2. ThermaCAM E2
Programme
• Qui est FLIR ?
• Bases de la thermographie
Rappel sur les transferts thermiques
Rapide historique sur la théorie des rayonnements
Le spectre infrarouge
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
Les corps réels - émissivité
• Les caméras de thermographie et présentation de la E2
• Conditions de Mesure par thermographie
• Application en Maintenance
• Mesures sur le terrain
Suggestion de procédures, pièges à éviter, conseils
• Exploitation des données
Installation et mise en route de ThermaCAM Connect
Transfert des fichiers sur le PC
8. ThermaCAM E2
1) Rappel sur les transferts thermiques
Conduction
Convection
Rayonnement
2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements
3) Le spectre infrarouge
4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
5) Les corps réels - émissivité
6) Les caméras de thermographie et présentation de la E2
9. ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Différence entre chaleur et température
Dans un matériau, les molécules sont agitées d ’un
mouvement
permanent, à une certaine vitesse.
La température
dépend de la vitesse
moyenne de
déplacement des
molécules (1).
La chaleur dépend de la
vitesse moyenne de
déplacement des
molécules ainsi que de
leur nombre (2).
Chaleur = énergie
11. ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Température / Chaleur
Au zéro absolu,
il n ’y a plus
d ’agitation
moléculaire
(1)
Supposons a) une brique à
50°C, et b) un gravillon à la
même température.
Question :
Que choisissait-on pour
réchauffer un lit froid,
lorsqu’il n ’y avait pas de
chauffage central a) ou b) ?
Pourquoi ?
(2)
13. ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Température / Chaleur
Unités
Température
- Kelvin K, unité absolue de référence
- Degré Celsius (centigrade)
0°C = solidification de l ’eau
100°C =vaporisation de l ’eau
0 K = -273,15°C
- Degré Fahrenheit
Y °F = (1,8 x Z °C) + 32
20°C = 68°F
30°C = 86°F
0°F correspondrait à une température
mesurée en hiver 1709 à Dantzig
Aussi Degré Rankine, Degré Réaumur
Chaleur
- Joule J
- Calorie cal
1 cal = 4,18 J
Quantité de chaleur nécessaire pour
élever de 1°C, un gramme d ’un corps dont
la chaleur massique est égale à celle de
l ’eau à 15°C sous pression de 101325
pascals.
Note : CAL = calorie alimentaire
1 CAL = 1000 cal
14. ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Production chimique
*>47.7°C
*<-11.6°C
-10.0
-5.0
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
Il y a transfert de
chaleur entre
l ’intérieur - chaud -
et l ’extérieur -
froid - où est
disposée la caméra.
La caméra permet
de visualiser le
transfert.
15. ThermaCAM E2
Transferts thermiques
QUELQUES EFFETS DE LA CHALEUR
• Changement de température
• Expansion volumique
• Changement d ’état : gaz/liquide, liquide/solide, gaz/solide
• Incandescence
• Génération de force électromotrice
• Variation de viscosité
• Variation de paramètres électriques
• Etc...
16. ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Thermographie infrarouge . Exemple
d ’utilisation de la chaleur spécifique : contrôle
de toitures.
Des zones humides présentent
une chaleur spécifique
supérieure aux zones bien
sèches.
La journée, le toit est soumis à
un rayonnement solaire
intense.
La nuit, les zones humides
gardent plus longtemps la
chaleur, et sont perçues
comme des parties chaudes.
Mouillé
19. ThermaCAM E2
METAL
Transferts thermiques - Conduction
Du côté de la flamme, les molécules s ’excitent, bougent de plus en
plus rapidement et se cognent avec leurs voisines. Elles échangent
de l ’énergie. De proche en proche, l ’agitation moléculaire se
développe. Le flux de chaleur diffuse.
Dans les solides et les liquides, les molécules sont ordonnées et
la distance moyenne entre elles est bien plus faible que dans
un gaz. On comprendra alors que dans un gaz, la conduction soit
quasiment nulle.
23. ThermaCAM E2
Transferts thermiques - Convection
Convection forcée
Exemple de convection
forcée sur un système
de ventilation sur la
vitre avant d’une
voiture.
On remarque la zone
ou le flux d’air est le
plus important.
24. ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Rayonnement
Tous les corps de l’univers émettent un rayonnement d’ondes
électromagnétique.
Ce rayonnement se propage à la vitesse de la lumière.
Il ne nécessite pas de milieu matériel. Il existe dans le vide.
La théorie est connue, la résolution des problèmes est souvent
très difficile, surtout dès qu’il est question d ’interaction
rayonnement/conduction.
26. ThermaCAM E2
Prenez une plaque électrique
dans une pièce noire...
Vous alimentez la plaque...
Même si vous ne voyez pas la chaleur émise, vous la
‘sentez’ progressivement
Si la plaque est à la puissance maximum, et si vous ne
mettez pas de casserole dessus, elle va devenir rouge
Au fur et à mesure que la température augmente, les
caractéristiques du rayonnement changent. Une caméra de
thermographie peut ‘voir’ les changements imperceptibles à
l’œil !
Transferts thermiques - Rayonnement
27. ThermaCAM E2
Transferts thermiques - Rayonnement
L ’énergie infrarouge est similaire à la lumière, excepté qu’elle n’est pas visible à l ’œil
L ’énergie visible du soleil stimule l ’œil
L ’énergie infrarouge du soleil est absorbée (par notre peau)
Les caméras de thermographie mesurent cette énergie.
infrarouge
soleil
soleil
visible
Tous les objets émettent du rayonnement infrarouge.
La quantité émise est d ’autant plus grande que la température est élevée.
Seul les objets très chauds (température > 500°C) émettent du rayonnement ‘ visible’ à
l ’œil.
Les caméras de thermographie ne sont pas sensibles dans le visible.
