cours thrmo pajani

5/14/2018 COURS THRMO PAJANI - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/cours-thrmo-pajani 1/157

THERMOGRAPHIE APPLIQUÉE

AU CONTRÔLE DES

INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES

MODULE 3 DE LA QUALIFICATION DES OPERATEURS POUR LE CONTROLEDES INSTALLATIONS ELECTRIQUES PAR THERMOGRAPHIE INFRAROUGE

-- TIR 3 --

QUALIFICATION APSAD délivrée par le CNPP

Novembre 2002



Copyright © ©© © INSTITUT DE LA THERMOGRAPHIE 1998-2002

institut de la thermographie

Les Prés BouchardF- 91370 VERRIERES LE BUISSON (PARIS)tél – fax (33) 01 64 47 18 69

[email protected]

Autorisation de copie délivrée au CNPP, Centre National de Prévention et de Protection,sur feuilles pré-imprimées au logo CNPP.

Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite. Il en est de même pour la traduction, l'adaptation ou la transformation, l'arrangement ou la reproduction par un art ou un procédé quelconque. (Loi du 1

er juillet 1992

– art. L 122-4 du Code de la propriété intellectuelle).



THERMOGRAPHIE APPLIQUEE AU CONTROLE DES INSTALLATIONS ELECTRIQUES - Edition de Novembre 2002 -

Copyright© INSTITUT DE LA THERMOGRAPHIE 1998-2002

PAGE 1

SOMMAIRE





PAGE 2





PAGE 3

INTRODUCTION 5

1 - TEMPERATURES 9

2 - IMAGERIE THERMIQUE ET MESURE THERMOGRAPHIQUE 13

3 - EMISSION SUR CANAL INFRAROUGE 19

A - LE SPECTRE DES RAYONNEMENTS 21

B - LE RAYONNEMENT EMIS 23

C - LE RAYONNEMENT REFLECHI 27

D - LE RAYONNEMENT TRANSMIS 28

E - LE RAYONNEMENT ABSORBE 28

4 - LA PLAQUE CHAUFFANTE DE LA CUISINIERE ELECTRIQUE 29

A - LA PLAQUE CHAUFFANTE 31

B - LE BILAN RADIATIF 36

C - L'EMISSIVITE 39

D - LE FACTEUR DE REFLEXION 43

E - LE FACTEUR DE TRANSMISSION 47

F - LE CORPS NOIR THEORIQUE ET LE "CORPS NOIR" REEL 50

G - REMARQUES, CONCLUSION ET SYNTHESE GRAPHIQUE 52

5 - COMPRENDRE ET REGLER LA CAMERA 55

A - LA CAMERA THERMIQUE 57

B - THERMOSIGNAL, CALIBRE ET CONFIGURATION 62

C - LE TRAITEMENT DU THERMOSIGNAL 66

D - LE TRAITEMENT DE L'IMAGE THERMIQUE 70

6 - LA CAMERA THERMIQUE RISQUE DE MESURE SAUVAGE 73

A - ESPACE DE L'IMAGERIE ET ESPACE DE LA MESURE 75

B - LES COURBES D'ETALONNAGE ET L'EXACTITUDE 77

C - LA RESOLUTION SPATIALE 78

D - LA RESOLUTION THERMIQUE 86

E - LES ASPECTS OPERATIONNELS 87





PAGE 4

7 - MATERIELS ET LOGICIELS 89

A - LE SYSTEME DE THERMOGRAPHIE 91

B - L'ENREGISTREMENT DES IMAGES THERMIQUES 92

C - LE TRAITEMENT DES IMAGES THERMIQUES (redite) 93

D - L'EDITION DES THERMOGRAMMES 94

E - L'OPERATEUR 95

8 – EXAMINONS … THERMOGRAPHIQUEMENT 97

A - LES PREMICES DE L'EXAMEN THERMOGRAPHIQUE 99

B - APPRECIATION ET MAITRISE DE LA SITUATION 100

C - LA TRANSCRIPTION EN TEMPERATURE 101

D - L'INCERTITUDE DE MESURE 106

E - MESURE ABSOLUE ET MESURE D'ECART 107

F - LE RAPPORT D'INTERVENTION 108

G - LA SIGNIFICATION DES MESURES 109

H - SYNTHESE : LA DEMARCHE DE LA MESURE 111

9 - LA THERMOGRAPHIE, A QUOI ÇA SERT ? 113

A - GENERALITES 115

B - MAINTENANCE ET PREVENTION 116

C - CONTROLE D'INSTALLATIONS ELECTRIQUES 117

D - ISOLANTS, CALORIFUGES, REFRACTAIRES, … 119

E - PETROCHIMIE 121

F - MAINTENANCE MECANIQUE 122

10 - CONCLUSION 123

A - LE ROLE DE L'OPERATEUR 125

B - VERS LES SPECIALISTES 126

11 - LES SEPT REGLES DU THERMOGRAPHE 127

12 - BIBLIOGRAPHIE 131

ANNEXE 1 SCHEMA SYNOPTIQUE DES TEMPERATURES 135

ANNEXE 2 DETAILS SUR LES CAMERAS THERMOVISION 400, 700 et 800 139

ANNEXE 3 TABLEAU D'EMISSIVITES 145





PAGE 5

INTRODUCTION





PAGE 6





PAGE 7

Dans le cadre de la Qualification des opérateurs pour le contrôle par thermographie infrarouge desinstallations électriques pour la prévention des risques d'incendie et d'arrêt de production, l'INSTITUT DE LATHERMOGRAPHIE conçoit et dispense le stage de THERMOGRAPHIE, Module 3 de la Qualification, TIR 3.

Ce fascicule est un condensé des enseignements de thermographie appliquée. Il ne traite pas des exercicesni des travaux pratiques.

Il ne s'agit pas d'un cours sur l'électricité, ni sur les installations électriques, ni sur la prévention des risques.Dans cette optique, "interprétation" signifie "validation des mesures thermographiques" et ne signifie pas"explication de la présence de cette température" et encore moins "action à mener pour corriger cettetempérature" ou "risque de tel ou tel type".

L'interprétation ainsi définie est la première démarche logique qui conduira ensuite à comprendre le pourquoides températures mesurées, dans des conditions définies d'exploitation des installations électriques, et àannoncer les risques liés à ces températures.

Nous conseillons toujours une certaine modestie lors de la mise en œuvre de la thermographie,apparemment facile du fait de l'image qu'elle procure, au même titre que la vidéo paraît simple, pour

beaucoup, du fait de la large diffusion du caméscope.Il est toujours temps, après l'irruption massive des caméras thermiques dans l'industrie, de poursuivre cetteprofessionnalisation du paysage thermographique français.

On ne présente ici ni la théorie de la thermographie ni la technologie des caméras, mais on s'intéresse auxéléments concrets de compréhension et de mise en œuvre de la technique, éléments suffisants pour qu'unopérateur attentif, sensibilisé ou qualifié par ailleurs en matière d'installations électriques et de prévention,aborde les mesures avec une confiance fondée et une sage perspicacité sur les limites, tant les siennespropres que celles de la thermographie et celles de son équipement de mesure.

Cet exposé montre en effet qu'il est capital, pour l'opérateur, de réaliser, ce qui lui sera ensuite familier, que

des notions simples sur les rayonnements lui permettront d'exécuter des mesures de température correctes,dans des situations qu'il saura apprécier et maîtriser. Il est définitivement inutile de disserter autourd'intégrales triples pour atteindre ce but. Viendra ensuite, fondée sur ce stage et sur l'expérience quipoursuivra sans cesse cette formation de base, une clairvoyance constructive.

Les bornes au savoir qu'entraîne la courte durée d'un stage doivent rester en permanence à la consciencedes participants. Leur domaine d'intervention est délimité.

Il y a, en effet, des situations de mesure où ces éléments se révéleront incomplets. Il est bon que lesopérateurs identifient ces cas, surtout s'ils n'ont pas compétence à les aborder, afin de ne pas se fourvoyertranquillement dans des interprétations erronées.

Le niveau des stagiaires, à qui s'adresse cet enseignement, est au minimum un niveau de techniciensupérieur en maintenance, en électricité, en électrotechnique ou en mesure physique.

Tout au long du stage, nous respecterons le vocabulaire des normes de métrologie, de rayonnement et dethermographie. L'opérateur compétent se reconnaît par son langage exact. Il est apprécié en conséquence.Mais, il a le droit de s'expliquer sur sa propre terminologie, quand il le justifie en toute logique et qu'aucunusage plus judicieux et plus largement répandu ne vient opposer un discours mieux établi.

[Et justement, nous n'utilisons pas l'expression normalisée de "caméra infrarouge", lui préférant désormais "caméra thermique", puisqueles caméras de thermographie ne fonctionnent pas toutes dans l'infrarouge. Il sera néanmoins clair que les caméras utilisables encontrôle d'installations électriques sont nécessairement des caméras thermiques infrarouges. Même commentaire pour "thermographie"et "thermographie infrarouge".]





PAGE 8

Nous prendrons comme exemples concrets, lors des explications, des caméras thermiques disponibles chezles opérateurs ou fournies par les revendeurs. Ce sont des caméras utilisables en contrôle des installationsélectriques. Il n'est pas discuté si elles sont les meilleures pour cet usage et cet exposé ne préconise pas dematériels particuliers même si le stagiaire attentif comprendra ceux qu'il lui est souhaitable d'éviter pour lescontrôles.

Enfin, un stage n'est pas un lieu où l'on caractérise des matériels. Ceux qui sont mis en œuvre lors desexercices et les travaux pratiques en salle sont des appareils soit neutres (hors marché), soit conçus ouréalisés par l'Institut et ses intervenants. Ceux que l'on utilise pour les travaux pratiques sur site sont misgracieusement à disposition par les représentants ou sont ceux des stagiaires, s'ils ont été acceptés parl'Institut.

[Les passages en petits caractères et entre [] ont pour but, pour les personnes intéressées ou déjà plus expérimentées, de nuancer etde détailler le propos.]

On ne s'étonnera pas des redites. Elles sont propres à tout enseignement.

Ce fascicule peut être remis à jour à chaque cession de stage, selon les évolutions de la Qualification, lesrecommandations du Comité d'Orientation concernant les stages, l'apparition de nouveaux matériels.





PAGE 9

1 - TEMPÉRATURES

NOTIONS DE BASE SUR LA TEMPÉRATUREET LA MESURE DES TEMPÉRATURES





PAGE 10





PAGE 11

La température est en relation avec l'état énergétique de la matière.

On peut communiquer de l'énergie à la matière par :

- conduction (casserole sur une plaque électrique) ;- convection (casserole sur une cuisinière au gaz) ;- rayonnement (casserole en métal ferreux sur une plaque à induction).

La température peut résulter d'une action mécanique (frottements dus au cisaillement, comme dans lemalaxage de la pâte à modeler, la rentrée d'un engin dans l'atmosphère terrestre), d'un passage de courantélectrique ("frottements" dus à la résistivité du matériau), d'une action chimique (réaction endo- ouexothermique), etc ...

La température s'exprime en degré Celsius (°C) ou en Kelvin (K). L'échelle en K est référencée au zéroabsolu qui vaut - 273,15°C. La relation est donc T (en K) = T (en °C) + 273,15. Les degrés centigradesn'existent plus.

La méthode de mesure de la température est une mesure indirecte. On mesure la valeur d'une grandeur "G"

liée à la température "T" (volume d'un liquide, résistance d'un matériau, rayonnement émis) et l'on en déduitla valeur de T, en connaissant la loi physique liant G et T et en étalonnant les appareils de mesure.

La température se mesure au moyen de thermomètres, que ce soit par contact (conduction), par immersion(convection) ou par absorption (rayonnement).

Les thermomètres de contact (ou immersion) mesurent des températures par contiguïté du capteur (jonctiond'un thermocouple par exemple) avec le fluide ou le solide dont on veut localement connaître la température.On suppose l'équilibre des températures entre le capteur et l'élément de surface ou de volume, et on comptesur le fait que l'"intrusion" du capteur ne modifie pas la température locale.

Les thermomètres, qui mesurent des rayonnements dont les longueurs d'onde sont situées dans l'infrarouge,

sont des thermomètres infrarouges. Ils sont basés sur des radiomètres (appareils de mesure durayonnement) étalonnés en laboratoire par l'observation de corps de référence de température appelés"corps noirs". La courbe d'étalonnage peut être incluse dans un calculateur analogique ou numérique,intégré ou non au radiomètre, lequel calculateur indique des températures. Ce radiomètre devient alors unthermomètre. On dit aussi, savamment, un radio-thermomètre (thermomètre par mesure du rayonnement).On verra plus loin comment la mesure du rayonnement conduit à la mesure de la température.

Normalement (il existe des exceptions), la présence du radio-thermomètre ne perturbe pas l'état thermiquede l'objet observé. Mais il y a des cas où le radiothermomètre modifie l'état des rayonnements enprovenance de l'objet qu'il observe.

Pour les hautes températures, on parle plus souvent de pyromètres.

Les caméras thermiques qui mesurent des températures sont des radiomètres à balayage spatial, balayagemécanique ou électronique, auquel on adjoint des calculateurs pour déterminer les températures.





PAGE 12





PAGE 13

2 - IMAGERIE THERMIQUE ET

MESURE THERMOGRAPHIQUE

LES DEUX APPROCHES DE LA THERMOGRAPHIE





PAGE 14





PAGE 15

On peut aborder la thermographie suivant deux approches différentes aboutissant au même résultat. Il s'agitlà de généralités destinées à positionner la technique de mesure au-dessus de la technique d'imagerie etpour les contrôles des installations électriques.

Approche imagerie thermique, type d'approche historique d'AGEMA INFRARED SYSTEMS (absorbé parFLIR SYSTEMS), fabricant des caméras thermiques de marque THERMOVISION (qui contient le mot"vision") et qui ne fabrique pas de thermomètres. La racine "thermo" est, par contre, bien adaptée. C'est la

même approche historique qu'a faite INFRAMETRICS (absorbé par FLIR SYSTEMS), mais en préférant leradical "metrics" qui évoque la mesure, tout en réduisant son domaine à l'infrarouge par le diminutif "infra".

Ou approche mesure thermographique, type d'approche historique de LAND INFRARED et de IRCON,fabricants de pyromètres et de radiothermomètres, puis d'analyseurs-ligne, puis de caméras thermiques.

On notera que NIPPON AVIONICS se situe historiquement à cheval en liant sa marque AVIO à TVS(Thermal Video System). Si "thermal" convient, "video" manifeste une volonté de vouloir ramener la camérathermique de mesure (qui fournit un thermosignal , comme nous le verrons) dans le giron de la caméra vidéo(qui fournit un vidéosignal ). Ce genre d'approche incorrecte (mais le constructeur a ensuite fait évoluer sesappareils) motive, en partie, la présence de ce chapitre.

Restons dans l'infrarouge, domaine spectral obligatoire (nous le comprendrons plus loin) pour lathermographie appliquée aux contrôles des installations électriques.

