEMENTS THERMIQUES 167.0 C 160 140 120 100 80 REFRACTAIRES: - Dégradation du briquetage - Problème de fissuration - Problème de jointure 60 40 37.9 C 27/11/2009 Corporate Services International Slide 22 11
Applications Générales EQUIPEMENTS THERMIQUES 384.1 C 300 200 REFRACTAIRES: - Dégradation du briquetage - Problème de fissuration - Problème de jointure 100 50.5 C 27/11/2009 Corporate Services International Slide 23 Applications Générales EQUIPEMENTS THERMIQUES REFRACTAIRES: - Dégradation du briquetage - Problème de fissuration - Problème de jointure 27/11/2009 Corporate Services International Slide 24 12
Applications Générales EQUIPEMENTS THERMIQUES CANALISATION VAPEUR: - Dégradation du calorifuge - Absence d isolation - Problème de jointure 27/11/2009 Corporate Services International Slide 25 Applications Générales BÂTIMENT POTENTIALITES: - Problème d infiltration - Problème d humidité - Localisation de canalisation sous chape (fuites) 27/11/2009 Corporate Services International Slide 26 13
Applications Générales BÂTIMENT MAISON D HABITATION: - Repérage de déperditions thermiques - Problème d isolation 27/11/2009 Corporate Services International Slide 27 Avantages de la thermographie IR MESURES SANS CONTACT CONTRÔLE EN CHARGE CONTRÔLE NON DESTRUCTIF RAPIDITE DU DIAGNOSTIC INFRAROUGE GRANDES POTENTIALITES DES EQUIPEMENTS INFRAROUGES MAINTENANCE PREDICTIVE DIMINUTION DES COÛTS D ENTRETIEN AUGMENTATION DE LA FIABILITE DE L OUTIL DE PRODUCTION ETC... 27/11/2009 Corporate Services International Slide 28 14
Inconvénients de la thermo IR MATERIELS STANDARD COUTEUX ADAPTER LE MATERIELS IR SUIVANT LES APPLICATIONS MAÎTRISER LA SITUATION DE MESURE... 27/11/2009 Corporate Services International Slide 29 15