28. ThermaCAM E2
Une caméra de thermographie reçoit et mesure un flux thermique infrarouge
d ’une façon similaire à l ’impression que nous laisse un radiateur.
Transferts thermiques - Rayonnement
Les couleurs ne sont qu’apparence
Les températures « colorisées »
ne sont qu’apparence
29. ThermaCAM E2
Transferts thermiques - Rayonnement
Une caméra de thermographie infrarouge est donc un
appareil qui capte un rayonnement invisible et le restitue
sous forme d’une image visible colorisée.
24,8°C
63,9°C
30
40
50
60
30. ThermaCAM E2
1) Rappel sur les transferts thermiques
Conduction
Convection
Rayonnement
2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements
3) Le spectre infrarouge
4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
5) Les corps réels - émissivité
6) Les caméras de thermographie
31. ThermaCAM E2
Rapide historique sur la théorie des rayonnements
Fin du 17ème siècle
1666-1672 Newton découvre la nature composite de la lumière blanche et il émet la
théorie corpusculaire de la lumière (réfraction par un prisme).
32. ThermaCAM E2
Rapide historique sur la théorie des rayonnements
Début du 19ème siècle
1800 Herschel découvre l ’existence de rayonnements hors du spectre visible
Rayonnement provenant
d’un prisme
Planche inclinée avec
une fente mince
Thermomètres avec
bulbes noircis
33. ThermaCAM E2
Rapide historique sur la théorie des rayonnements
Seconde moitié du 19ème siècle
1860 Kirchoff propose qu ’un bon absorbeur est aussi un bon émetteur. Corps noir. Loi de Kirchoff.
Transmission t + absorption a + réflexion r = 1
et absorption a =émission e
e
t r
Emission
Transmission
Réflexion
Absorption
34. ThermaCAM E2
Rapide historique sur la théorie des rayonnements
1855-1864 Maxwell prédit l ’existence des ondes électromagnétiques. Il conclut à une
similitude entre une onde électromagnétique et la lumière, puisque leurs vitesses sont
théoriquement identiques.
1879 Stefan conclu expérimentalement que l ’énergie émise est proportionnelle à T4.
1884 Boltzmann démontre les résultats de Stefan, par des considérations thermodynamiques.
Loi de Stefan Boltzmann.
1887 Hertz confirme expérimentalement la proposition de Maxwell, réussi à créer des ondes,
montre que leur vitesse de propagation est bien celle de la lumière.
Problème : chacun avait des résultats intéressants, mais aucune relation entre ces lois
n ’était possible en physique classique. La théorie et l ’expérience divergeaient (Wien,
Rayleigh).
1900 Planck introduit la quantification d ’échange d ’énergie radiante, discontinue. Loi de
Planck.
Permet de décrire la distribution spectrale des rayonnements, d ’un corps noir.
35. ThermaCAM E2
Rapide historique sur la théorie des rayonnements
Depuis le début du siècle ……….les capteurs
Guerre 14-18 : Premiers capteurs bolométriques (qui mesurent un flux d’énergie
rayonnante). Détection d ’un homme à 200 m et d ’un avion à 1000 m
A partir de 1929 : Capteurs dans le proche
infrarouge avec cathode Ag/O/Cs et
illuminateur à filament de tungstène.
Caméra mécanique à disque rotatif
Noctovision de Baird.
36. ThermaCAM E2
Rapide historique sur la théorie des rayonnements
Depuis le début du siècle ……….les capteurs
A partir de 1938 : Capteurs refroidis PbS (< 4 µm), PbTe (< 6 µm), PbSe (< 8 µm)
Guerre 39-45 : Caméra de détection actives utilisées par les armées allemande et alliées.
Sniperscope et Snooperscope US (1945).
A partir de 1955 : Missiles à guidage infrarouge (PbS, PbTe, InSb) : Sidewinder (US 1955)
Falcon (US 1956), Red Top (GB 1957), Firestreak (GB 1958), Matra 530 (F 1959)
A partir de 1960 : Caméras militaires d ’observation (InSb, HgCdTe), puis caméras civiles
etc.……
37. ThermaCAM E2
1) Rappel sur les transferts thermiques
Conduction
Convection
Rayonnement
2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements
3) Le spectre infrarouge
4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
5) Les corps réels - émissivité
6) Les caméras de thermographie
38. ThermaCAM E2
Le spectre infrarouge
La limitation de bande spectrale est liée à l ’atmosphère
à la technologie
au référentiel terrestre (gamme
de température habituellement
rencontrée)
Ondes courtes = de 2 à 5,5 µm Ondes longues = de 8 à 12 µm
Longueurs d’onde en micromètres
Gamma
Rays
X-Rays
Ultra-
Violet
Visible Micro-ondes
Infrarouge Radio
UHF VHF
Visible
Infrarouge
2 5 8 12
SW LW
39. ThermaCAM E2
1) Rappel sur les transferts thermiques
Conduction
Convection
Rayonnement
2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements
3) Le spectre infrarouge
4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
5) Les corps réels - émissivité
6) Les caméras de thermographie
40. ThermaCAM E2
Le corps noir
Dans le cas général, lorsqu'un corps reçoit un rayonnement EM, une
partie de celui-ci est transmise, une autre est absorbée et le reste est
réfléchi par sa surface.
Rayonnement
reçu par le corps
Rayonnement
réfléchi par le corps
Rayonnement
transmis par le corps
Rayonnement
absorbé par le corps
41. ThermaCAM E2
Le corps noir
Le corps noir est un objet idéal qui absorbe tous les rayonnements EM
incidents, quels que soient la longueur d ’onde et l ’angle d ’incidence.
Surface interne
absorbante
d d
2
i
Soit une enceinte dont la surface interne est absorbante
(de façon à limiter autant que possible les phénomènes
de diffusion) et dans laquelle existe une ouverture dS
de dimension très petite par rapport au volume de
l'enceinte.