Dans l'approche imagerie, partant d'une caméra vidéo usuelle (donc fonctionnant dans le spectre visible), onpeut imaginer de déplacer, vers l'infrarouge, le spectre de fonctionnement de cette caméra. On obtient unecaméra thermique infrarouge de simple imagerie, plus communément appelée "imageur thermique", inapte àla mesure.

Figure 1 - Les deux approches de la thermographie





PAGE 16

Si l'on adjoint à cet imageur une aptitude à la mesure des rayonnements reçus, on obtient une camérathermique infrarouge (de mesure). Nous distinguerons donc parfaitement imageur thermique et caméra thermique , la norme les confondant toutes deux sous la désignation indistincte de "caméra infrarouge". Onne confond pas une caméra vidéo avec une caméra de photométrie.

Dans l'approche mesure thermographique, on part d'un radiomètre fonctionnant dans l'infrarouge. On adjointà ce radiomètre un dispositif de balayage spatial et on obtient une caméra thermique infrarouge (de mesure).

Nous privilégierons naturellement la seconde approche de principe. La caméra thermique est, dans notreexposé et pour les applications de contrôle des installations électriques, un appareil de mesure.

Nous ne discutons pas ici de la qualité de cette mesure dépendante de la qualité des appareils mais surtoutde l'aptitude des opérateurs à apprécier et à maîtriser les situations de mesure, quel que soit l'appareilutilisé. [Il est donc de très mauvais ton, pour des prestataires de service ou des organismes de contrôle, de diffuser des publicitésmettant en exergue la marque de leur caméra, comme si leur caméra pouvait avoir une incidence capitale sur la qualité de leursinterventions. Il sera plus judicieux de mettre en avant la Qualification des opérateurs.]Nous ne discutons pas non plus ici del'intérêt, cas par cas, d'annoncer des températures avec une exactitude plus ou moins importante.

Dans tous les cas, nous ferons donc de la mesure, et comme pour toute mesure, une valeur annoncée seraassociée à une incertitude de mesure.

L'IMAGERIE THERMIQUE

On nous demande encore parfois si un simple imageur thermique n'est pas suffisant pour le contrôle desinstallations électriques, et si un imageur mis dans les mains d'un rondier (non formé), ne suffit pas pouralerter le service de mesure, intervenant alors avec l'équipement adapté.

Nous répondons que les imageurs de bonne qualité sont à peine moins onéreux qu'un appareil de mesure,et que l'opérateur manipulant un simple imageur ne peut être un "simple" opérateur : sa formation enthermographie ne doit pas être banale, du fait des multiples pièges inhérents à cette technique. Les alertesqu'il provoquera risquent de n'être pas toujours justifiées. Inversement, il risque fort de passer à côté del'essentiel. Et, dans ce cas, pourquoi acheter deux appareils au lieu d'un seul ?

On évitera donc l'emploi des simples imageurs thermiques en contrôle des installations électriques visant àla prévention des risques. Ils ne sont d'ailleurs pas autorisés par le Document Technique D19 de l'APSAD-CNPP, puisqu'il est demandé aux opérateurs de mesurer les températures.

LA THERMOGRAPHIE

La thermographie est la technique qui permet, à partir des rayonnements qu'émet une scène,d'appareillages adaptés et de techniques de maîtrise de la situation de mesure, d'obtenir la répartitionspatiale et temporelle des températures de la scène observée.

La caméra thermique est l'instrument de mesure de la thermographie.En particulier, la caméra thermique infrarouge est l'instrument de mesure de la thermographie infrarouge.

Ne dites pas que vous contrôlez les installations électriques "par infrarouge" ou "par thermovision" (qui estune marque déposée). Vous mettez en œuvre la "thermographie" ou la "thermographie infrarouge".

Définition plus complète de la thermographie, dans notre application :

La thermographie est une technique de mesure des températures d'une scène observée. Elle met en œuvreune caméra thermique laquelle mesure des rayonnements et les transcrit en températures sous contrôled'un opérateur qui apprécie et maîtrise la situation de mesure.





PAGE 17

La thermographie est, tout à la fois, une technique d'imagerie thermique, une technique de mesure desluminances (nous le comprendrons plus loin) et une technique de mesure des températures. Ce n'est pasune science. C'est une technique pluridisciplinaire, impliquant principalement

• la mesure physique• le rayonnement• l'optique

• la détection des rayonnements• l'électronique instrumentale• l'électronique numérique et l'informatique• le traitement du signal et de l'image• la thermique et la mécanique• la vidéographie• les systèmes asservis multi-variables• la compatibilité électromagnétique• etc ...

CONTROLE ET CONTROLE NON DESTRUCTIF

Appliquée au contrôle des installations électriques, la thermographie est bien une technique ou une méthodede contrôle. Ce n'est pas du tout une technique ou une méthode de contrôle non destructif (CND).

En particulier, les normes applicables ne sont pas les mêmes dans ces deux secteurs forts différents.

Le contrôle comprend plus spécifiquement toutes techniques de vérification de l'état de machines etinstallations.Le contrôle non destructif est une désignation pour le contrôle de la santé de la matière et des structures.

Le contrôle non destructif est, généralement mais non exclusivement, exécuté hors fonctionnement desobjets contrôlés. Le contrôle est exécuté normalement en fonctionnement.

Le contrôle non destructif met en œuvre une excitation de la matière ou de la structure, excitation qui n'a riende commun avec l'excitation qu'apporte l'exploitation normale des machines ou installations : rayons X pourle contrôle de l'état des armatures du béton armé d'un pont, ultrasons pour le contrôle d'une paled'hélicoptère en matériau composite, échauffement de cette même structure par une lampe flash pour sonobservation par imagerie thermique…

Le contrôle par analyse vibratoire, par thermographie, etc… tire partie de phénomènes physiques existants,non provoqués en vue du contrôle, donc sans apport d'excitation étrangère au fonctionnement normal desmachines et installations. En ce sens, c'est l'exploitation des machines et installations qui peut êtredestructive, ce n'est pas leur contrôle. Le contrôle d'installations électriques tire profit de l'échauffement deconducteurs plus ou moins résistifs pour conclure sur le vieillissement, la malfaçon, le défaut pouvantévoluer vers une défaillance…





PAGE 18





PAGE 19

3 - ÉMISSION SUR

CANAL INFRAROUGE

ÉLÉMENTS SUR LES RAYONNEMENTS





PAGE 20





PAGE 21

Ce chapitre est habituellement considéré comme difficile. Mais il est simple.

Les notions abordées ici ne sont pas du tout théoriques. Les habitués de la thermographie ne seront desprofessionnels employant la thermographie (à défaut d'être des spécialistes de la thermographie - ce qui neleur est pas demandé -) qu'en acceptant d'avoir à prendre en compte ces notions de base. C'est la réalitéquotidienne dans laquelle nous vivons. Au même titre que M. Jourdain fait de la prose sans le savoir.Essayons donc de comprendre et de donner un nom à ce que nous voyons.

L'intention est que chacun assimile clairement pourquoi il faut connaître les rayonnements pour comprendrela mesure des températures ... par rayonnement.

A - LE SPECTRE DES RAYONNEMENTS

La matière émet, de façon naturelle, un rayonnement électromagnétique.

Les ondes des émissions de la radio ou de la télévision, les rayons X, la lumière visible, l'ultraviolet,l'infrarouge, sont des rayonnements électromagnétiques.

Bien noter que l'on ne dit pas "radiation" mais rayonnement et que "infrarouge" s'écrit en un seul mot.

La figure ci-dessous est une représentation d'une portion du spectre des rayonnements électromagnétiques.

Figure 2 - Le spectre des rayonnements

Le spectre visible va sensiblement de 0,4 à 0,8 µm (micromètre), du violet au rouge. L'infrarouge va de 0,8 à1 000 µm environ.

En radiothermométrie et en thermographie, on parle toujours en longueur d'onde et exclusivement en µm.

En thermographie infrarouge, on s'intéresse classiquement aux rayonnements compris entre 2 et 15 µm. Onverra pourquoi plus loin. Ce sont les moyen et lointain infrarouges.





PAGE 22

INFRAROUGE = FROID

Pourquoi parle-t-on d'infra(rouge) et d'ultra(violet), alors que les longueurs d'onde de l'infrarouge sont plusgrandes que les longueurs d'onde de l'ultraviolet ?

Ces noms d'"infra" et d'"ultra" sont reliés à l'énergie que véhicule le rayonnement. Cette énergie estproportionnelle à la fréquence du rayonnement, fréquence qui est une fonction inverse de la longueur

d'onde. L'ultraviolet est plus "énergétique" que l'infrarouge.[Pour ceux qui s'y intéressent, l'énergie d'un photon, l'élément de rayonnement, vaut E = h * ν où h est une constante et ν est lafréquence du rayonnement. Et comme la fréquence ν est liée à la longueur d'onde λ par λ = c / ν, l'énergie E du photon est bienproportionnelle à l'inverse de la longueur d'onde.]

Un corps froid contient peu d'énergie. Si l'on communique, en le chauffant, de l'énergie à ce corps, i l restitueune part d'énergie, sous forme de rayonnements, dans les longueurs d'onde de l'infrarouge. Puis, enpoursuivant l'échauffement, il émet dans les longueurs d'onde du spectre visible (corps chauffé jusqu'aurouge). Le filament de tungstène d'une lampe à incandescence est un exemple de corps chauffé vers3 000°C par un courant électrique. Il émet du rayonnement visible et surtout du rayonnement infrarouge.

Une lampe "infrarouge" (celle qui sert à chauffer des objets) est plus froide qu'une lampe à incandescencenormale destinée à l'éclairage, laquelle émet donc dans le spectre visible. C'est essentiellement pour uneraison d'économie d'énergie que l'on emploie des lampes infrarouges au lieu des lampes habituelles.

On constate donc que "infrarouge" est à relier au "froid", et non au "chaud", contrairement à l'idée reçue etrépandue.

Les installations électriques sont à faibles températures. Parmi les objets qui les composent, certains sontplus chauds, ce que met en évidence la caméra thermique. La caméra thermique infrarouge est conçue pourvoir les objets à températures dites "ordinaires". Cette technologie n'est pas encore extrêmement répandue,ce qui explique son prix assez démesuré vis à vis de celui de la caméra vidéo.





PAGE 23

B - LE RAYONNEMENT ÉMIS

La matière émet, de façon naturelle, un rayonnement électromagnétique dont la puissance est une fonctionde sa température.

A - 273°C, le corps est énergétiquement "inerte".

Planck a calculé, en 1900, l'émission d'un corps idéal (théorique). La loi de Planck est explicitée sous formede courbes très intéressantes à considérer. Elles sont la base même de la possibilité et de la pertinence dela mesure des températures par rayonnement.

Figure 3 - Les courbes de Planck

[Pour ceux qui s'y intéressent , la loi de Planck est de la forme L°(T) = A / [exp (B / T) - 1]où L°(T) est liée à la puissance du rayonnement émis (on écrit l'exposant °pour spécifier un corps idéal, le "corps noir".)

T est la température en Kelvin,

A et B sont liés à la longueur d'onde.]





PAGE 24

Sur les courbes de Planck ci-dessus, on voit que, à 30°C, le maximum de rayonnement est émis vers 10 µm.A 500°C, le maximum se situe vers 3,7 µm.

Ces courbes indiquent que, quelle que soit la longueur d'onde considérée, il y a toujours une puissanceémise : le corps idéal émet à toutes les longueurs d'onde. Il n'est pas une radio émettrice sur une seulelongueur d'onde. Les courbes sont continues : le spectre d'émission est un spectre continu.

Même à - 50°C, un objet émet du rayonnement dans le spectre visible, mais cette partie visible de lapuissance émise est infime. [Attention à l'échelle des ordonnées en luminances : elle est logarithmique.]

Autre enseignement, à une longueur d'onde donnée ou dans une bande de longueurs d'onde (par exemplede 2 à 5 µm), si la température du corps idéal s'élève, la puissance de rayonnement qu'il émet s'accroît.Tracées pour différentes températures, les courbes de Planck ne se coupent pas. Le rayonnement émis parle corps idéal est une fonction croissante de sa température, quelle que soit la longueur d'onde ou la bandede longueurs d'onde considérée.

Ceci est la base de la radiométrie destinée à la thermométrie.

Imaginons un radiomètre, appareil qui mesure le rayonnement (la puissance de ce rayonnement),fonctionnant entre 2 et 5 µm, et pointons-le sur un corps idéal : les rayonnements dont les longueurs d'onde

sont situées entre 2 et 5 µm sont reçus et mesurés par cet appareil.

Figure 4 - Le radiomètre (phase 1)

Pour un corps idéal de température To, le radiomètre fournit une valeur radiométrique (mesurée en volts à lasortie du radiomètre) correspondant à la somme L0 des puissances de rayonnement de toutes les longueursd'onde comprises entre 2 et 5 µm. Pour un corps idéal de température T1, le radiomètre fournit L1, etc ...

On obtient une courbe de correspondance entre la température (T) et la puissance de rayonnement mesurée(L). C'est la courbe d'étalonnage du radiomètre L(T). Le terme "étalonnage" se dit "calibration" en anglais ;"calibration" n'existe pas en français. Et le calibrage est l'opération qui consiste à ajuster les réglagesinternes d'un appareil de mesure pour qu'il puisse mesurer des valeurs dans un calibre spécifié (de -20°C à+ 120°C, par exemple pour un thermomètre).





PAGE 25

Figure 5 - La construction de la courbe d'étalonnageOrdonnée des courbes : Planck = logarithmique ; étalonnage = linéaire.

Le radiomètre associé à sa courbe d'étalonnage (ou intégrant cette courbe) devient un thermomètre ouradio-thermomètre qui indique des températures [dites "apparentes", comme nous le verrons plus loin].

Figure 6 - Le radiothermomètre (phase 2)

Les courbes de Planck nous servent donc à comprendre comment fonctionne la mesure thermométrique parrayonnement, sur un corps idéal.

Autre enseignement de la loi de Planck. Sur la figure des courbes de Planck, la courbe en pointillés donne lelieu des maxima d'émission du corps idéal, en fonction de sa température. C'est la "loi de déplacement deWien". A chaque température, il y a une longueur d'onde pour laquelle l'émission est maximale. Quand latempérature croît, la longueur d'onde du maximum d'émission se déplace vers les faibles longueurs d'onde.Le rayonnement émis par le corps idéal chauffé au rouge commence alors à être visible pour nos yeux. Maisla plus grande partie du rayonnement est émise dans l'infrarouge. En continuant à chauffer le corps, celui-cinous apparaîtra rouge puis blanc, à très haute température.





PAGE 26

A quelle température commençons-nous à voir, avec nos yeux, le rayonnement émis par un corps idéal ?Vers 500, 520°C.

