Cordial I-Care Business Advisers Company Presentation La thermographie infrarouge Tokyo Décembre 2012 August 2007 1 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
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
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
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
Exemples Historique de la chaleur 9 Exemples Chauffage du radiateur 10 12/12/2012 5
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
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
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
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
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 12/12/2012 10
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 12/12/2012 11
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 12/12/2012 12
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 12/12/2012 13
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. 28 12/12/2012 14
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. 30 12/12/2012 15
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. 32 12/12/2012 16
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 12/12/2012 17
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 12/12/2012 18