Le rayonnement qui pénètre par dS va être piégé car la
petite partie du flux incident qui est diffusée sur la
paroi interne est elle-même presque entièrement
absorbée par celle-ci.
Ce n'est donc qu'une infime partie du rayonnement
incident qui ressort par dS et on peut admettre que
l'ouverture dS est un corps noir puisqu'elle a absorbé la
quasi-totalité du flux d2fi.
Si maintenant on remplace l'orifice dS par un morceau de matière M constituant la paroi et que l'intérieur de l'enceinte
comprenne, à l'instant où on bouche l'orifice, diverses parties à des températures différentes, il va y avoir, entre chacune,
un échange thermique par rayonnement jusqu'à ce que la totalité de la surface interne soit à la température T.
Lorsque toutes les parties sont à la même température, elles émettent toujours un rayonnement thermique mais, pour
chacune d'elles, le bilan énergétique est nul (elles reçoivent autant d'énergie qu'elles en émettent).
Ce raisonnement s'applique en particulier à M et comme il absorbe tout le rayonnement qu'il reçoit, il émet également tout
: ainsi, un corps noir est non seulement un absorbeur parfait, mais aussi un émetteur parfait. Le corps noir est, en
quelque sorte, un "étalon de rayonnement" et l'énergie émise par les corps réels est toujours évaluée par rapport à celle
qu'émettrait le corps noir dans les mêmes conditions.
42. ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
La loi de Planck décrit la distribution spectrale du rayonnement électromagnétique
d ’un corps noir :
Excitance spectrique d'un corps noir à la longueur d'onde .
c = vitesse de la lumière = 3 x 106 m/sec
h = constante de Planck = 6,6 x 10-34 J.s
k = constante de Boltzmann = 1,4 x 10-23 Joule/K
T = température absolue du corps noir exprimée en K
l = longueur d'onde (m)
Note : Le facteur 10-6 est utilisé puisque l'excitance est exprimée en Watts/m² µm.
Si ce facteur est éliminé, la dimension sera Watts/m²m.
mmWattsx
e
hc
W kThcCN
l
l l
26
/5
2
/10
1
2
43. ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
.
COURBES DE PLANCK
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
260°C (490°F)
20°C (70°F)
Relativeblackbody
radiantemittance
Longueur d’onde (microns)
102
101
1
10-1
10-2
10-3
10-4
0
mmWattsx
e
hc
W kThcCN
l
l l
26
/5
2
/10
1
2
44. ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
La formule de PLANCK permet de tracer
une famille de courbes pour les différentes
températures. Suivant ces courbes, nous
constatons que le flux de puissance est nul
pour la longueur d'onde l 0 , puis grandit
rapidement pour atteindre un maximum à
une longueur d'onde appelée l lmax et
décroît lentement vers zéro pour les
longueurs d'onde supérieures.
COURBES DE PLANCK
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 121314
260°C (490°F)
20°C (70°F)
Relativeblackbody
radiantemittance
Longueur d’onde (microns)
102
101
1
10-1
10-2
10-3
10-4
0
Plus la longueur d’onde est faible et la
température du corps élevée, plus l’objet
rayonne.
Un objet chaud émet donc un rayonnement
plus puissant qu’un objet froid et le
rayonnement est émis à des longueurs
d’onde d’autant plus courtes que le corps est
chaud
45. ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
Longueur d’onde
Corps noir à 25 °C
E
n
e
r
g
i
e
r
a
y
o
n
n
é
e
46. ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
Longueur d’onde
Corps noir à 300 °C
E
n
e
r
g
i
e
r
a
y
o
n
n
é
e
47. ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
Longueur d’onde
Corps noir à 750 °C
E
n
e
r
g
i
e
r
a
y
o
n
n
é
e
48. ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
Longueur d’onde
Corps noir à 6000 °C, le soleil
E
n
e
r
g
i
e
r
a
y
o
n
n
é
e
49. ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
La dérivée de la formule de Planck, par rapport à la longueur d ’onde, permet d ’obtenir
la position du maximum de chaque courbe.
C ’est la loi de Wien.
Elle indique que plus un corps est chaud, plus son pic d ’émission maximum se
déplace vers les courtes longueurs d ’onde.
m
T
l
2898
max
(T en Kelvin)
50. ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan BoltzmannLe corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
6000
4000
2000
750
300
25
-75
Longueur d’onde
temp. °C
«
P
u
i
s
s
a
n
c
e
»
r
a
y
o
n
n
é
e
m
T
l
2898
max
(T en Kelvin)
51. ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
• Rigel 12000°
• Sirius 10000°
• Soleil, Capella
6000°
• Betelgeuse 3000°
52. ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
Loi de STEFAN BOLTZMANN.
On peut aussi démontrer que l ’énergie comprise entre l = 0 et l = lmax représente
seulement 25% du total. Il y a donc 75% de l’autre côté du maximum.