Pour voir un corps de température plus basse que 500°C, il faut un appareil dont le seuil de détection estplus bas que celui de l'œil humain. On peut aussi concevoir un appareil dont le spectre de fonctionnementest situé dans des longueurs d'onde plus élevées : c'est la caméra thermique, ainsi dénommée puisqu'ellevoit les objets par l'énergie (ou la puissance de rayonnement) qu'ils émettent de par leurs températures. On

justifie aussi de la sorte la désignation de rayonnement thermique pour le rayonnement émis, fonction de latempérature de l'objet.

La caméra vidéo classique (mais sans filtre infrarouge) fonctionne de 0,4 à 1,1 µm : elle permet de voir lesrayonnements émis par un corps idéal de température supérieure à 300°C environ.

La photographie infrarouge utilise des films dont l'émulsion est sensibilisée par des rayonnements situés jusqu'à des longueurs d'onde de 1,2 µm. Cette technique permet de mesurer des températures supérieuresà 250°C environ. Mais le rôle principal de cette technique est de photographier des objets sur lesquels seréfléchissent des rayonnements de longueur d'onde situés entre 0,8 et 1,2 µm. On l'utilise extrêmement peupour la mesure des températures.

Pour voir des corps à température ordinaire, on est conduit à imaginer des appareils munis de détecteurs

donnant un signal pour des longueurs d'onde plus élevées, dans l'infrarouge moyen, au-delà de 2 µm. Cesont les appareils de thermographie ou caméras thermiques infrarouges. Ces appareils sont donc conçuspour voir le froid et mesurer des basses températures.

On pourra donc dire que la limite entre le "froid" et le "chaud" se situe aux environs de 250°C, températurequi délimite des technologies de détection particulièrement différentes.

On comprend maintenant qu'il puisse exister des appareils de thermographie fonctionnant dans le spectredu proche infrarouge (de 0,8 à 2 µm environ), dans le spectre visible (de 0,4 à 0,8 µm) ou dans le spectreultraviolet (en dessous de 0,4 µm). Ces appareils sont conçus pour mesurer des températures plus élevéesque les températures dites ordinaires que l'on rencontre dans les installations électriques. C'est pourquoi lathermographie n'est pas uniquement "infrarouge" et qu'il convient donc bien de parler de thermographie etnon d'infrarouge .

[On prendra garde à ne pas déduire, de la loi de déplacement de WIEN, la bande spectrale dans laquelle la caméra thermique doitfonctionner, pour la mesure de telle température ou de telle gamme de températures. On peut montrer, par des considérations surl'exactitude de la mesure, qu'il est préférable que la caméra fonctionne dans une bande spectrale inférieure à la bande spectrale dumaximum d'émission du corps idéal observé. Ainsi, les caméras "infrarouges" sont moins bien adaptées que les caméras "visibles" pourles mesures exactes de températures élevées(au delà de 500°C).]





PAGE 27

C - LE RAYONNEMENT RÉFLÉCHI

Nous avons parlé de rayonnement émis par les corps, parfaits (idéal, théorique) ou non-parfaits (corpsréels).

Que se passe-t-il dans notre réalité quotidienne, dans le spectre visible ? Il y a des sources chaudes dansnotre environnement : soleil, lampes à incandescence (excluons les sources sélectives ne fonctionnant paspar échauffement, comme les tubes néon). Elles émettent du rayonnement visible. Eteignons-les. Nous nevoyons plus rien. Mais il y a toujours des rayonnements émis par l'ensemble des corps qui nous entourent.Notre œil ne peut les voir.

Ainsi dans la vie quotidienne, nous voyons les corps par les rayonnements qu'ils réfléchissent vers nos yeux,rayonnements en provenance de sources d'éclairage, à hautes températures. Les corps réels ont donc uneaptitude à réfléchir les rayonnements qui leur parviennent : ils ont un facteur de réflexion.

Nos yeux voient le rayonnement réfléchi, rayonnement situé dans le spectre visible. Il faudrait que nousayons une température de plus de 520°C pour que nous nous voyions entre nous, par le rayonnement quenous émettons.

C'est la différence de fond entre la caméra vidéo et la caméra thermique infrarouge. Pour la caméra vidéo,c'est principalement le rayonnement réfléchi qui intervient ; pour la caméra thermique infrarouge, c'estprincipalement le rayonnement émis. En fait, les deux phénomènes se superposent. Dans l'infrarouge, il y aégalement des rayonnements réfléchis et l'on serra bien en mal de les supprimer en éteignant les sourcesqui éclairent la scène qu'observe la caméra thermique ; tandis que l'"extinction des feux" rend aveugle lacaméra vidéo !

Qu'est-ce que la couleur d'un corps (froids) ? D'abord un corps n'a une couleur, pour nos yeux qui leregardent, que s'il est éclairé par un rayonnement visible. Le rayonnement réfléchi sur ce corps est celui quin'est pas absorbé par le corps. Si le corps est vert, c'est qu'il réfléchit la longueur d'onde correspondant auvert. Il faut donc qu'il y ait cette même longueur d'onde "verte" dans le rayonnement de l'éclairage, sans quoile corps apparaîtra noir du fait de l'absence de rayonnement réfléchi. Le noir n'est donc pas une couleur ;c'est simplement l'absence de rayonnement visible.





PAGE 28

D - LE RAYONNEMENT TRANSMIS

Dans notre réalité quotidienne, nous connaissons le rôle des vitrages des fenêtres : celui de transmettre lesrayonnements en provenance du soleil, de l'extérieur. De même, les rayonnements visibles se transmettentau travers de l'atmosphère qui nous entoure. Ces corps (vitres ou atmosphère) sont semi-transparents : ilsprésentent une aptitude à se laisser traverser par les rayonnements. Ils ont un facteur de transmission.

E - LE RAYONNEMENT ABSORBÉ

Quand on se chauffe les mains devant un radiateur électrique ou un feu de bois, les rayonnements émis parles résistances chauffantes ou par les flammes sont absorbés par la peau et échauffent celle-ci. Les corpsprésentent une aptitude à absorber les rayonnements. Ils ont un facteur d'absorption.





PAGE 29

4 - LA PLAQUE CHAUFFANTE

DE LA CUISINIÈRE ÉLECTRIQUE

NOTIONS DE BASE SUR LES GRANDEURSET LES UNIT ÉS RELATIVES AU RAYONNEMENT





PAGE 30





PAGE 31

A - LA PLAQUE CHAUFFANTE

Voici le passage le plus indigeste de la formation. Ce sont des notions de base, élémentaires mais délicates.Elles servent à ceux qui veulent décortiquer le rayonnement et comprendre la notion de luminance, maiselles ne sont pas au programme de la Qualification.

Considérons une plaque chauffante (de cuisinière électrique) et portons-la au rouge (elle est donc à unetempérature supérieure à 500°C). Cette plaque émet du rayonnement électromagnétique : elle rayonne del'énergie.

L'énergie émise par unité de temps est la puissance rayonnante , ou flux, exprimé en Watt (W).

Les watts "électriques", qui sont fournis à la plaque chauffante par le réseau électrique, vont en partie êtrerestitués sous forme de watts "électromagnétiques".

Quelle que soit la direction d'observation quand on se déplace dans la cuisine, la plaque est toujours vuerouge. Mais si on se met accroupi, on ne la voit plus. L'émission de la plaque a lieu dans le demi-espace au-dessus du plan de la plaque, ou hémisphère.

Figure 7 - Le flux émis par la plaque chauffante

Entrons un peu plus dans le détail. La plaque est composée d'un ensemble d'éléments de surface.On s'intéresse à un élément de surface de la plaque, le cm2 par exemple. On définit le flux émis par cetélément de surface. C'est l'exitance, exprimée en W / m2 (ou en W / cm2 etc. ...). [Notion sans autre intérêt que deservir au développement de la démonstration.]





PAGE 32

Figure 8 - L'exitance sur la plaque chauffante

On va maintenant considérer une seule direction d'émission, plutôt que l'hémisphère complet, directiond'émission définie par le centre de l'élément de surface et par un point situé sur l'hémisphère.

Et autour de cette direction, on construit un cône de révolution dont le sommet est le centre de l'élément desurface et dont la base est une surface appartenant à l'hémisphère. Ce cône a un angle au sommet et définitune portion d'espace que l'on désigne en unités d'angle solide. Considérons l'élément d'angle solide ou unitéd'angle solide, exprimée en stéradian (sr) ou en milli-stéradian etc ...

Dans ce cône, passe une seule partie du rayonnement émis par l'élément de surface de la plaque. C'est laluminance, exprimée en W.m-2.sr-1.

Figure 9 - La luminance totale





PAGE 33

La plaque chauffante émet à toutes les longueurs d'onde. On considère maintenant une seule bande delongueurs d'onde autour d'une longueur d'onde donnée : c'est l'élément de bande spectrale, un micromètre(µm). Et la luminance dans un élément de bande spectrale est la luminance spectrique qui est exprimée enW.m-2.sr-1.µm-1. La luminance précédente, sur tout le spectre, était la luminance totale.

Figure 10 - La luminance spectrique

On est arrivé à l'élément de rayonnement. La luminance spectrique est indépendante de l'observation par un

quelconque appareil. C'est le rayonnement émis par un élément de surface, dans un élément d'angle solideautour d'une direction donnée, dans un élément de spectre autour d'une longueur d'onde donnée.

C'est cette grandeur qui est décrite par la loi et par les courbes de Planck.

On va maintenant passer à la réception du rayonnement par un œil ou par un appareil.

Pour ceux qui ont l'habitude des appareils photographiques, les choses vont être assez simples. Les notionsde base sont les mêmes.

L'œil voit une surface élémentaire de la plaque suivant son "pouvoir séparateur". Cette surface élémentairepeut s'exprimer en nombre d'éléments de surface de la plaque. Ne pas confondre les deux notions : surface

élémentaire et élément de surface.

L'image fournie par la caméra semble un peu "floue", pas très bien définie. La caméra a un "pouvoirséparateur" moins bon que celui de l'œil. La surface élémentaire vue par la caméra est plus grande que cellede l'œil. Les yeux de différentes personnes ne sont pas identiques ; de même pour les caméras.

C'est la caméra qui définit la surface élémentaire qu'elle observe. Ce sont les dimensions du détecteur et ladistance focale de l'objectif (données par construction) qui en décident, ainsi que la distance entre la caméraet la plaque chauffante. En faisant l'analogie avec un projecteur de diapositives, projetant l'image de lasurface de la diapositive sur un écran de projection, la surface élémentaire vue par la caméra est laprojection du détecteur sur la scène observée (projection d'un seul détecteur pour des caméras à matrice dedétecteurs). Le détecteur fait la somme des luminances émises par chacun des éléments de surface de lasurface élémentaire qu'il observe.





PAGE 34

L'œil, ou la caméra, observe la plaque chauffante dans une direction donnée, direction choisie parl'opérateur.

Le cône, dans lequel passe le rayonnement qui arrive sur notre œil, est défini par la surface de la pupille del'œil. On parle également de pupille pour la caméra. Tous les rayonnements passant dans ce cône sontreçus par la caméra ; la caméra intègre les rayonnements passant par ce cône dont l'angle solide estexprimé par un nombre d'éléments d'angle solide. La dimension de la pupille d'entrée de la caméra est

définie par l'ouverture ou diaphragme, comme pour un appareil photo. Cette ouverture est donnée parconstruction de la caméra. Elle ne peut être de surface nulle, sans quoi aucun rayonnement ne pourrait ypasser, pas plus que l'eau dans un tuyau de section nulle.

Enfin, la caméra intègre les rayonnements dans une bande spectrale donnée, exprimée en nombred'éléments de longueurs d'onde, en µm. La bande spectrale est définie par construction de la caméra.

Figure 11 - La contribution des caractéristiques de la caméra

Ainsi, la caméra reçoit un ensemble de luminances spectriques en provenance d'une surface élémentaire,dans un angle solide autour d'une direction choisie et dans une bande spectrale déterminée. Ainsi, lacaméra mesure un flux, qui, compte tenu de l'invariance des paramètres de la caméra (dans la configurationsélectionnée par l'opérateur), est proportionnel à une luminance. C'est pourquoi on dit que la caméra mesuredes luminances. On comprend déjà que la caméra ne mesure pas des températures !

On constate que la caméra intervient, dans la mesure de la puissance de rayonnement (flux), par la distanceet la direction d'observation, la distance focale, la dimension du détecteur, le diaphragme et la bandespectrale : la caméra doit donc être caractérisée et étalonnée pour que l'on sache parfaitement quel est sonrôle dans la mesure effectuée. [On pourrait montrer qu'en fait, si l'objet observé est étendu et isotherme, la distanced'observation n'intervient pas dans la mesure. On verra, par contre, que peuvent intervenir les caractéristiques de l'atmosphèretraversée par les rayonnements et, donc, l'épaisseur de cette atmosphère.]

En conclusion, on portera son attention sur l'aspect thermique (température) d'une scène observée, maisaussi sur les aspects spatial, directionnel et spectral. La caméra ne mesure qu'une très faible partie durayonnement qu'émet le corps observé. Elle ne mesure donc pas toute la puissance de rayonnement émisepar cet objet. Ce n'est pas un fluxmètre.

..... FIN DE L'INDIGESTION...





PAGE 35

INTRODUCTION DE LA CONFIGURATION ET DE L'OPERATEUR

Ainsi, la caméra est introduite dans la situation de mesure par l'opérateur. Celui-ci décide :• de la caméra qu'il met en œuvre ;• de la configuration de la caméra ;• de la direction d'observation ;• de la distance de mesure.

La caméra, par construction et une fois que sa configuration est définie par l'opérateur, est responsable de :• la surface élémentaire observée dépendant des dimensions du détecteur, de la distance focale

(OBJECTIF) et de la distance de mesure ;• l'angle solide sous lequel la surface élémentaire voit la pupille de la caméra, dépendant de

l'ouverture de l'objectif (DIAPHRAGME) et de la distance de mesure ;• la bande spectrale dans laquelle la caméra reçoit les flux à différentes longueurs d'onde

(FILTRE).

Nous avons ainsi introduit la configuration de la caméra [OBJECTIF, OUVERTURE, FILTRE], notion quenous reverrons plus loin, de même que le rôle de l'opérateur dans la mesure.

Pour les caméras à matrice de détecteurs et utilisées en maintenance et prévention, l'ouverture est fixe(maximale). Le paramètre sur lequel on joue pour diminuer le flux reçu par le détecteur est désormais letemps d'exposition ou temps d'intégration. Pour ces caméras, la configuration est donc définie par le triplet[OBJECTIF, TEMPS D'EXPOSITION, FILTRE].





PAGE 36

B - LE BILAN RADIATIF

Supposons un corps placé dans le vide (ceci afin d'éviter les considérations sur les autres modes detransfert d'énergie : convection et conduction).

Figure 12 - Le bilan radiatif

Ce corps reçoit un rayonnement Φ en provenance d'un autre corps. Φ est le rayonnement incident.

