Présentation La Thermographie Infrarouge Une composante essentielle de la maintenance préventive prévisionnelle 02/02/2005 Slide 1 DEFINITIONS Sommaire LOIS DU RAYONNEMENT INFRAROUGE PRINCIPE DE MESURE & GRANDEURS D INFLUENCE APPLICATIONS GENERALES AVANTAGES & INCONVENIENTS 02/02/2005 Slide 2 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 longeurs d ondes infrarouges, proportionnels à sa température. Le radiomètre mesure la puissance de rayonnement émis et la transcrit en T. 02/02/2005 Slide 3 THERMOGRAPHIE INFRAROUGE Définitions Si on associe à l observation d une scène thermique un système radiométrique de captation spatiale muni d un convertisseur de rayonnements infrarouges en T et en points lumineux, on obtient une caméra 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 02/02/2005 Slide 4 2
Lois du rayonnement 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. 02/02/2005 Slide 5 Lois du rayonnement infrarouge : facteurs correctifs BANDES SPECTRALES UTILISEES EN THERMOGRAPHIE 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) 02/02/2005 Slide 6 3
Lois du rayonnement infrarouge : facteurs correctifs 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 02/02/2005 Slide 7 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 02/02/2005 Slide 8 4
Lois du rayonnement infrarouge DEFINITION GRAPHIQUE DU RAYONNEMENT DU CORPS NOIR Courbes de Planck Loi de Wien Loi de Stefan Boltzmann 02/02/2005 Slide 11 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) 02/02/2005 Slide 12 5
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 02/02/2005 Slide 13 BILAN RADIATIF: CAS GENERAL Lois du rayonnement infrarouge On considère uniquement le transfert d énergie par rayonnement. Ri Rt Ri = Rayonnement incident en provenance d'un autre élément Ra Corps Ra = Rayonnement absorbé par le corps Rt = Rayonnement transmis par le corps Re Re = Rayonnement émis par le corps Rr Rr = rayonnement réfléchi par le corps Ri = Rr + Ra + Rt Ri = Rr + Re + Rt avec Ra = Re (équilibre thermodynamique) 02/02/2005 Slide 14 6
BILAN RADIATIF: CAS GENERAL Lois du rayonnement infrarouge 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 + e + t 02/02/2005 Slide 15 Lois du rayonnement infrarouge BILAN RADIATIF: CAS DU CORPS NOIR ET DU CORPS REEL LE CORPS NOIR e = 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 e + r = 1 Transmission nulle t = 0 02/02/2005 Slide 16 7
BILAN RADIATIF: CAS PARTICULIERS LES CORPS SEMI -TRANSPARENTS Lois du rayonnement infrarouge Ces corps sont en général des milieux de propagation des rayonnements IR situés entre l objet opaque et la caméra thermique. ex: l atmosphère. e + 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) 02/02/2005 Slide 17 CAS GENERAL - GRANDEURS D INFLUENCE Distance de mesure entre le corps et la caméra infrarouge * dm Rayonnement émis par l'atmosphère Principe de mesure 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 02/02/2005 Slide 18 8
EQUIPEMENTS ELECTRIQUES - HAUTE-TENSION BORNES SECTIONNEUR HT: - Oxydation et serrage du contact CONNEXIONS BARRES HT: - Tresses défectueuses 02/02/2005 Slide 21 EQUIPEMENTS ELECTRIQUES - BASSE-TENSION 81.3 C 80 70 60 111.2 C 100 80 50 60 40 30 29.4 C 25.3 C 40 CONTACTEUR: - Contact défectueux BORNIER BT: - Serrage defectueux 02/02/2005 Slide 22 9
EQUIPEMENTS ELECTRIQUES - BASSE-TENSION CONDUCTEURS BT: - Sertissage de cosse défectueux DISJONCTEUR BT: - Dépassement de la charge nominale 02/02/2005 Slide 23 EQUIPEMENTS ELECTRIQUES - MOTEURS 56.3 C 50 40 MOTEUR: - Défectuosité statorique - Surcharge - Ventilation insuffisante 30 28.0 C 02/02/2005 Slide 25 10
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 02/02/2005 Slide 26 EQUIPEMENTS THERMIQUES REFRACTAIRES: - Dégradation du briquetage - Problème de fissuration - Problème de jointure - Réglage inadéquat de brûleurs (intensité et direction de flammes) 02/02/2005 Slide 29 11
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 02/02/2005 Slide 30 EQUIPEMENTS THERMIQUES 384.1 C REFRACTAIRES: 300 200 - Dégradation du briquetage - Problème de fissuration - Problème de jointure 100 50.5 C 02/02/2005 Slide 31 12
EQUIPEMENTS THERMIQUES REFRACTAIRES: - Dégradation du briquetage - Problème de fissuration - Problème de jointure 02/02/2005 Slide 32 EQUIPEMENTS THERMIQUES CANALISATION VAPEUR: - Dégradation du calorifuge - Absence d isolation - Problème de jointure 02/02/2005 Slide 33 13
BÂTIMENT MAISON D HABITATION: - Repérage de déperditions thermiques - Problème d isolation 02/02/2005 Slide 35 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... 02/02/2005 Slide 36 14
Inconvénients de la thermo IR MATERIELS STANDARD COUTEUX ADAPTER LE MATERIELS IR SUIVANT LES APPLICATIONS MAÎTRISER LA SITUATION DE MESURE... 02/02/2005 Slide 37 15