25% 75%
Zone où on
essayera de
préférence
de faire une
mesure car
c’est là où il
y a plus
d’énergie
53. ThermaCAM E2
1) Rappel sur les transferts thermiques
Conduction
Convection
Rayonnement
2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements
3) Le spectre infrarouge
4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
5) Les corps réels - émissivité
6) Les caméras de thermographie
54. ThermaCAM E2
Emission, réflexion, transmission
• Suivant les principes de la thermodynamique (Loi de Kirchoff):
Absorption = Emission
Transmission
Réflexion
Emission
Absorpsion
Objet
Energie incidente
• Emission + Transmission + Réflexion = 1
• On notera par la suite: ε + τ + r = 1
55. ThermaCAM E2
Emission, réflexion, transmission
Transmission
Réflexion
Emission
Absorpsion
Objet
Energie incidente
• Si l'objet est considéré opaque, on a une transmission = 0
• En thermographie infrarouge, les corps sont considérés opaques
56. ThermaCAM E2
Emission, réflexion, transmission
Réflexion
Emission
Absorpsion
Objet
Energie incidente
• Si l'objet est considéré opaque, on a une transmission = 0
• d'ou : Emission + Réflexion = 1
Transmission
57. ThermaCAM E2
Emission, réflexion, transmission
• Absorbe toute l’énergie
• Toute la réflexion est absorbée
T0
Energie incidente
Rappel:
Absorption = Emission
Emission + Réflexion = 1
Un corps noir absorbe tout donc
émet tout. On a finalement:
Emission = 1
minimum
Corps noir
• Le Corps noir:
Un corps parfait.
58. ThermaCAM E2
Emission, réflexion, transmission
• Corps réel: Il n’émet qu’une fraction de ce qu’émettrait un
corps noir porté à la même température.
Transmission
Réflexion
Emission
Absorpsion
Objet
Energie incidente
noircorpsparémisRayons
réelobjetparémisRayons
Q
Q
EMISSIVITE
L’émissivité est une caractéristique du corps réel.
59. ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
Types généraux de corps
Corps opaque Transmission = 0
donc Réflexion + Emission = 1
Corps brillant Réflexion élevée
et émission faible
Corps gris Emission constante sur une
bande de longueur d ’onde
Corps sélectif Emission, réflexion et
transmission varient en
fonction de la longueur
d ’onde
61. ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
Courbe d ’émission d ’un corps gris, à la même température
62. ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
Courbe d ’émission d ’un corps sélectif, à la même température
63. ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
L ’émissivité
L’émissivité est le rapport de l’émission de l’objet à
mesurer par l’émission d’un corps noir à la même
température et pour une longueur d’onde donnée
e Obj / CN
Sa valeur est donc comprise entre 0 et 1
64. ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
L ’émissivité, quelle est sa valeur ?
Impossible à dire tel que, elle varie :
1. En fonction de la nature du matériau
5. En fonction de la longueur d’onde
4. En fonction de l’angle d’observation
3. En fonction de la Température du matériau
2. En fonction de l’état de surface du matériau
65. ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
1. En fonction de la nature du matériau
5. En fonction de la longueur d’onde
4. En fonction de l’angle d’observation
3. En fonction de la Température du matériau
2. En fonction de l’état de surface du matériau
Émissivité, comment varie t’elle ?
68. ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
Variation de l’émissivité en fonction de l’angle d’observation
20°
30°
40°
50°
60°
70°
80°
1.0
.9
.8
.7
.6
.5
.4
.3
.2
.1
0
10°
69. ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
1. Tableau de valeur
bonne approximation mais attention aux
conditions de validité
à utiliser avec précaution
Émissivité, comment la connaître ?
70. ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
Matière Température Valeur
Aluminium brillant 20°C 0,04
Aluminium traité 20°C 0,83 à 0,94
Cuivre poli 100°C 0,05
Cuivre très oxydé 20°C 0,75 à 0,8
Fonte oxydée 100°C 0,65
Feuillard de fer rouillé 20°C 0,7 à 0,95
Nickel électrolytique poli20°C 0,05
Acier inox 18/8 poli 20°C 0,16
Acier inox oxydé 60°C 0,85
Brique rouge 20°C 0,93
Suie de charbons 20°C 0,95
Ciment sec 35°C 0,95
Verre (au delà de 4,5µm) 35°C 0,96
Huile de lubrification (épaisse) 17°C 0,87
Film huile 30 microns 20°C 0,27
Film huile 130 microns 20°C 0,72
Film huile épais 20°C 0,82
Plâtre blanc 20°C 0,85 à 0,9
Peau humaine 32°C 0,98
Eau liquide 20°C 0,96
Cristaux de glace -10°C 0,98
Neige -10°C 0,85
71. ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
4. Thermocouple à contact et Sonde PT100 de
référence
délicat, mais peut donner une bonne approximation
3. Peinture de « référence »
méthode par approximations successives
Émissivité, comment la connaître ?
2. Expérience
- pas de problème sur câbles, manchons, isolants,
plastiques, caoutchouc
- délicat sur métaux polis, mieux s’ils sont oxydés
72. ThermaCAM E2
1) Rappel sur les transferts thermiques
Conduction
Convection
Rayonnement
2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements
3) Le spectre infrarouge
4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
5) Les corps réels - émissivité
6) Les caméras de thermographie
73. ThermaCAM E2
6) Les caméras de thermographie
6.1) Principes généraux
6.2) Types de détecteurs
6.3) Matériaux
Exemples
74. ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Module optique
Module détecteur
Electronique &
Logiciel
75. ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Module optique
Module détecteurElectronique &
Logiciel
•Convertit le signal en
unités de température
•Fonctions opérateurs
•Crée l’image dans le
viseur
•Conversion
analogique /
numérique
•Stockage digital des
données
•Convertit le
rayonnement
reçu en signal
électrique
•Focalise le
rayonnement IR sur
le détecteur
•Inclut les références
de temperature
•Crée l’image (horiz.
Vert.)
76. ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
x horizontal
y vertical
xy pixels infrarouges
Système IR à matrice
77. ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Microprocesseur Convert.
A/D
Stockage
numérique
Sortie
Vidéo
Compensation
de dérive
Références
Température
Tables de
Calibration
Signal du
détecteur
RS - 232
Commande à distance
78. ThermaCAM E2
6) Les caméras de thermographie
6.1) Principes généraux
6.2) Types de détecteurs
6.3) Matériaux
Exemples
79. ThermaCAM E2
Refroidissement
Sur les détecteurs électroniques, la sensibilité est inversement proportionnelle
à la température.