Une partie Φr du rayonnement Φ est réfléchie sur le corps, la ou les directions de réflexion n'étant pasconsidérée(s) à ce stade.

Une autre partie Φa est absorbée par ce corps.

Une dernière partie Φt est transmise au travers de ce corps.

Le tamis de sable permet de bien comprendre la répartition des divers rayonnements. C'est unecomparaison acceptable. Le sable arrivant sur le tamis (rayonnement incident)

• rebondit en partie vers l'extérieur du tamis (rayonnement réfléchi) ;• est en partie conservé dans le tamis (rayonnement absorbé) ;• est en partie transmis au travers des mailles du tamis (rayonnement transmis).

La quantité totale de sable reste toujours la même.

On fait le bilan des rayonnements : Φ = Φr + Φa + Φtou 1 = Φr / Φ + Φa / Φ + Φt / Φ

• Φr / Φ est le facteur de réflexion, ρ.• Φa / Φ est le facteur d'absorption, α.• Φt / Φ est le facteur de transmission, τ.

1 = ρ + α + τ

C'est l'équation de base résultant du bilan radiatif.





PAGE 37

La comparaison avec le tamis de sable s'arrête ici.

En absorbant le rayonnement Φa, le corps s'échauffe jusqu'à un certain équilibre de température. Il émet durayonnement, en fonction de sa propre température, comme on l'a vu auparavant. Il finit donc par émettreautant de puissance de rayonnement (Φe) qu'il en absorbe (Φa).Ainsi Φa = Φe et on a aussi α = ε, où ε est le facteur d'émission ou émissivité. [La démonstration ne peut entrerdans le cadre de cet enseignement.]

On peut donc écrire le cas général :

1 = ρ + ε + τ

[Noter que cette équation est valable pour une longueur d'onde donnée. Elle peut s'étendre à une bande spectrale, si les valeurs nechangent pas en fonction de la longueur d'onde, dans la bande spectrale.]

Cherchons à simplifier cette équation déjà très simple.

En thermographie appliquée au contrôle des installations électriques, on s'intéresse essentiellement à descorps opaques aux longueurs d'onde reçues par la caméra. Que le corps observé soit opaque est l'une desconditions de validité de l'équation de transcription en température, équation incluse dans tout appareil

actuel.Les corps opaques, qui ne transmettent pas de rayonnement, ont un facteur de transmission nul : τ = 0.C'est le cas de la porte métallique d'une armoire électrique. On ne peut observer les composants internes àl'armoire sans ouvrir la porte.

D'où, 1 = ε + ρ

Le corps noir est un cas particulier. Le corps noir est le corps de référence théorique, le corps idéal dontnous avons parlé plus haut et correspondant exactement à ce que prévoit la loi de Planck. Le corps noirabsorbe intégralement tous les rayonnements qui lui parviennent (les rayonnements incidents), et, donc,n'en réfléchit aucun. C'est dire que son facteur de réflexion est nul, donc

ρ = 0.

Et ainsi, ε = 1.

Nous ne voyons pas le corps noir avec nos yeux (s'il est à une température inférieure à 520°C), puisqu'iln'émet pas suffisamment de rayonnement dans le spectre visible. Comme il ne réfléchit pas lesrayonnements qui lui parviennent, notre œil ne voit rien. Le corps est donc noir, d'où son nom. En fait, ondevine les corps noirs, par leurs bords, leurs frontières avec les corps non noirs. (Naturellement, le corpsnoir devient rouge au delà de 500°C.)

Le miroir idéal est également un cas particulier. Il réfléchit intégralement tous les rayonnements incidents.D'où α = ε = 0.

Donc, ρ = 1.

Nous ne voyons pas le miroir idéal avec nos yeux puisque l'intégralité des rayonnements réfléchis provientdes corps qui émettent du rayonnement (ou réfléchissent eux-mêmes du rayonnement en provenanced'autres corps). Penser au labyrinthe, aux illusions des grandes pièces si un mur complet est remplacé parun grand miroir. Lorsque le miroir de la salle de bains est sale, il ne remplit plus sa fonction, on voit lasalissure : on le nettoie pour voir sa propre image dans le miroir, non pour voir le miroir. Le miroir ne sedistingue donc que par ses bords, ses frontières, avec le mur lequel n'est plus miroir.

On verra plus loin les divers types de réflexion ou comment se réfléchissent les rayonnements selon lescorps réflecteurs.

Un corps n'est donc pas à la fois corps noir et miroir. Si le corps a une bonne émissivité, il a un mauvaisfacteur de réflexion.





PAGE 38

Entre le corps noir et le miroir, il y a toutes les possibilités de corps opaques telles que ε + ρ = 1.

C'est le cas général qui nous concernera.

Par ailleurs, certains corps se laissent traverser par les rayonnements. C'est le cas des gaz (atmosphère) oudes fenêtres, de certains hublots. On s'intéresse à ces corps semi-transparents, non pour en mesurer lestempératures mais pour observer des corps opaques situés au-delà. Ces corps semi-transparents sont des

milieux de transmission des rayonnements.

Pour les gaz, le facteur de réflexion est nul. D'où ε + τ = 1.

Pour le vide parfait, il reste τ =1. C'est le seul "corps" parfaitement transmetteur.

Nous ne voyons pas le vide, ou l'atmosphère normale. On ne devine sa présence que par ses contours, sesfrontières avec des corps qui ne sont pas transparents.





PAGE 39

C - L'ÉMISSIVITÉ

Le corps noir est le corps idéal. Il émet un maximum de puissance de rayonnement à une températuredonnée. Nous avons vu que son comportement est décrit par la loi et les courbes de Planck.

Les corps réels ne peuvent qu'émettre moins de rayonnement que le corps noir, quelle que soit latempérature ou la longueur d'onde. Nous parlons bien du rayonnement émis du fait de la température, donc du rayonnementthermique.

Moins ! Mais combien ?

Il faut pouvoir le quantifier : tout simplement pour pouvoir ramener la valeur mesurée de rayonnement que lecorps réel émet, au rayonnement qu'il aurait dû émettre, s'il avait été corps noir à la même température. Onreviendra ainsi, par le calcul, sur la courbe d'étalonnage de l'appareil, établie pour un corps noir.

Supposons un corps noir et un corps réel opaque côte à côte, de même température To. Supposonségalement qu'aucun rayonnement ne se réfléchit sur le corps réel.

Le corps noir émet du rayonnement : la caméra mesure un flux L°. C'est le maximum que puisse mesurer lacaméra pour un corps à cette température. L'aptitude du corps noir à émettre du rayonnement est maximale.Son émissivité est égale à 1.

Le corps réel, de même température To, émet un rayonnement inférieur à celui du corps noir ; la caméramesure un flux L'.

L'émissivité du corps réel est le rapport ε = L' / L°.

Si le corps n'est apte à émettre aucun rayonnement, la caméra mesure L' = 0. Et ainsi ε = 0.

Ainsi, l'émissivité est comprise entre 0 et 1 : 0 ≤ ε ≤ 1.

Dans une bande spectrale donnée, donc pour une caméra donnée, il se peut que l'émissivité du corps réelne varie pas trop avec la longueur d'onde. On parle alors de corps gris. Une autre condition de validité del'équation de transcription en température, incluse dans tout appareil actuel, est que le corps opaque doitêtre gris.

Attention donc à bien comprendre que l'émissivité se définit en rayonnement, en luminance, et non entempérature !

L'émissivité du corps est une grandeur d'influence. Elle influe sur le résultat de la mesure de température.Il convient d'en tenir compte pour déduire la température vraie du corps observé au moyen des courbesd'étalonnage. C'est la première grandeur d'influence à considérer en thermographie.

La deuxième courbe de la figure ci-après, décrivant la luminance émise par le corps réel d'émissivitéinférieure à 1, en fonction de la température de ce corps réel, n'est pas une courbe d'étalonnage. La courbed'étalonnage de la caméra est établie pour un corps noir (première courbe) ! Si, lors de l'observation d'uncorps réel d'émissivité ε, la caméra fournit une valeur radiométrique L', et que l'on transcrit en températuredirectement au moyen de la courbe d'étalonnage (ε = 1), on obtiendra une température T', dite températureapparente, différente de la température vraie To. Pour un objet plus chaud que son environnement, latempérature apparente est inférieure à la température vraie. On mesure donc par défaut.

Par la suite, nous verrons que la démarche consistera toujours à revenir sur la courbe d'étalonnage, par la

connaissance de l'émissivité et d'autres paramètres.





PAGE 40

Figure 13 - Courbe d'étalonnage (corps noir) et courbe de la luminance émise par le corps réel

Ainsi, le radiothermomètre qui prend en compte la grandeur d'influence (émissivité), laquelle est entrée parl'opérateur dans le calculateur de transcription, peut calculer des températures qui ne sont plus destempératures apparentes, mais des températures mesurées, on dit plutôt "températures calculées".

Figure 14 - Le radiothermomètre (phase 3)

Dire que l'émissivité d'un corps opaque est inférieure à 1, c'est dire que ce corps présente un facteur deréflexion non nul. C'est inéluctable, l'un ne va pas sans l'autre.

Il y a donc possibilité que du rayonnement soit réfléchi sur le corps réel observé et dans la direction de lacaméra. La caméra reçoit un rayonnement constitué de deux contributions, le rayonnement qui est émis parle corps et celui qui est réfléchi par ce corps. Le rayonnement réfléchi provient d'autres corps situés dansl'environnement du corps observé. Ils peuvent être de températures plus ou moins élevées.

S'il y n'a que des corps "infiniment" froids (zéro absolu) dans l'environnement du corps observé, il n'y a

aucune réflexion. Cela n'empêche pas ce corps d'avoir un facteur de réflexion. Ne pas confondre lerayonnement réfléchi, ou réflexion, avec le facteur de réflexion, ou aptitude à réfléchir.





PAGE 41

De même pour l'émissivité, ou aptitude à émettre, qu'il ne faut pas confondre avec le rayonnement émis, ouémission, lequel dépend de la température du corps.

Ainsi, on dira qu'un corps est émissif, s'il a une bonne émissivité et qu'il est émetteur s'il émet durayonnement, ce qui est possible selon la valeur de son émissivité et de sa température. Il en est de mêmed'une antenne de radio : elle peut émettre mais n'est pas nécessairement en action. De même, pour chacun

de nous, notre aptitude à "réfléchir" n'est pas annulée du fait que nous ne réfléchissons pas, par exempledurant le sommeil.

* L'émissivité est fonction du matériau et de son état de surface.

Un béton, la moquette, le mur n'ont pas la même émissivité que le métal d'une connexion électrique ou quela potence chromée d'un rétroprojecteur.

On comprend que l'on a la même chose dans le spectre visible - par analogie et non par identité - : le métalpoli réfléchit les rayonnements. Dans l'infrarouge, on peut avoir le même comportement. Mais, la neige estblanche dans le spectre visible, elle réfléchit presque tous les rayonnements visibles. Dans l'infrarouge quinous concerne, la neige est presque corps noir. Attention aux analogies qui ne sont pas des identités.

Un isolant électrique a une forte émissivité. Un matériau conducteur est de faible émissivité. Un métal oxydéest recouvert d'une couche d'oxyde faiblement conducteur ou isolant : l'émissivité est plus élevée selon ledegré d'oxydation.

Dans une armoire électrique, on mesurera mieux la température des points chauds sur les isolants desconducteurs aboutissant à ces points chauds (connexions métalliques). La mesure n'est pas faitedirectement sur la source chaude, mais c'est une meilleure mesure. La valeur mesurée est beaucoup plussûre. Si l'émissivité du métal est de 0,2, la caméra reçoit seulement 20 % du rayonnement "émis" qu'elleaurait dû recevoir. Il faut donc multiplier la luminance émise par 5 pour retrouver la luminance que le métalaurait dû émettre s'il avait été corps noir ; c'est dire aussi que l'incertitude de mesure (en luminance) estmultipliée par 5. Si l'on mesure sur l'isolant dont l'émissivité est de 0,90, l'incertitude de mesure seranettement plus faible. Ce n'est donc pas le tout de connaître l'émissivité du matériau observé, encore faut-il

que cette émissivité ait une valeur satisfaisante.

De plus, quand l'émissivité est faible (0,2 par exemple), le facteur de réflexion est de 0,8. Ce qui signifie quele rayonnement émis par l'environnement en direction du corps métallique va se réfléchir de façon plusimportante en direction de la caméra. Et ce rayonnement peut être élevé si l'environnement est constitué decorps chauds. La caméra ne fait pas la distinction entre les deux contributions, dans le rayonnement qu'ellereçoit.

Il est convenable de ne pas se faire une montagne de cette notion d'émissivité. Mais c'est une notionimportante pour réaliser des mesures correctes ; ce n'est pas la seule question à se poser pour la mesuredes températures. Nous reviendrons sur ce point quand nous en serons à la transcription en température.

On peut simplifier en faisant des mesures en température apparente : on suppose que l'on a affaire à uncorps noir, d'émissivité 1. On dit aussi température équivalente corps noir. Le corps réel apparaît à telletempérature si on le considère comme un corps noir. Bien sûr, même dans ce mode de travail entempérature apparente, il convient que les rayonnements réfléchis soient faibles. Cela n'évite donc pas debien comprendre et de maîtriser la situation de mesure. Bien identifier les phénomènes avant de transcrireen température. Bien comprendre l'image thermique avant de la transcrire en thermogramme. Néanmoins, lebut de la thermographie sera, pour nous, de mesurer des températures (supposées vraies), mais ditestempératures calculées.

* L'émissivité est fonction de l'angle d'observation.





PAGE 42

L'angle d'observation doit rester inférieur à environ 45, 50°. Au-delà, l'émissivité varie rapidement jusqu'às'annuler aux angles proches de 90°. Dans la pratique, on fera donc en sorte d'observer les corps avec desangles d'observation relativement faibles. Sur les parties latérales d'un cylindre vertical (conducteurélectrique), l'émissivité tend donc vers 0 pour les angles d'observation proches de 90°. C'est dire que lefacteur de réflexion tend vers 1 et il y a un risque de mesurer des rayonnements réfléchis sur les bords deces cylindres, rayonnement en provenance d'autres objets de l'armoire électrique. Le phénomène est lemême sur la route observée en incidence rasante, on voit les véhicules d'en face par réflexion sur la route :

son facteur de réflexion est élevé, dans la direction de l'observateur. [Rien à voir avec les "mirages" qui ornent lalittérature para scientifique.]

Figure 15 - Angle d'observation et émissivité = f(angle) (1- caoutchouc ; 2- métal )

* L'émissivité est fonction de la longueur d'onde.

Mais on ne s'en préoccupera pas plus ici. Il y a des cas plus difficiles, comme les mesures de températurede verre ou de plastique de faible épaisseur qui sont des corps semi-transparents. Ces corps sont exclusdes mesures habituelles de la thermographie et pour des opérateurs non spécialisés.

* L'émissivité est fonction de la température.