Température basse = plus de millivolts en sortie, pour un flux infrarouge reçu
déterminé.
Sur les détecteurs thermiques, la sensibilité est maximale aux alentours
de la température ambiante.
TEMPERATURE STABILISEE
REFROIDISSEMENT
Détecteurs thermiques
• Le Rayonnement reçu par un détecteur
provoque un échauffement de celui-ci.
81. ThermaCAM E2
6) Les caméras de thermographie
6.1) Principes généraux
6.2) Types de détecteurs
6.3) Matériaux
Exemples
82. ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie - matériaux
Matériaux utilisés en infrarouge (objectifs, hublots, etc.) :
Germanium (Ge) transparence entre 1,8 µm et 23 µm
température inférieure à 150°C
associé à un traitement SiO2 en OC et ZnSe en OL
Matériaux fluorés (CaF2, BaF2) transparence dans bandes VIS, OC, OL
température inférieure à 600°C
Ne pas oublier
• du film plastique alimentaire est transparent, et offre une bonne protection contre
des projections
• l’aluminium, le cuivre, l’argent, l’or, après polissage et dépôt d’oxyde de silicium sont
des bons miroirs
83. ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Quelques caméras de thermographie FLIR Systems
AGA
AGEMA
INFRAMETRICS
84. ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Quelques caméras de thermographie FLIR Systems
THV651 (1964)
85. ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Quelques caméras de thermographie FLIR Systems
AGA 782
(fin 70s)
86. ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Quelques caméras de thermographie FLIR Systems
AGEMA 470
(1988)
87. ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Quelques caméras de thermographie FLIR Systems
THERMACAM PM695
89. ThermaCAM E2
Caractéristiques générales
ThermaCAM E2 est la caméra de thermographie infrarouge la
plus légère et la plus maniable disponible sur le marché. C’est un
appareil polyvalent.
ThermaCAM E2 est radiométrique, c’est à dire qu’elle est
étalonnée et possède des capacités intégrées de mesurage en direct.
Les thermogrammes (images infrarouges) sont sauvegardés en
format JPG, puis transférables sur un PC afin d’être insérées dans
des pages de rapport.
94. ThermaCAM E2
Contenu de la valise
Le chargeur de
batterie2 emplacements
Temps de charge à 95
% = 2 heures
95. ThermaCAM E2
Contenu de la valise
Les batteries peuvent
aussi être rechargées
dans la caméra, avec
un adaptateur secteur
et un adaptateur
allume-cigare (opt)
96. ThermaCAM E2
Contenu de la valise
Logiciel ThermaCAM
Connect
Câbles d’alimentation
secteur et 12 Volts
Câble de liaison
RS232 ou USB
99. ThermaCAM E2
Champ
Mesuré
H x V
IFOV
Objectif 25°x 19°
Distance de
travail
Champ
horizontal
Champ vertical IFOV - pixel
30 cm (mini) 13,5 cm 10,5 cm 0,8 x 0,8 mm
1 mètre 45 cm 35 cm 3 x 3 mm
2 mètres 90 cm 70 cm 6 x 6 mm
Caméra
(valeurs arrondies)
102. ThermaCAM E2
NO (NON) et 0/1
• Marche . Temps de mise en route 15 secondes environ
• Arrêt (appuyer plus de 2 secondes)
• Échappement (annulation d’une fonction d’un menu)
(Utilisation simultanée avec les stagiaires)
103. ThermaCAM E2
SEL
Sélection d’une fonction de mesure
• Emissivité
• Niveau et plage (luminosité et contraste)
• Position du spot, taille de zone d’intérêt, seuil d’alarme
(Utilisation simultanée avec les stagiaires)
104. ThermaCAM E2
YES (OUI)
Acquiescement
• Activation du mode MENU, le joystick permet ensuite de naviguer
dans les différents menus
• Validation d’une fonction sélectionnée
(Utilisation simultanée avec les stagiaires)
105. ThermaCAM E2
SAVE
Pause /
Enregistrement
• Mise en mode « pause »
• Enregistrement à la volée en mémoire si la pression est plus longue
(Utilisation simultanée avec les stagiaires)
106. ThermaCAM E2
Joystick
Le joystick permet :
• de naviguer dans les différents menus
• de modifier la valeur d’une fonction
(Utilisation simultanée avec les stagiaires)
111. ThermaCAM E2
Rayonnement = Rayonnement + Rayonnement + Rayonnement
mesuré objet réfléchi sur l ’objet atmosphérique
Généralités, situation de mesure type
Situation de mesure type
112. ThermaCAM E2
0
Caméra IR
Emission
Un objet réel émet une certaine quantité de rayonnement
proportionnelle à sa température.
Mais il n’est pas seul dans l’univers….
Tobj
Atmosphère
Tatm
Généralités, situation de mesure type
113. ThermaCAM E2
0
Caméra IR
Atmosphère
Réflexion
Emission
Environnement
Energie incidente
Cette énergie se réfléchie sur ses parois en fonction des
pouvoirs réfléchissants de l’objet (réflexivité = 1 - ε0 )
Il reçoit aussi de l’énergie de l’environnement qui l’entoure
(soleil, four, technicien de maintenance, etc.)
Tobj
Tatm
Généralités, situation de mesure type
116. ThermaCAM E2
0
Caméra IR
Atmosphère
Environnement
Réflexion
(1- ε).Wref
Emission
ε.Wobj
Energie incidente
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
Tobj
Tatm (1-τ). Watm
τ.(1- ε).Wref
τ.ε.Wobj
Le total du rayonnement reçu par la caméra est donc:
τ= transmissivité de
l’atmosphère
Généralités, situation de mesure type
117. ThermaCAM E2
La caméra a donc besoin de connaître les caractéristiques de
l’objet, de l’environnement et de l’atmosphère pour calculer le
rayonnement émis par l’objet Wobj.
A partir de ce rayonnement, elle calcule la température de
l’objet en appliquant la loi de Stephan Boltzmann:
Wobj = εobj.σ. T4
Avec σ = constante de Stephan-Boltzmann = 5,7 x 10-8 (SI), Wobj en W/m² et T en °Kelvin
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
Généralités, situation de mesure type
118. ThermaCAM E2
Réglage de la caméra
Paramètres objet
Distance et humidité
Température réfléchie
Émissivité
119. ThermaCAM E2
Paramètres objets
Pour que la caméra puisse donner une température correspondant à celle
du corps visé, il faut régler plusieurs paramètres pour qu’elle applique la
formule vue précédemment:
Pour la caméra P60:
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
e
τ et Watm
Wenv
120. ThermaCAM E2
Distance et humidité
La transmission dans l’atmosphère va dépendre du pourcentage d’humidité
dans l’air et de la distance entre la caméra et l’objet à mesurer.
Courte distance: grande transmission Longue distance: faible transmission
Le rayonnement est absorbé par les
particules se trouvant dans
l’atmosphère, principalement les
molécules d’eau.
0
Caméra IR
Atmosphère
0
Caméra IR
Atmosphère
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
121. ThermaCAM E2
Distance et humidité
L’humidité relative rend compte de la densité de particules d’eau dans l’air.
La caméra calcule à partir de la distance et de l’humidité relative.
Il reste à régler l’émissivité et la température réfléchie.
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
La caméra calcule Watm à partir de la Température atmosphérique.
122. ThermaCAM E2
Température réfléchie
La Température réfléchie est l’équivalent en °C du rayonnement émis par
tout ce qui entoure la caméra lors d’une mesure
Procédure: On pointe la caméra sur un corps réfléchissant exemple: une
feuille d’aluminium alimentaire froissée
Caméra IR
Réflexion
Emission
La caméra reçoit le
rayonnement réfléchi
de l’environnement et
le rayonnement émis
par l’objet
L’environnement
rayonne sur l’objet
réfléchissant
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
123. ThermaCAM E2
Température réfléchie
La Température d’environnement est l’équivalent en °C du rayonnement
émis par tout ce qui entoure la caméra lors d’une mesure.
Procédure: On pointe la caméra sur un corps réfléchissant exemple: une
feuille d’aluminium alimentaire froissée
Caméra IR
Réflexion
Emission
Le corps réfléchissant
émet un minimum de
rayonnement.
Donc, tout ce que la
caméra observe est le
rayonnement de
l’environnement.
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
124. ThermaCAM E2
Température réfléchie
Pour afficher une température, la caméra applique la loi de
Stephan-Boltzmann.
Wtot = Wref = σ. Tref4
Ici, la totalité du rayonnement reçu est le rayonnement
recherché. Il convient donc de régler l’émissivité à 1 pour
calculer la température.
Rappel: loi de Stephan-Boltzmann
W = ε.σ. T4
125. ThermaCAM E2
Température réfléchie
Pour régler la température réfléchie, la procédure est donc la suivante:
1. Pointer la caméra sur un objet réfléchissant;
2. Régler l’émissivité à 1;
3. Relever la température affichée
4. Régler cette température comme
Température réfléchie Tref
Corps
réfléchissant
Précaution:
Il faut mettre le corps
réfléchissant au plus
près de l’objet à
mesuré pour prendre
en compte le
rayonnement qui va
perturber notre
mesure.
126. ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - émissivité
EMISSIVITE
Rappel 1 : Tout corps porté à une certaine température émet un rayonnement
infrarouge qui n ’est qu’une fraction de ce qu’émettrait un corps noir porté à la
même température. Cette proportion est appelée EMISSIVITE.
Rappel 2 : Considérant que la réflexion est le complément de l’émission (pour un
matériau opaque), un corps réel réfléchit du flux provenant de l’extérieur. Cela
est d ’autant plus prononcé que l’émissivité est faible.
Rappel 3 : L’émissivité dépend : du matériau
de la température
de l’état de surface
de l’angle
de la longueur d ’onde
127. ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - émissivité
1) Expérience: Maintenance électrique
pas de problème sur câbles, manchons isolants,
gaines plastiques, caoutchouc
délicat sur métaux polis, mieux s ’ils sont oxydés
2) Tableau récapitulatif bonne approximation
attention aux conditions de validité
à utiliser avec précaution
L’émissivité est une caractéristique de l’objet dont on veut déterminer la
température.
Il est indispensable de la connaître pour avoir un résultat fiable.
Voici les différentes méthodes:
128. ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - émissivité
L’émissivité est une caractéristique de l’objet dont on veut déterminer la
température.
Il est indispensable de la connaître pour avoir un résultat fiable.
Voici les différentes méthodes:
5) Labo équipé (méthode scientifique)
4) Thermocouple à contact permettant de déterminer la
température de l’objet puis d’en déduire son émissivité:
délicat, mais peut donner une bonne approximation
3) Peinture de « référence » dont on connaît l’émissivité. Exemple:
peinture pour pot d’échappement d’émissivité 0,95.
130. ThermaCAM E2
Emissivité, estimation par application de peinture ou de matériau de référence
Facteurs d ’influence - émissivité
1) On applique sur le matériau visé, à une distance proche de la scène dont on veut
connaître la température, une peinture hautement émissive (*) ou on colle une
bandelette adhésive d ’émissivité connue. Exemple e = 0,95.
2) On fait l ’hypothèse que les températures moyennes sur le matériau et sur la
référence sont identiques.
3) On mesure la température sur la zone de référence, avec e = 0,95. On obtient Tref.