Cette variation a très peu d'importance dans les applications envisagées dans ce stage. Les variationsd'émissivité sont dues, le plus souvent, au fait que l'état de surface du corps et, même, la compositionchimique de sa surface varient avec la température (oxydation). Dans nos cas, cette variation en fonction dela température ne sera jamais à prendre en compte.

Comment connaître l'émissivité ?

Il n'est naturellement pas imaginable de mesurer l'émissivité d'un objet pendant un examen thermographiquesur une installation électrique sous tension. La mesure se fait au bureau sur des objets identiques. Mais ilrestera naturellement une certaine incertitude.

Nous avons indiqué l'émissivité de certains matériaux en annexe. Bien lire la précaution indiquée.En exercices pratiques de stage, la mesure de l'émissivité est présentée. Il existe plusieurs méthodes.





PAGE 43

D - LE FACTEUR DE RÉFLEXION

On a parlé, plus haut, du miroir et du rayonnement réfléchi sur la surface d'un corps placé dans le vide.

Il y a des types de réflexion différents. L'isolant en caoutchouc ou la peinture mate du mur réfléchissent unrayonnement incident dans toutes les directions. Le cuivre poli (ou le miroir de la salle de bain) réfléchit lerayonnement incident dans une seule direction.

Les enfants s'amusent avec un miroir pour "renvoyer" les rayons du soleil dans les yeux des passants.L'orientation exacte du miroir est importante dans ce cas : la difficulté est de trouver les bons angles enorientant exactement le miroir. La réflexion est très "directionnelle". La quantité de rayonnement réfléchi estélevée puisque le soleil émet un flux élevé et que le facteur de réflexion du miroir est élevé : la réflexion estégalement élevée. Les enfants n'utilisent pas un simple verre à vitre pour éblouir les passants, le facteur deréflexion est plus faible même si le type de réflexion est le même : la réflexion est plus faible.

Au cinéma, on utilise l'écran perlé qui réfléchit différemment. On voit le film sur l'écran, quelle que soit laplace choisie dans la salle. De même, si on projette le film sur un mur mat, celui-ci réfléchit la lumière danstoutes les directions, mais en moindre quantité. L'écran perlé (ou le mur) a un facteur de réflexion de typediffus.

On constate donc qu'il y a deux notions : la quantité réfléchie et le type de la réflexion (aspect directionnel).

Figure 16 - La réflexion spéculaire et la réflexion diffuse

Le facteur de réflexion directionnel, celui du miroir de la salle de bain, est un facteur de réflexion de type"spéculaire" (miroir). Les lois de la réflexion sont les lois de Descartes. Les angles d'incidence et de réflexionsont égaux et se situent dans le même plan. Tout se passe comme si le rayonnement incident venait d'unautre point de l'espace (de l'image de l'objet, par le miroir). Le facteur de réflexion est élevé (dans le spectrevisible) et le type de réflexion est spéculaire. Mais dans le spectre infrarouge des caméras que vous utilisez,le miroir de la salle de bain a un facteur de réflexion faible (la réflexion ayant lieu sur la face arrière du miroir- le tain – et le verre étant un matériau très peu transparent dans l'infrarouge qui nous concerne). Laréflexion reste néanmoins de type spéculaire.

Un rayonnement qui arrive sur ce miroir suivant une direction donnée est réfléchi dans une seule direction.

Ces miroirs servent en optique. Dans les caméras thermiques classiques, ils sont utilisés pour le balayagespatial, mais sont alors en métal ou recouvert d'une couche métallique. On fait en sorte que le facteur deréflexion soit le plus élevé possible.

On ne mesure pas la température d'un miroir puisque son émissivité est très faible.





PAGE 44

Sur l'écran perlé, le rayonnement réfléchi est très important ; l'écran perlé est fabriqué pour cela. Son facteurde réflexion est également élevé. Mais les rayonnements sont réfléchis dans toutes les directions.

Un élément de surface du film, projeté sur un élément de surface de l'écran perlé, "envoie" du rayonnementque l'écran réfléchit dans toutes les directions. On dit que l'écran "diffuse" ce rayonnement. Toutes lesdirections ne sont cependant pas équivalentes ; la réflexion est de type diffus mais non "isotrope". L'écranperlé est constitué de perles à directions de réflexion multiples ; ce "miroir" est granuleux et parfois d'aspect

métallique.Quand le facteur de réflexion d'un corps est élevé et qu'il y a de nombreuses directions de réflexion, on parleplus souvent de "diffusion".

Pour le mur, le facteur de réflexion est faible et le type de réflexion est diffus.

Dans la réalité quotidienne, tous ces phénomènes sont présents et le type de réflexion peut se situer entre letype spéculaire et le type diffus isotrope (identique dans toutes les directions).

Exemples dans le spectre visible :

corps facteur de réflexion type de réflexion

cuivre poli élevé spéculaireécran perlé élevé diffuspeinture laquée noire faible spéculairecaoutchouc faible diffus

En thermographie, on cherche à mesurer des températures de corps dont le facteur de réflexion est faible.Mais pour le type de réflexion, on aura tous les cas possibles, selon l'état de surface des matériaux : entre laréflexion spéculaire ou la réflexion diffuse.

Pour des corps polis, à surface laquée, on aura le plus souvent un facteur de réflexion de type spéculaire.Pour des corps granuleux, on aura le plus souvent un facteur de réflexion de type diffus. Mais on peut avoirtous les cas. Un métal poli recouvert d'une faible couche de peinture mate, par exemple, aura un facteur de

réflexion important et de type principalement spéculaire.

Ce n'est pas parce que le matériau a un facteur de réflexion de type spéculaire que le facteur de réflexionest élevé ; ce n'est pas parce que la caméra voit l'opérateur par réflexion dans la porte métallique laquée del'armoire électrique que le facteur de réflexion de la porte est élevé.

La caméra observe, par exemple, un corps dont le facteur de réflexion est de type spéculaire. Devant cecorps, se trouve une source chaude (fer à souder, lampe à incandescence). Cette source se réfléchit sur lecorps. Elle peut se réfléchir dans la direction de la caméra, selon la forme du corps et la directiond'observation. La source est dans l'environnement de la scène thermique ; elle n'est pas dans la scèneobservée. Mais on la voit comme si elle en faisait partie.

Il est intéressant de voir cette source chaude, par réflexion sur le corps observé. Si l'on change la direction

d'observation en déplaçant la caméra, l'image de la source chaude se déplace, elle n'est pas liée à la scène,elle est liée à l'environnement de cette scène. La mesure de température du corps n'est pas possible sur lazone correspondante de l'image fournie par la caméra. L'image est perturbée. L'intérêt est d'avoir identifié lephénomène.

Si on ne peut pas déplacer la caméra, on cherche à masquer les rayonnements en provenance de la sourcechaude : après l'identification ou appréciation de la situation de mesure, on passe à la maîtrise de lasituation de mesure. On éteint la source chaude en masquant cette source et pas seulement en éteignant lefer à souder ou la lampe à incandescence, lesquels vont continuer à rayonner tant que leur températurereste élevée. On comprend l'intérêt d'éclairer les armoires avec des tubes fluo, de températures beaucoupplus faibles et donc moins perturbantes : on pourra certainement les laisser allumés au cours desinspections.





PAGE 45

Dans l'autre cas de réflexion diffuse, on ne pourra pas aisément identifier les sources chaudes del'environnement en cherchant à constater leurs réflexions sur la scène observée par la caméra.

Les rayonnements de ces sources sont réfléchis dans toutes les directions, en particulier en direction de lacaméra. Si on déplace la caméra, on ne pourra pas nécessairement déterminer qu'une source chaudetrouble la mesure. Le rayonnement diffusé en direction de la caméra est faible. En fait, toute l'imagethermique est perturbée : il se rajoute sur cette image thermique une image de réflexions. On cherche à faire

en sorte que cette image de rayonnements réfléchis soit uniforme, donc qu'elle influe uniformément l'imagethermique, afin de pouvoir calculer les températures en prenant en compte une valeur uniforme d'influencepour toute l'image : il faudra donc que la température des objets de l'environnement soit partout la même,uniforme.

Mais, dans le cas des installations électriques, ce n'est pas possible, du fait de la variété des composants,donc de la variété des émissivités, des facteurs de réflexion et donc des rayonnements réfléchis, même enprovenance d'un environnement de température uniforme. Il faut dire également qu'il n'est pas non plus utiled'obtenir des températures pour l'ensemble des composants. Seuls certains composants nous intéresseront.

Les réflexions spéculaires sont "parasites" parce que l'on ne peut pas les prendre en compte dans lescalculs de température. Il faut les identifier et les éliminer si possible. Lors de l'interprétation des imagesfournies par la caméra (c'est à dire lors de la validation de la mesure thermographique), il faudra en tenir

compte et les indiquer pour éviter des rapports non signifiants. Il serait même préférable de les gommer partraitement d'image afin que les destinataires du rapport ne se posent pas des questions inutiles.

Répétition. Les réflexions diffuses influencent l'image thermique et, dans les cas simples, on peut considérerque l'image des réflexions est uniforme. Cette image des réflexions (= constante sur toute l'image) pourraêtre soustraite de l 'image thermique acquise pour aboutir à l'image thermique des seuls rayonnements émis,qui est la seule image qui nous intéresse en mesure de températures. Dans ces cas simples, les réflexionssont "influentes", elles ne sont pas "parasites".

Ces cas simples sont ceux où tous les corps observés ont la même émissivité et où tous les corps del'environnement de la scène thermique sont à la même température, appelée températured'environnement.

La température d'environnement est une grandeur d'influence. Elle influe sur le résultat de la mesure. C'estla deuxième grandeur d'influence. Après l 'émissivité.

Ainsi, on fait en sorte d'effectuer des mesures thermographiques dans de tels environnements.Naturellement, c'est un idéal ; on ne le rencontre dans la pratique que si les corps plus chauds situés dansl'environnement sont dispersés, de faibles dimensions et de relativement faibles températures.

Si l'armoire électrique observée par la caméra est en face de la surface étendue d'un réfractaire de four à80°C, la température d'environnement sera de 80°C. Si elle voit un simple fer à souder placé dans une salledont les murs sont à 20°C, la température d'environnement sera de 20°C.

Ainsi, en conclusion, la température d'environnement doit être uniforme . Ceci constitue la deuxièmecondition de validité des mesures thermographiques, la première condition étant que l'on mesure des

températures de corps gris et opaques.

Ce sont les premières conditions de validité de l'équation de transcription en température incluse dans toutappareil actuel. Nous en verrons encore une autre importante et quelques autres moins conséquentes.

Ceci nous permet de simplifier les situations de mesure pour rendre les températures mesurables au moyende la caméra thermique.

L'environnement de la scène thermique est défini par une sorte de "cloche", ou hémisphère que voit lasurface du corps observé. En fait, selon la forme du corps, cette cloche peut être plus ou moins grandequ'un hémisphère.





PAGE 46

Les questions que doit se poser l'opérateur sont :

- Qu'est-ce que voient les corps qu'observe la caméra ? (Quel est l'environnement de la scène thermique ?)

- Cet environnement est-il à température uniforme ?

Si oui, le calculateur associé à la caméra va alors pouvoir défalquer le rayonnement réfléchi. Après avoir

entré, dans la machine, la valeur de l'émissivité (une seule valeur), on entrera la valeur de la températured'environnement (une seule valeur). Pour les mesures à courte distance et en vue directe des scènesobservées, on s'en tiendra à ces deux grandeurs d'influence. C'est le cas normal. Si les objets sont depetites dimensions, on prendra en compte une autre grandeur d'influence.

En conclusion. Pourquoi avons-nous ainsi détaillé et insisté sur cette notion de facteur de réflexion ? Parcequ'elle est largement inconnue et incomprise, donc non prise en compte. Combien de fois avons-nous eudes questions du genre : "Mais c'est quoi la "température ambiante" ?" ou les affirmations : "Mais je voisl'environnement par réflexion sur l'objet, l'émissivité est donc faible !" Cette notion de facteur de réflexionnécessite de réfléchir qualitativement sur les rayonnements. Les exercices pratiques permettent de sefamiliariser avec cette notion. Y méditer ensuite devient, petit à petit, un jeu instructif.





PAGE 47

E - LE FACTEUR DE TRANSMISSION

On ne considère que certains cas particuliers entrant dans le cadre de cet enseignement : on se souviendradonc que, dans la pratique, on ne pourra mesurer la température que de corps opaques, corps dont lefacteur de transmission est nul. C'est heureusement le cas général pour les composants des installationsélectriques.

Mais certains corps nous intéressent du point de vue de la mesure. En particulier, les corps qui se trouventsur le trajet entre la scène thermique et la caméra : essentiellement l'atmosphère ou un hublot.

L'atmosphère est un corps semi-transparent. On s'intéresse au facteur de transmission de l'atmosphère.

On constate, sur la figure ci-dessous, que l'atmosphère n'est transparente que dans certaines bandesspectrales. Les bandes du spectre où ce corps "atmosphère" est le plus transparent sont les bandes de 3 à5 µm et de 8 à 14 µm.

Figure 17 - Exemple de facteur de transmission de l'atmosphère (cas typique à 30 m)

Ceci explique pourquoi les fabricants de caméras ont depuis toujours conçu des caméras thermiquesfonctionnant dans ces bandes spectrales : les caméras Ondes Courtes (Short Waves, SW) et les camérasOndes Longues (Long Waves, LW).

Ce sont essentiellement la vapeur d'eau (qui est un gaz) et le gaz carbonique contenus dans l'atmosphèrequi sont à l'origine de l'atténuation des rayonnements. Les rayonnements en provenance de la scènethermique sont partiellement absorbés au passage dans l'atmosphère.

Ces bandes spectrales de bonne transmission sont appelées "fenêtres atmosphériques" puisque l'on peut

voir à travers l'atmosphère seulement dans ces bandes spectrales. En dehors de ces bandes, l'atmosphère





PAGE 48

est un mur opaque et on ne peut voir, au travers de ce mur, la scène thermique qui nous intéresse. Il faut semettre en face de la fenêtre pour voir dehors.

Figure 18 - Le facteur moyen de transmission de l'atmosphère en fonction de la distance demesure, pour une atmosphère à 50 % d'humidité relative

Cependant, dans ces bandes spectrales l'atmosphère n'est pas parfaitement transparente. On définit ainsiun facteur moyen de transmission de l'atmosphère. On simplifiera en facteur de transmissionatmosphérique. Ce facteur est calculé par une équation qui prend en compte la distance de mesure et labande spectrale de la caméra. On pourrait prendre également en compte le taux d'humidité relative del'atmosphère, la teneur en gaz carbonique et la température de l'atmosphère. Cependant, dans la pratiqueindustrielle normale, une modélisation simplifiée est largement suffisante. La complexification apportée peu àpeu par les fabricants est une bonne démarche intellectuelle et de marketing, mais sans aucun intérêt encontrôle rapproché (courte distance). De plus, il n'est pas pensable que les opérateurs puissent mesurertous les paramètres de l'atmosphère, et donc compliquer les interventions, alors que les influences de cesparamètres sur les résultats sont le plus souvent extrêmement faibles.