4) Avec le calculateur de la caméra, on pointe la zone d ’émissivité inconnue, et on
adapte progressivement l ’émissivité (réglages caméra) jusqu’à ce que le calculateur
donne Tinconnue = Tref. Il suffit alors de lire l ’émissivité.
Norme ASTM E1933-99A
(*) peinture mate noire 3M, Krylon
148. ThermaCAM E2
Résolution géométrique de mesure
La mesure est affectée par la taille des objets visés.
Les facteurs d’influence sont :
La matrice (nombre de pixels)
L’objectif et la qualité du système optique
La distance
Un objet se projète sur le capteur matriciel, en une taille effective.
149. ThermaCAM E2
La résolution spatiale est la capacité à mesurer avec précision la
température de petits objets .
Il faut que l’objet soit plus gros que ce qu’il est nécessaire pour le
voir .
Y
Filtre Matrice
Champ total
exploré
Optique
150. ThermaCAM E2
Résolution géométrique de mesure
Pixel
Cas idéal : image de
l ’objet de même taille
que le détecteur et
alignement parfait.
Réponse à 100% sur le
détecteur I.
I I + 1 I + 2 I + 3I - 1
I I + 1 I + 2 I + 3I - 1
151. ThermaCAM E2
Résolution géométrique de mesure
Pixel
I I + 1 I + 2 I + 3I - 1
I I + 1 I + 2 I + 3I - 1
Cas réel : image de
l ’objet de même taille
que le détecteur mais
alignement imparfait.
Réponse correcte sur
aucun pixel >>> Pas de
mesure exacte.
152. ThermaCAM E2
Résolution géométrique de mesure
Pixel
I I + 1 I + 2 I + 3I - 1
I I + 1 I + 2 I + 3I - 1
Conclusion : L’objet doit
être assez gros pour
couvrir au moins un
pixel complètement.
Théorie : 2 x 2.
Réalité : 3 x 3
proposé chez FLIR.
153. ThermaCAM E2
Régle pratique: On regarde le viseur de la caméra
Si dans cette surface, la
température est homogène,
la taille de l’objet est
correcte.
154. ThermaCAM E2
Résolution géométrique de mesure
Résolution de l’optique standard 25° x 19°
1/120
Distance de travail Plus petit objet
mesurable
300 mm 2,5 x 2,5 mm2
500 mm 4,2 x 4,2 mm2
750 mm 6,25 x 6,25 mm2
1000 mm 8,3 x 8,3 mm2
2000 mm 16,6 x 16,6 mm2
155. ThermaCAM E2
Résolution géométrique de mesure
Astuce de terrain, qui tient compte d’un possible bougé.
Ce que vous visez doit
couvrir le centre du
point
156. ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - taille d ’un objet
Que faire lorsque les conditions ne sont pas respectées ?
a) se rapprocher
b) mettre un objectif avec une résolution plus
élevé (faible angle - télescope)
Si rien n ’est possible, alors, toute mesure risque d ’être
erronée
158. ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence – angle de visée
45° 45°
OK
OKOK
L’émissivité variant avec l’angle de visée , Il est important pour des mesures
normales sur des composants ayant une bonne émissivité de ne pas dépasser un
angle de 45 °
160. ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - transmission atmosphérique
Il existe par ailleurs des
facteurs d ’atténuation multiplicatifs supplémentaires
CO2, H2O, Flammes, Brouillards chargés de poussière, Pluie, etc.
Variation de la transmission
atmosphérique mesurée sur
un corps à 90°C (FRF 100%)
- Température de
l ’atmosphère 25°C
- Humidité relative 33%
161. ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - transmission atmosphérique
Influence du brouillard
Plate-forme vue au travers d ’un brouillard. Visibilité inférieure à 200 m. Distance d’observation 220 m.
D ’après Caniou. L ’observation et le mesurage par thermographie.
8 - 12 µm 3 - 5 µm
163. ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - atmosphère
Le vent « refroidit » les défauts. La
correction dépend donc de la
vitesse du vent (entre 1 et 8
m/s).
Ce phénomène est valable en
extérieur et est augmente
inversement à l’épaisseur des
objets.
DT corrigé du vent = DT brut x V0,45
Corrélation vent
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 2 4 6 8 10
Vitesse (m/s)
Facteurdecorrélation
165. ThermaCAM E2
Un corps réel n’est
pas un corps noir.
Il n ’émet qu’une fraction de ce
qu’émettrait un corps noir porté
à la même température.
Cette fraction est appelée EMISSIVITE.
Abréviation e.
W = e s T4 (au mieux !)
Considérant la loi de Kirchoff, un corps réel réfléchit donc
également de l ’énergie provenant de son environnement. Ceci
constitue le problème majeur des mesures en extérieur ou en
environnement rayonnant.
Réflexion solaire
168. ThermaCAM E2
Règle 1
Avant de faire une mesure, il faut que l’image soit nette. La
focalisation est manuelle.
169. ThermaCAM E2
Règle 2
L’objet visé doit être suffisamment grand. Utilisez par exemple le
point de mesure pour vérifier si la résolution de mesure est
respectée.
170. ThermaCAM E2
Règle 3
Choisir l’outil de mesure le plus adapté, la palette de couleur
permettant de discriminer au mieux le défaut.
173. ThermaCAM E2
Pour effectuer des mesures sur des armoires électriques, on applique
les règles suivantes:
1. l’émissivité des composants (en matière plastique) d’une armoire
électrique est de 0,95.
2. Il faut toujours coupler la mesure de température avec une mesure
d’intensité pour tenir compte de l’influence de la charge.
3. On essaiera toujours de comparer les températures mesurées
avec celles d’un composant sain identique.