Ainsi le facteur moyen de transmission atmosphérique est une grandeur d'influence. Il influe sur le résultatde la mesure de température. C'est la troisième grandeur d'influence.

A 10 m, la caméra SW reçoit environ 7 % de rayonnement en moins de ce qu'elle aurait dû recevoir à courtedistance (1 m environ). La même constatation est faite, mais pour une distance de 100 m, pour les camérasLW.

Par ailleurs, on est amené parfois à mesurer au travers de hublots, souvent appelés "infrarouges", pour lamesure de température de corps placés dans des enceintes fermées. Ces hublots sont naturellementinstallés à demeure et en vue des contrôles thermographiques. Ce ne sont pas des hublots en plastique :ceux-ci sont quasiment opaques aux rayonnements infrarouges. On définit le facteur moyen de transmissionde ces hublots. Mais attention au piège ! Un hublot peut éventuellement être transparent pour une caméra,et opaque pour une autre caméra, selon leurs bandes spectrales de fonctionnement. Il convient donc devérifier quel type de hublot est installé et de quelle caméra l'on dispose pour dire si les mesures serontpossibles ! Enfin, le calculateur de certaines caméras prend en compte le facteur de transmission d'unéventuel hublot. Si ce n'est pas le cas, on peut s'en sortir si l'objet, de bonne émissivité, est chaud dans unenvironnement froid.

Ces "corps" (atmosphère ou hublot) atténuent les rayonnements en provenance de la scène qu'observe lacaméra.





PAGE 49

Classiquement, on considère que le facteur de réflexion de ces "corps" intermédiaires est nul : l'atmosphèrene contient pas de brouillard, d'aérosols, ni de particules denses en suspension.

Pour l'atmosphère, on a donc l'équation ε + τ = 1, équation qui signifie que le milieu de propagation desrayonnements émet lui-même du rayonnement, fonction de sa propre température et de son émissivité. Cerayonnement se rajoute aux rayonnements en provenance de la scène thermique. Ainsi, l'atmosphèreatténue les rayonnements qui nous intéressent et rajoute du rayonnement qui ne nous intéresse pas.

Voici donc la quatrième grandeur d'influence, la température de l'atmosphère, qui influe sur le résultat dela mesure.

Ainsi, une image thermique uniforme (de rayonnements émis par le milieu de propagation) se rajoute àl'image thermique de la scène, elle-même uniformément atténuée par le facteur de transmission del'atmosphère (ou du hublot), depuis la scène thermique observée jusqu'à la caméra.

On peut, d'une part, défalquer, de l'image thermique reçue par la caméra, une "image thermique" desrayonnements rajoutés sur le trajet, et, d'autre part, corriger l'image thermique résultante, pour se retrouverdans les conditions de mesure à courte distance. On est alors dans le cas précédent, avec une imagethermique due aux seuls rayonnements émis et réfléchis par la scène thermique.

En conclusion, on cherchera à réaliser les mesures à courte distance et en vue directe des corps à mesurer.On évitera les mesures à l'extérieur par temps de brouillard ou de pluie. Pour des mesures à distance, onprend en compte la distance de mesure et la température moyenne de l'atmosphère sur le trajet.

Nous venons là d'introduire deux autres grandeurs d'influence dont le rôle est cependant très faible dans lesapplications envisagées.

Vous avez donc compris la différence entre température d'environnement et température d'atmosphère. Tropd'opérateurs confondent ces deux températures. Elle est souvent appelée à tort "température ambiante",que la norme, intentionnellement, a défini autrement : c'est la température de l'air dans lequel baigne lacaméra elle-même.

Dans les cas simples (quand les températures d'environnement et d'atmosphère sont égales ou proches), onpeut admettre cette indistinction. Mais on comprendra que certains cas ne seront pas couverts par cettesimplification ou confusion.

Figure 19 - La superposition des images thermiques (scène thermique iso-émissive)





PAGE 50

F - LE CORPS NOIR THÉORIQUE ET LE "CORPS NOIR" RÉEL

Maintenant que nous avons détaillé les propriétés radiatives des matériaux (émissivité = facteurd'absorption, facteur de réflexion et facteur de transmission), nous pouvons revenir sur la notion de corpsnoir.

Le corps noir théorique est une cavité isotherme de forme quelconque. Les parois internes de la cavité sontopaques aux rayonnements.

Considérons un élément de surface dS1 de la paroi interne (voir figure ci-dessous). Cet élément de surfaceémet un rayonnement, fonction de l'émissivité du matériau et de la température de la cavité isotherme. Cerayonnement est émis dans toutes les directions du demi-espace vu par dS 1 et parvient, en particulier, surl'élément de surface dS2. dS2 réfléchit une partie de ce rayonnement et absorbe l'autre partie, nous l'avonsdéjà vu. Le rayonnement réfléchi sur dS2 se réfléchit dans toutes les directions du demi-espace vu par dS2 (si le matériau a un type de réflexion spéculaire, le raisonnement est le même). Le phénomène se poursuit jusqu'à l'absorption complète du rayonnement émis par dS1 suite aux réflexions successives (le "nombre" deréflexions jusqu'à absorption "complète" dépend du facteur de réflexion du matériau.

Figure 20 - Le corps noir théorique et le "corps noir" réel.

Si nous imaginons de nous placer à l'intérieur de la cavité, nous observons un élément de surface dSquelconque, le rayonnement qui nous parvient est à la fois émis et réfléchi par dS. Ce rayonnement réfléchiprovient de l'ensemble des autres éléments de surface dS de la cavité. Quel que soit l'élément dS observé,le rayonnement qui nous parvient est identique. L'observateur voit un rayonnement uniforme et ne peutdistinguer un élément de surface d'un autre élément de surface : l'image sur sa "rétine" est uniforme. Lerayonnement interne à la cavité est dit isotrope, identique dans toutes les directions. Ce rayonnement estcelui du corps noir à la température isotherme de la cavité. On parle de "rayonnement noir" pour dire"rayonnement du corps noir". Il règne dans la cavité un champ de rayonnement isotrope défini par la seuletempérature de la cavité. On parle de "température de rayonnement" ou de "température de luminance" : larelation entre le rayonnement et la température est unique. Elle est décrite par la loi de Planck, lequel s'estprécisément basé sur cette cavité isotherme pour établir la loi. Ceux qui ont déjà observé l'intérieur d'un fourde métallurgie ou de verrerie connaissent ce phénomène ; on distingue mal les détails des objets internes aufour chauffé uniformément, le rayonnement est quasi uniforme.





PAGE 51

Au lieu de nous placer dans la cavité, faisons un petit trou (de surface dS) dans la paroi, pour observer lerayonnement qui parvient sur ce dS, comme en tout élément de surface interne de la cavité. On comprendqu'il n'y aura pas de rayonnement réfléchi sur ce dS, puisqu'il a été supprimé. L'état d'équilibre derayonnement interne au corps noir est alors légèrement perturbé, mais ceci est sans grande importance sidS reste très petit vis à vis des dimensions de la cavité. On peut ainsi connaître le rayonnement noir régnantà l'intérieur de la cavité, puisqu'il est partout identique. C'est le principe de construction des "corps noirs" quiservent de référence de température et de rayonnement pour l'étalonnage des radiothermomètres et des

caméras thermiques.Plus le trou pratiqué dans la cavité est de grandes dimensions vis à vis des dimensions de la cavité et plusl'émissivité de ce trou diminue. De plus, l'émissivité du trou dépend alors de plus en plus fortement del'émissivité du matériau interne de la cavité et du type de réflexion de ce matériau (de spéculaire à diffus). Ilest donc préférable d'utiliser un matériau interne de forte émissivité et de type de réflexion diffus.

Les "corps noirs" disponibles sur le marché sont dérivés de cette construction, mais l'on cherchenaturellement à en simplifier la fabrication, en sélectionnant des formes adéquates de surfaces rayonnanteset en augmentant au maximum l'émissivité du matériau rayonnant. On trouvera des "corps noirs" de formesphérique (onéreux mais d'émissivité proche de 1), des "corps noirs" en forme de double cône, de simplecône, et des surfaces planes rayonnantes, usinées et traitées de sorte à obtenir une émissivité élevée,suffisante selon les besoins. L'émissivité d'une simple plaque peinte peut être supérieure à 0,95, selon la

peinture, son épaisseur et la longueur d'onde.A quoi nous servent ces détails sur la notion de corps noir ? A mieux comprendre les rayonnements. Voyonsles implications pratiques.

On constate déjà que l'observateur hypothétique placé dans la cavité isotherme et qui observe la surfacedS1 voit un rayonnement noir, comme si le matériau avait une émissivité de 1. Le rayonnement perçu estdonc indépendant de l'émissivité du matériau de la surface interne de la cavité. La notion d'émissivité dumatériau est donc indéterminée pour un matériau (dS1) à la même température que les autres dS de lacavité. Les autres dS de la cavité (l'ensemble du demi-espace vu par dS1) constituent l'environnement dedS1. Cet environnement est à température uniforme (température d'environnement) et envoie unrayonnement isotrope sur dS1.

Modifions la température du seul élément de surface dS1, dont la température T1 initiale était celle de lacavité isotherme. De T1, la température de dS1 passe à la valeur T2 (on chauffe dS1, ce qui ne modifie pasl'équilibre de la cavité, laquelle reste à la température T1). L'observateur hypothétique, placé dans la cavitéet qui observe dS1 entouré d'éléments de surface adjacents dS restant à la température T1, observe, biensûr, un rayonnement plus important en provenance de dS1. L'accroissement du rayonnement en provenancede ce dS1 est dû au surcroît de rayonnement émis par dS1 du fait de l'augmentation de sa température. Cerayonnement supplémentaire dépend maintenant de l'émissivité de dS1. Dès lors, l'observateur peut voir dS1 parmi les autres éléments de surface adjacents. L'image sur sa "rétine" n'est plus uniforme, quand bienmême le champ de rayonnement provenant de l'environnement et parvenant sur dS1 est le mêmequ'auparavant (quasiment).

Cette situation est strictement celle que modélise l'équation de transcription en température utilisée par

toutes les caméras thermiques ! La température T2 est celle que l'on cherche à mesurer et la température T1est la température d'environnement. Cet environnement est donc supposé corps noir et uniforme entempérature.





PAGE 52

G - REMARQUES, CONCLUSION ET SYNTHÈSE GRAPHIQUE

La situation de mesure doit pouvoir se ramener, par une modélisation simple, à une situation d'étalonnage.L'équation qu'utilisent tous les appareils actuels (nous la verrons plus loin) demande que certainesconditions soient respectées pour être applicable. Ceci est l'art du thermographe .

Mais résumons déjà la situation de mesure sous forme d'un schéma : la caméra observe un objet lequelobserve son environnement.

Figure 21 - La situation simplifiée de mesure

Dans certaines caméras à transcription intégrée (systèmes de thermographie), il y a confusion entre lesgrandeurs d'influence température d'environnement et température d'atmosphère.

Par exemple. Les caméras THERMOVISION 470 et 487 confondent les deux grandeurs sous le nom de"Tamb" qui voudrait dire "ambient temperature", terminologie inadaptée à éviter. Les camérasINFRAMETRICS (740, 760 et THERMACAM au logiciel en anglais) prennent en compte la températured'environnement appelée "background temperature", température du fond, autre désignation incorrecte,mais très répandue chez les concepteurs et fabricants de caméras. Les caméras CYCLOPS TI 35 ou AVIOTVS 2000 prennent en compte l'émissivité et mesurent la température interne de la caméra en l'introduisantautomatiquement dans les calculs, comme valeur de température de l'environnement. Cette façon de faireest valable dans les cas usuels mais ne permet pas de couvrir l'ensemble des applications.

Nous avons jusqu'ici parlé des rayonnements. Comprendre qualitativement une image thermique, c'estcomprendre les rayonnements, les identifier. C'est la démarche absolument indispensable avant toutetentative de transcrire les rayonnements en températures. C'est par un exercice quotidien que lerayonnement devient familier aux opérateurs intéressés. Ils seront alors clairvoyants et ne se laisseront pasberner par les images. Ils ne bernent pas non plus leur entourage ou leurs donneurs d'ordre.

On exige du professionnel des compétences essentielles : comprendre le rayonnement lors del'interprétation des images thermiques et comprendre la thermique et l'électricité lors de l'interprétation desthermogrammes, l'ensemble dans le cadre de la prévention des risques.

Nous donnons ci-après le synoptique des terminologies utilisables et le schéma du radiothermomètre

appliqué à la thermographie.





PAGE 53

Figure 22 - Scène thermique, image thermique, transcription en température, thermogramme

(Les expressions[N] sont normalisées.)

Figure 23 - De la scène thermique au thermogramme

On notera que l'expression "image infrarouge" n'est pas conforme à la norme et correspond à l'image fourniepar l'optique infrarouge, et non à l'image thermique fournie par la caméra.





PAGE 54





PAGE 55

5 - COMPRENDRE ET

RÉGLER LA CAMÉRA

LA FORMATION DE L'IMAGE THERMIQUE





PAGE 56





PAGE 57

Former l'image thermique, c'est obtenir une représentation quantifiée de la répartition des flux enprovenance de la scène thermique, au moyen de la caméra thermique et d'un traitement approprié duthermosignal ou de l'image thermique que la caméra fournit.

Nous parlerons donc :

• de la caméra en tant que radiomètre à balayage spatial ;

• du traitement du thermosignal ;• du traitement de l'image thermique.

A - LA CAMÉRA THERMIQUE

On s'intéressera peu à la technologie des caméras thermiques, l'important étant de considérer les principesde base. Nous verrons ensuite, au chapitre suivant, les caractéristiques importantes des camérasthermiques.

La caméra thermique utilisable en contrôle des installations électriques est, à la base et dans son principe,un appareil de mesure, basé sur un radiomètre comprenant un détecteur et un objectif. Un mécanisme, ouune électronique, de balayage spatial permet à ce radiomètre d'analyser une surface entière, la scènethermique.

Figure 24 - L'optique simplifiée





PAGE 58

LE RADIOMETRE

Le radiomètre est constitué d'un objectif (ou d'une simple lentille) qui concentre les rayonnements sur undétecteur de rayonnement. Celui-ci délivre un signal qu'une électronique amplifie.

Il existe divers types de détecteurs selon les performances désirées et selon les types de caméras. Cecin'est pas considéré dans le cadre de ce stage.

Le détecteur est une petite surface sensible aux rayonnements. Il délivre une tension qui devrait êtreproportionnelle à la puissance de rayonnement qu'il reçoit. [Nous disons "qui devrait être", car, selon les technologies dedétecteur ou selon les caméras, cette proportionnalité n'est pas toujours vérifiée, ce qui pose le problème de la linéarité des caméras,problème que nous évoquerons encore rapidement plus bas. C'est là une question de fond sur la validité des mesuresthermographiques ; mais ces considérations sont du ressort des spécialistes.]

Pour que le détecteur reçoive du rayonnement et fournisse un signal, il doit avoir une certaine surface. Un"point" reçoit un rayonnement nul. (On parle néanmoins de détecteurs "ponctuels".) Cette surface estusuellement déterminée par le concepteur pour observer et mesurer de faibles températures (outempératures ordinaires) ou pour mettre en évidence de faibles écarts de température.

Le détecteur observe une surface élémentaire ∆S sur la scène thermique, placée à la distance de mesure

Dm. Cette surface élémentaire ∆S dépend donc de la distance focale f de la lentille du radiomètre et de Dm.En thermographie, l'angle plan sous lequel le radiomètre voit la surface ∆S est appelé IFOV, InstantaneousField Of View.

[On a l'équation, classique en optique, 1 / f = 1 / Dm + 1 / d où d est la distance entre la lentil le et le détecteur.]

Le détecteur reçoit donc du rayonnement en provenance de la surface élémentaire ∆S. Il fournit un signaldont la valeur dépend de la température apparente de cette surface.

LE RADIOMETRE A BALAYAGE SPATIAL MECANIQUE

Mais on veut mesurer le rayonnement en provenance d'une autre surface élémentaire ∆S, placée à côté dela précédente. Soit on déplace manuellement l'axe optique du radiomètre (balayage manuel), soit on faitpivoter un miroir interne au radiomètre pour modifier la direction des rayonnements et les faire parvenir sur ledétecteur (balayage mécanique ou optico-mécanique). L'appareil est alors appelé "radiomètre à balayagespatial" ou caméra thermique. Le signal qu'il fournit est appelé le thermosignal.

En faisant pivoter continûment le miroir, on obtient un balayage spatial continu de la scène thermique,suivant une ligne. C'est le balayage ligne. Le balayage se fait sur un segment de ligne, vu par la camérasous un angle donné. On définit ainsi l'angle d'observation horizontal "A" sous lequel la caméra voit la scènethermique. C'est le balayage de base de la caméra. Le mot "horizontal" est usuel mais ne correspond pas nécessairementà l'horizontale.

On rajoute la deuxième dimension, en déplaçant légèrement la ligne balayée, parallèlement à elle-même.C'est un deuxième miroir qui assure ce deuxième balayage, appelé le balayage trame ou balayage "vertical".Même remarque.

La scène thermique est ainsi observée suivant deux angles, les FOV pour Field Of View. On parle doncd'objectif de 20° x 20°par exemple. La scène thermique peut être observée suivant des angles horizontal etvertical différents : 20°x 15°. Ceci dépend de la conception de l'appareil.

[Les objectifs sont désignés par les angles sous lesquels la caméra voit la scène thermique. En thermographie, on ne désigne pas lesobjectifs par leur distance focale, contrairement à l'usage en photographie. La distance focale n'a aucun réalisme dans la pratique. Enphotographie au contraire, le réalisme tient au fait que l'on se réfère presque toujours au même format de pellicule 24 x 36 (ou "35mm"). En thermographie, il n'existe pas de tel format "standard".]

Le mécanisme de balayage est appelé le scanneur, ou scanner en anglais.

Les fréquences de balayage spatial sont les fréquences d'analyse. Il y a une fréquence ligne et une

fréquence trame.





PAGE 59

La caméra analyse la scène thermique suivant une succession de trames constituées de lignes.

Prenons l'exemple des caméras de technologie classique THERMOVISION de la série 400, toujours en usage.

La fréquence trame est de 20 Hz. La fréquence ligne de 4 000 Hz. Il y a 200 lignes par trame dont 140 lignes utiles.

La fréquence d'échantillonnage du signal donne 140 échantillons par ligne, soit 140 pixels (pour "picture elements" ou éléments d'image) par ligne. Les images thermiques sont donc de 140 lignes par 140 pixels pour une scène carrée vue sous 20°x 20°ou 7° x 7°etc ...

Les miroirs balayent au cours du temps. Des signaux de synchronisation de balayage, générés par lesretours en position des miroirs à chaque début de balayage -ligne ou -trame, permettent de construirel'image thermique lors de la restitution sur un écran (moniteur). Un convertisseur de standard peut assurer lepassage de la fréquence d'analyse à la fréquence de restitution.

La fréquence d'analyse n'est donc pas la fréquence de restitution. C'est pourquoi l'on distingue lethermosignal (issu du détecteur) et le vidéosignal (fourni par la caméra, après le séquencement de relecturedestiné à la restitution selon le standard CCIR).

Figure 25 - Synoptique simplifié d'une caméra thermique classique

Pour les caméras THERMOVISION 400, la fréquence trame de restitution est, en Europe, celle du standard CCIR, soit 50 trames par seconde. La fréquence ligne est de 15 625 Hz. Il y a 287 lignes utiles par trame.

Passer de 140 lignes à 287 lignes est réalisé en doublant une ligne sur deux (résultat : 210 lignes) et en mettant du noir ou des informations sur les lignes inutilisées. Passer de 20 trames / s à 50 trames / s est réalisé en doublant la première trame et en triplant la suivante, etc ...

AUTRES SOLUTIONS A BALAYAGE MECANIQUE

Les caméras thermiques classiques basées sur un seul détecteur et sur un scanneur à double balayagespatial sont les plus courantes (THERMOVISION 400, INFRAMETRICS 700, AVIO TVS 100). Pour descaméras plus anciennes, le balayage n'est pas assuré par des miroirs tournants ou oscillants mais par deslames à faces parallèles agencées en un polygone tournant à facettes (THERMOVISION 700).

D'autres solutions technologiques sont retenues par certains constructeurs.

L'ensemble de détection peut être une barrette de N détecteurs qui fournissent N profils thermiques enparallèle. C'est le cas des caméras AVIO TVS 2000 et des CYCLOPS TI 35.





PAGE 60

LE RADIOMETRE A BALAYAGE SPATIAL ELECTRONIQUE

Mais au lieu de ne disposer que d'un détecteur et de balayer mécaniquement, il est possible de disposer untrès grand nombre de détecteurs agencés en lignes et en colonnes et de lire séquentiellement(électroniquement) les signaux fournis par ces détecteurs. Ce sont des matrices de détecteurs. On rejoint icila technologie habituelle en imagerie visible, désormais universelle pour les caméras vidéo ou lescaméscopes. La matrice est placée dans le plan de focalisation de l'objectif (on dit "dans le plan focal"). D'où

le nom de "matrice plan focal" ou "Focal Plane Array" ou FPA.

Les matrices sont réalisées en matériaux divers, ce qui n'est pas considéré dans le cadre de ce stage.

Les caméras de mesure à matrice de détecteurs (N x M détecteurs) sont disponibles sur le marché depuis1995. Elles permettent un gain de poids et de "rendement optique", du fait de l'absence du scanneurmécanique. L'électronique intégrée diminue également la consommation en énergie électrique.

Ce sont les caméras THERMACAM, THERMOVISION 500, TVS 600, TH 7102, VINCI.

Cette nouvelle technologie de caméra thermique remplace rapidement les caméras de technologieclassique, en particulier pour les applications de maintenance et de prévention. Elles sont beaucoup plussimples à concevoir, à fabriquer et à mettre en œuvre.

COMMENTAIRES A TITRE CULTUREL

Les matrices présentent un mode de fonctionnement différent des caméras à balayage mécanique où ledétecteur fournit, de façon continue, un thermosignal à l 'électronique qui l'amplifie et le traite. C'est le mêmedétecteur qui fait tout le travail : fournir l'image thermique d'une scène, en un temps donné. Différemment,pour une matrice, on dispose de très nombreux détecteurs pour faire sensiblement le même travail. Entredeux lectures successives du signal du même détecteur, on a du temps pour réaliser un traitement : celui-ciconsiste essentiellement à intégrer, par détecteur et entre deux lectures, le signal fourni par chaquedétecteur. Cette intégration est faite par un condensateur. Chaque détecteur a son condensateur, tout cela àl'échelle de quelques dizaines de micromètres. Encore faut-il que ce condensateur ne se remplisse pas

complètement (saturation). On définit donc un temps d'intégration (naturellement, ce temps est plus courtque le temps entre deux lectures de la matrice). Ce temps d'intégration ou temps d'exposition conduit à faireun parallèle avec la photographie : le temps d'exposition et le diaphragme jouent le même rôle que dans unappareil de photographie.

Le fait que l'on "expose" ainsi la matrice permet donc l'intégration, ce qui améliore le rapport signal / bruit (oncomprendra mieux au chapitre suivant), mais cette amélioration est telle qu'elle dépasserait largement lebesoin : on tire profit de cette amélioration (intégration du signal durant un temps donné), pour réduire lasurface des détecteurs élémentaires (ce qui diminue la quantité de rayonnement qu'ils reçoivent et diminuecorrélativement le thermosignal qu'ils fournissent), donc pour diminuer la surface élémentaire ∆S observéepar chaque détecteur. Ceci améliore substantiellement la qualité de l'image fournie, sa "définition", donc larésolution spatiale de la caméra. Ainsi, résultant en un meilleur compromis entre la résolution thermique et larésolution spatiale, cette nouvelle technologie de caméra à matrice est un saut technologique dans le

domaine de l'imagerie thermique.Par contre, le très grand nombre de détecteurs sur la matrice demande une uniformisation des réponsesélémentaires de ces détecteurs ; de plus, l'absence de balayage mécanique rend plus complexe lacompensation de la dérive de la caméra, dérive due à la variation de sa propre température.

Cette uniformisation des détecteurs n'est pas nécessairement très bien réussie, selon les solutions mises enœuvre par les constructeurs et selon les types de matrice ; elle n'est pas non plus très stable dans le temps.

Les caméras de ce type dérivent davantage que les caméras classiques (mais ceci s'améliorera au coursdes années). Ces caméras doivent donc être équipées d'un dispositif (diverses technologies) permettant derecaler le thermosignal avant d'assurer la prise d'image thermique destinée à la mesure.





PAGE 61

La correction des non-uniformités ainsi que cette compensation de dérive sont effectuées pendantl'opération de correction de non-uniformité ou "Non Uniformity Correction" (NUC).

De plus, compte tenu qu'elles numérisent le thermosignal directement en sortie de l'amplificateur qui suit lesdétecteurs, ces caméras présentent des calibres de plus faibles amplitudes que sur les caméras classiqueset les calibres se recouvrent peu pour les caméras SW. Les caméras à matrice ne sont pas aussi souplesque les caméras classiques.

En conclusion. Si les caméras à matrice sont assurément agréables pour une meilleure qualité d'image etpour les applications de contrôle d'installations électriques, il est clair qu'elles ne valent pas encore leursaînées pour la qualité et la souplesse des mesures thermographiques. Si elles sont sophistiquées du pointde vue électronique, elles restent encore les filles pauvres de la famille : elles sont dotées de la beauté etd'une intelligence bien ciblée, pas encore de l'expérience adaptée ni de la pertinence souple. C'est pourquoiles caméras à matrice entrent encore difficilement dans les laboratoires de mesure.





PAGE 62

B - THERMOSIGNAL, CALIBRE ET CONFIGURATION

LE THERMOSIGNAL

A la suite du détecteur, un amplificateur amplifie le signal. Considérons le signal qui sort de la tête demesure, de la caméra elle-même. Ce signal est donc appelé thermosignal (afin de ne pas le confondre avecun vidéosignal). Ce sont des volts proportionnels (du moins le faudrait-il) aux flux (puissances de rayonnement)que détecte le détecteur.

Les valeurs que peut prendre le thermosignal sont comprises entre un minimum (supposons 0 V) et unmaximum (supposons 5 V). Entre ces deux valeurs, le thermosignal peut prendre toutes les valeurs selon leflux reçu par le détecteur en provenance de la scène thermique.

LE CALIBRE

Il y a une courbe de correspondance entre ces volts et les températures du corps noir. Cette courbe est lacourbe d'étalonnage, comme nous l'avons déjà vu. Le minimum de température est de - 20°C (par exemple)et le maxi vaut + 200°C (par exemple). Cette plage de - 20°C à + 200°C s'appelle le calibre. Il s'agit,naturellement, de températures apparentes, puisque la caméra est étalonnée sur un corps noir.

Le calibre représente donc la gamme de températures apparentes que peut mesurer la caméra, dans uneconfiguration définie. Voir les deux figures ci-après pour une caméra classique et les caméras à matrice.

Le premier calibre, le plus utilisé, est destiné à mesurer les températures les plus faibles.

Figure 26 - Exemple de courbes d'étalonnage - 3 diaphragmes (THV 487)





PAGE 63

Ce premier calibre dépend principalement de la bande spectrale de la caméra. Les suivants dépendentensuite des choix du constructeur, s'il veut faire se superposer plus ou moins les calibres ou non. Mais il estévident que plus les calibres se superposent, meilleure est la flexibilité de la caméra, donc son adaptabilité àdes mesures de plages de températures très variées.

Figure 27 - Les calibres des caméras à matrice

LA CONFIGURATION DE LA CAMERA

Pour une caméra choisie, la configuration est l'ensemble de trois valeurs des variables possibles pour lacaméra : [valeur de l'objectif, valeur du diaphragme, valeur du filtre]. Certaines caméras n'ont que lesvariables [objectif, filtre]. Les nouvelles caméras à matrice n'ont quasiment jamais de diaphragme maismodifient électroniquement le temps d'exposition. En tant que tel, ce temps d'exposition n'est modifiable parl'opérateur que par une fonction de sélection du calibre de mesure. On aura, en fait, les configurationsdéfinies par le triplet [valeur de l'objectif, valeur du temps d'exposition, valeur du filtre].

A une configuration correspond une courbe d'étalonnage représentée mathématiquement par sesconstantes d'étalonnage, et correspond donc un calibre (en températures corps noir ou apparentes).

Il apparaît sur les courbes d'étalonnage de la figure 26 (pour le filtre NOF = "sans filtre") que l'opérateursemble avoir le choix entre les trois diaphragmes (0, 1 ou 2) pour cadrer une scène thermique présentantdes températures (apparentes) comprises entre 100 et 170°C. En effet, le thermosignal prend toujours unevaleur mesurable par la caméra.

Mais on comprend bien qu'il est préférable, pour cette plage de variation de températures, d'obtenir la plusgrande variation de valeurs du thermosignal.

On aborde ici la notion, sur laquelle on n'insistera pas, de sensibilité de la caméra, le terme "sensibilité" étant

pris au vrai sens du mot, selon la "norme internationale de vocabulaire des termes fondamentaux de





PAGE 64

métrologie". C'est le rapport de la variation du signal de sortie (thermosignal) et de la variation du signald'entrée (température apparente). [Pour les férus de mathématique, on dira que la sensibilité est la dérivée de la courbed'étalonnage, pour une température apparente observée donnée.]Plus la sensibilité est élevée et plus la mesure du flux(donc de la température) sera certaine, et plus l'image sera "propre" ou exempte de bruit ("neige" surl'image).