4. Taille de l’objet conforme à la résolution spatiale
175. ThermaCAM E2
Inspection électrique et mécanique standard
Suggestions minimales de classement des défauts
1) Conditions de température absolue
Si le composant peut être touché par un opérateur habilité, sa
température de surface ne doit dépasser :
a) sans précaution, le seuil continu de douleur soit environ 60°C,
b) avec précaution, le seuil limite fixé par le constructeur.
ainsi que
En électrique, la température du composant ne doit normalement pas
excéder l’ambiance de +40°C (généralement +70°C pour les
composants militaires ; exemple US : MIL-STD-2194 1988).
176. ThermaCAM E2
Inspection électrique et mécanique standard
Suggestions minimales de classement des défauts
2) Conditions d’écart de température
La température d’un composant supposé défectueux est comparée avec
celle d’un composant sain identique travaillant dans des conditions
similaires.
Écart DT Sévérité
< 10 °C Cela peut être un défaut. Dans l’incertitude, c’est à surveiller.
10 à 20°C Défaut 1 (avéré). Planifier une mesure corrective.
20 à 40°C Défaut 2 (sérieux). Mesures correctives urgentes, dans la semaine
généralement.
> 40°C Défaut 3 (critique). Intervenir immédiatement.
177. ThermaCAM E2
Inspection électrique avec correction de la
charge
Si on admet qu’un défaut est de nature résistive, l’écart brut de
température doit être compensé en fonction du carré de la
charge.
DT effectif = DT brut x (Inominal / Imesuré)2
L’écart effectif est à considérer pour la classification du défaut.
Exemple : on mesure un écart de 9°C entre deux phases d’un
disjoncteur de calibre 100 ampères, alors que le courant mesuré
est de 30 ampères. Considérant l’écart brut, il ne s’agit pas d’un
défaut.
L’écart effectif compensé de la charge est de 9 x (100/30)2 soit
100°C. Le défaut passe alors en catégorie 3 Critique.
178. ThermaCAM E2
Inspection électrique Postes et Lignes
Suggestions minimales de classement des défauts
3) Conditions spéciales
L’écart de température brut DT doit être corrigé des effets du vent
et de l’intensité.
Les critères de sévérité sont spécifiques.
179. ThermaCAM E2
Inspection électrique Postes et Lignes
Correction des effets du vent
Le vent « refroidit » les
défauts. La correction
dépend donc de la vitesse
du vent (entre 1 et 8
m/s).
DT corrigé du vent = DT brut x V0,45
Corrélation vent
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 2 4 6 8 10
Vitesse (m/s)
Facteurdecorrélation
180. ThermaCAM E2
Inspection électrique Postes et Lignes
Correction des effets de l’intensité
Cas 1, la charge est insuffisante.
Charge Itransit / IMAP < 40%. On utilise DT effectif = DT corrigé du vent
Classe de sévérité 1 : DT effectif < 5°C
Classe de sévérité 2 : 5°C < DT effectif < 10°C
Classe de sévérité 3 : DT effectif > 10°C
181. ThermaCAM E2
Inspection électrique Postes et Lignes
Correction des effets de l’intensité
Cas 2, la charge est suffisante. L’énergie est plutôt proportionnelle
au carré de la charge.
Charge Itransit / IMAP > 40%. On utilise DT effectif = DT corrigé du vent x
(IMAP/Itransit)2
Classe de sévérité 1 : 5°C < DT effectif < 50°C
Classe de sévérité 2 : 50°C < DT effectif < 100°C
Classe de sévérité 3 : DT effectif > 100°C
183. ThermaCAM E2
Rapport - introduction
Les logiciels FLIR sont tous installés avec des formats de rapport type. Les
opérateurs peuvent s’en inspirer.
Quelques suggestions :
- Indiquer le type de caméra utilisée, préciser la date de validité de son
certificat d’étalonnage.
- Donner vos critères de sévérité.
- Lister les composants contrôlés y compris ceux pour lesquels rien n’a
été détecté. Les défauts feront l’objet d’une page de rapport
particulière avec photographie visible.
- Mettre en page avec numéro de page clair.
184. ThermaCAM E2
Page de rapport - défaut
Elle comprendra par exemple :
- Thermogramme infrarouge.
- Image visible.
- Caractéristiques physiques de ce qui est visé : type de matériel,
localisation, courant, tension, vitesse, ..
- Caractéristiques du thermogramme : émissivité, environnement,
horodatage, dénomination,..
- Température considérée comme défaut.
- Température considérée comme référence.
- Sévérité du défaut.
- Origine possible du défaut.
- Suggestion d’intervention.
185. ThermaCAM E2
Page de rapport - conclusion
Elle donne une vision synthétique de l’inspection.
Elle comprend souvent une liste récapitulative des défauts rencontrés, et
de leurs caractéristiques principales.
En maintenance prédictive, elle peut inclure des courbes de tendance, avec
des extrapolations temporelles.
187. ThermaCAM E2
Transfert Caméra - PC
1) Installer préalablement le logiciel ThermaCAM Connect ™.
2) Connecter la caméra à votre PC au moyen du câble USB ou du
câble RS232.
188. ThermaCAM E2
Transfert Caméra – PC (suite)
3) La caméra doit être reconnue
comme un disque dur
supplémentaire et s’afficher
comme tel dans l’explorateur
Windows.
189. ThermaCAM E2
Transfert Caméra – PC (suite)
4) Les thermogrammes
possèdent l’extension
JPG, et bénéficient donc
de la fonction
d’affichage en vignette.
Ils sont à transférer sur
votre disque dur vers
l’emplacement de votre
choix, comme n’importe
quel autre fichier.
190. ThermaCAM E2
Création du document rapport
1) Créer un nouveau
document de
l’application choisie
pour faire des
pages de rapport
-exemple Word.
2) A l’emplacement
choisi, insérer le
thermogramme et
éventuellement la
photo visible.
191. ThermaCAM E2
Création du document rapport
3) Utiliser Word
de façon
standard pour
établir votre
document
rapport.