Avant d'effectuer le cadrage thermique, on choisira toujours la configuration qui donnera la meilleure

sensibilité, donc la meilleure qualité de mesure. On comprend ainsi l'importance des courbes d'étalonnage etl'intérêt d'en disposer pour un choix optimal de la configuration.

Mais les appareillages permettent aujourd'hui de sélectionner directement les calibres sans se préoccuperde la configuration et de ses implications. Les informations sur les modes d'obtention de ces calibres (tempsd'exposition ? ou diaphragme ? ou filtre gris ? ou filtre spectral ?) ne sont pas toujours disponibles. Lasimplification va alors dans le sens de l'ignorance et non du professionnalisme.

Le choix de la configuration est fait par l'opérateur selon les dimensions de la scène thermique à observer(choix de l'objectif), selon les températures à mesurer (choix du diaphragme / temps d'exposition et / ou dufiltre), selon les spécificités de la scène thermique à observer (choix du filtre).

*- Choix de l'objectifCe choix dépend des dimensions de la scène thermique à observer et de la distance à laquelle on peutplacer la caméra pour cette observation.

*- Choix du diaphragme ou du temps d'exposition et / ou du filtre

La question se pose lorsque l'on cherche à mesurer des températures élevées (selon la caméra).

Comment savoir s'il est nécessaire de changer de diaphragme (ou de temps d'exposition) ou de filtre ?

Simplement lorsqu'il est impossible de mesurer le maximum de température présent sur la scène thermique

au moyen du diaphragme normal, le plus ouvert (celui qui permet de mesurer les températures les plusfaibles). On vérifie également cette impossibilité en plaçant le NIVEAU au milieu de ses variations possibleset en commutant la GAMME au maximum de sa valeur (voir plus loin pour ces 2 notions). On couvre ainsil'intégralité de la gamme de températures mesurables sur le diaphragme (ou temps d'exposition) considéré.Dans ce cas, si le thermosignal présente des valeurs saturées (au-delà du calibre), il conviendra de choisirun diaphragme plus fermé (= valeur immédiatement supérieure), ou un temps d'exposition plus court, ou dechoisir un filtre (selon le type de caméra et les températures apparentes à mesurer).

*- Choix du filtre

Nous considérons ici, et très rapidement, le cas de scènes thermiques particulières nécessitant l'emploi d'un

filtre spectral approprié. Ces cas n'existent pas en contrôle des installations électriques. Mais, généralement,les filtres sont utilisés pour les mesures de hautes températures.

[La mesure de température au travers de flammes, sur du verre ou du plastique de faible épaisseur nécessite de faire fonctionner lacaméra à des longueurs d'onde particulières à l'intérieur de sa bande spectrale.

Voir et mesurer des températures à travers les flammes demandent un filtre spectral centré sur 3,9 µm, là où les flammes sont froides.Mesures de température de peau de tube dans les fours de craquage de produits pétroliers : c'est une application très délicatedemandant une grande expérience et réservée à quelques initiés.

Mesurer correctement des températures de verre nécessite un filtre spectral sélectionnant la bande de 4,7 à 5,2 µm environ etdépendant de l'épaisseur du verre. On peut également sélectionner une bande spectrale vers 8 µm, mais elle n'est pas optimale(moindre exactitude de mesure).

Mesurer correctement des températures de plastique de faible épaisseur ne relève pas des actions des opérateurs habituels.]





PAGE 65

*- Reconnaissance, par la caméra, de la configuration choisie

La reconnaissance de l'objectif, du diaphragme et du filtre choisis est automatique ou manuelle, selon lescaméras. Dans ce deuxième cas - devenu rare -, il est important d'indiquer au logiciel interne de la caméra laconfiguration sélectionnée, ou de se souvenir de cette configuration pour correction ultérieure, sil'enregistrement en mémoire de masse (disquette, …) ne la prend pas intégralement en compte.

COMMENTAIRES PAR ANALOGIE

Il existe des appareils de photographie très simples, parce que tout automatiques. Certains sont jetables.Les appareils plus sérieux ont des automatismes débrayables. Les appareils des professionnels n'ont quedes réglages manuels ou sont suffisamment "complexes", tout en intégrant certains automatismes, pourpermettre l'expression de l'art du photographe. Le photo-reporter dispose d'appareils proposant plusieursprogrammes de réglages commutables selon les types de scène.

Par ailleurs, et c'est ici un commentaire plus intéressant, le professionnel de la photographie pourra mettreen œuvre des appareils de moindre qualité, avec des résultats meilleurs que ceux de l'amateur : pas dephotos ratées, bougées, sous- ou surexposées, mal cadrées, prises dans des conditions où le résultat sera,à coup sûr, "photo ratée non facturée par la FNAC". La connaissance de l'appareil photo, même simplifié,vous permettra de savoir comment et dans quelles circonstances il pourra être mis en œuvre avec unrésultat correct.

Par votre professionnalisme acquis, vous ne pouvez pas vous permettre d'être taxés d'amateur, surtout sivous êtes Qualifiés.

Les caméras thermiques récentes, conçues pour étendre le marché des opérateurs en maintenance etprévention sont des caméras simplifiées, surtout destinées aux applications rapides et simples. Ce ne sontpas des caméras pour les professionnels de la thermographie. Mais elles peuvent être mises en œuvre pardes professionnels de l'électricité et du contrôle des installations électriques dans le but de la maintenanceet de la prévention.





PAGE 66

C - LE TRAITEMENT DU THERMOSIGNAL

Si l'on envoie ce signal directement sur un moniteur Noir et Blanc, le 0 V (- 20°C) correspondra au Noir et le5 V (+ 200°C) correspondra au Blanc. On constate immédiatement que l'on aura un problème pour visualiserdes températures apparentes d'une scène thermique variant seulement de + 20°C à + 40°C : les variationsde température apparaîtront dans une faible plage de teintes de gris, ce qui n'est pas optimum.

On va ainsi introduire sur le thermosignal un traitement permettant d'optimiser la visualisation des variationsde flux (ou de températures), puisque les variations de températures de la scène thermique ne couvrent pasl'intégralité du calibre de la caméra.

La caméra thermique de mesure est donc radicalement différente de la vidéo caméra, laquelle élimine leproblème en se calant au niveau du plus faible signal présent.

LE CADRAGE THERMIQUE - LE NIVEAU ET LA GAMME (caméras classiques)

Ce sous-chapitre ne servira pas aux opérateurs qui disposent exclusivement de caméras de nouvelle technologie.

On choisit un niveau thermique moyen et une amplitude de variation autour de ce niveau moyen, afin devisualiser en Noir ce qui vaut + 20°C et en Blanc, ce qui vaut + 40°C.

Le niveau thermique moyen correspondra à environ 30°C et la gamme thermique à environ 20°C.

Nous disons "correspondra" et non "vaudra", puisque le traitement du signal se fait classiquement sur le

thermosignal (donc en volts, en luminances ou en flux) et non sur les températures. Les températures sontrajoutées ensuite sur l'écran par le calculateur interne de l'appareil. Cette remarque reste applicable auxcaméras de nouvelles générations, mais nous compléterons dans le paragraphe ultérieur "LE TOUTNUMERIQUE".

Le traitement consiste à soustraire du thermosignal une valeur continue (le NIVEAU THERMIQUE ouTHERMAL LEVEL ou simplement LEVEL) et à amplifier les variations de signal autour de ce niveau afin defaire entrer ces variations dans le gabarit des tensions que peut accepter le moniteur, entre le Noir et leBlanc : les variations sont incluses dans la GAMME THERMIQUE visualisable, appelée communémentTHERMAL RANGE, ou simplement RANGE.

[Le terme SENSITIVITY, qui voudrait dire "sensibilité", au lieu de RANGE utilisé sur les caméras THERMOVISION 400 est à proscrirepuisque non conforme à la norme internationale de vocabulaire de métrologie.]

Le schéma suivant montre l'action du soustracteur de NIVEAU et de l'amplificateur calibré donnant laGAMME.

Sur les caméras classiques, le NIVEAU peut varier de façon quasiment continue (potentiomètre ougénération numérique sur 4 096 niveaux = 12 bits), la GAMME ne variant que de façon discontinue(commutateur de gains calibrés).

Naturellement, les valeurs de NIVEAU et de GAMME sont connues ou à connaître, puisqu'elles vont nousservir au calcul des températures à afficher sur le moniteur : valeurs mini et maxi ou valeurs encorrespondance d'une échelle de couleurs. Nous voyons encore ici la différence avec le vidéosignal.

L'opérateur a donc adapté la visualisation sur le moniteur au contenu des températures de la scène

thermique.





PAGE 67

Figure 28 - Le traitement du thermosignal

La caméra peut comporter un automatisme qui définira lui-même les meilleurs NIVEAU et GAMME enfonction des valeurs mesurées des flux en provenance de la scène thermique. Cet automatisme estheureusement débrayable, car ce qui intéresse l'opérateur dans l 'image thermique peut n'être qu'une partiede cette image, et les réglages de NIVEAU et de GAMME dépendent partiellement du but de l'inspection etdu document à fournir en fin d'inspection.

[On évitera de mettre en œuvre l'automatisme de "poursuite" (s'il existe), qui définit en permanence les "meilleurs" NIVEAU et GAMME.On ne comprend plus rien à l'image affichée qui change d'aspect sans discernement.]

On voit ainsi que ce qui est visualisé entre le Noir et le Blanc n'est pas nécessairement ce qui est à mesureren température sur cette image, simplement parce que le fait de mesurer une température ne donne pas

obligatoirement une bonne image à insérer dans un rapport. L'action "mesurer" est différente de l'action"visualiser".

De plus en plus nombreuses sont les caméras qui ont des réglages de GAMME et de NIVEAU directementen températures. Cette tendance générale, si elle est très immédiate, n'est pas très didactique pour lacompréhension du fonctionnement des appareils et rend parfois difficile le réglage, surtout quand lecalculateur modifie les réglages manuels, sous son seul contrôle.

L'ANNEXE 2 donne le détail de fonctionnement des caméras THERMOVISION de la série 400 et des opérations de cadrage thermique pour les caméras classiques THERMOVISION des séries 700 et 800.

LE TOUT NUMERIQUE (caméras de nouvelle génération)Le "tout numérique" s'est généralisé avec les caméras à matrice (de nouvelle génération).

Ces appareils numérisent, directement sur 12, 14 ou 16 bits, le thermosignal issu de l'amplificateur dudétecteur et peuvent n'afficher que les niveaux numériques utiles (= effectivement présents sur l'imagenumérisée).

On peut ici aussi parler de GAMME et de NIVEAU, ceux-ci pouvant alors prendre toutes valeurs validesentre 0 et 4 095 (etc…). Naturellement, l'automatisme de réglage est contournable par des réglagesmanuels. Les désignations NIVEAU et GAMME disparaissent au profit des affichages directs entempérature. Néanmoins, usuellement on n'affiche que les valeurs extrêmes de l'échelle des températurespuisqu'il n'y a pas une correspondance linéaire entre le flux mesuré (et l'intensité de l'affichage en Noir &

Banc) et la température calculée. Mais certaines caméras affichent plusieurs valeurs sur l'échelle des





PAGE 68

températures (Delta T constant), ce qui implique une modification de l'image à chaque modification desvaleurs des grandeurs d'influence. Ce comportement n'est pas idéal.

Les réglages des valeurs extrêmes de l'échelle des températures sont de deux types selon les caméras :

• réglage par NIVEAU et GAMME comme classiquement, ce qui modifie simultanément les deux valeursextrêmes ;

• réglages indépendants des deux extrêmes, ce qui est plus confortable.

LE CADRAGE THERMIQUE SELON LE MODE D'INTERVENTION

Il peut y avoir, dans la scène thermique observée, des corps plus chauds ou plus froids que ceux qui sontpris en compte par le cadrage thermique, mais ces corps peuvent ne pas nous intéresser.

Plusieurs buts du cadrage thermique se présentent classiquement ; ces buts différents conduisent à descadrages thermiques différents.

*- Cas d'une édition immédiate

Si l'on cherche, sans intention de réaliser un traitement numérique ultérieur de l'image thermique, à fournirdirectement un document thermographique (photographie, vidéo copie d'écran, certains typesd'enregistrement sur magnétoscope), il importe que le cadrage thermique soit réalisé de sorte à rendreexplicites les problèmes rencontrés, dans une scène thermique spatialement reconnaissable sur le cliché.

Le cadrage, effectué selon la méthodologie indiquée, ne permettra pas toujours d'avoir une possibilité de"mesure" des zones chaudes parmi les zones à température ordinaire, mais donnera les détails spatiauxdans ces parties à température ordinaire.

C'est le cas d'un point chaud dans une armoire électrique. Il est plus intéressant de "cadrer" les bassestempératures pour restituer correctement les détails spatiaux à rendre visibles parmi les zones froides.

Naturellement, les points chauds dépasseront le gabarit de visualisation (on dit souvent qu'ils sont "saturés" :c'est un abus de langage à éviter), mais le document servira de référence pour que son destinataire puisselocaliser spatialement ce point chaud, sans pouvoir, par la simple lecture de l'échelle des températures dudocument, en relire la température. Le rapport d'intervention indiquera, par ailleurs, les températuresrelevées sur les points chauds lors de l'inspection.

De nombreux intervenants font une photographie classique de la scène observée et la joignent au documentthermographique. La photo sert au repérage spatial. Ceci est imposé par le Document Technique D19.

*- Cas d'une édition différée

Toutes les valeurs de rayonnement correspondant aux températures à mesurer doivent être présentes sur

l'enregistrement (stockage numérique sur disquette, …) lequel va être traité en différé. Le traitement vapermettre une mesure des températures et une édition du document final à insérer dans le rapportd'intervention. La fonction de "dilatation d'échelle" des logiciels permet de recadrer thermiquement lethermogramme final.

Dans ce cas, et pour les enregistrements avec des caméras classiques avec NIVEAU et GAMME, il estévident que le cadrage thermique sur site se doit d'être parfait, puisque les informations absentes surl'enregistrement ne pourront être restituées lors du traitement par logiciel externe. Certains appareilsdisposent de la fonctionnalité de détection de dépassement, qui évitera à l'opérateur le désagrément nonprofessionnel de revenir au bureau sans pouvoir dépouiller les images stockées.

Certains modes d'enregistrement, habituels sur les caméras les plus récentes, évitent en grande partie ceproblème (enregistrement sur 12, 14 ou 16 bits du thermosignal issu du détecteur). Mais, il convient alors

que l'opérateur vérifie que le détecteur n'est pas saturé , auquel cas, il devra modifier la configuration de la





PAGE 69

caméra (voir plus haut) sous peine de se trouver dans le cas précédent d'informations stockées nonexploitables. Néanmoins, la fonctionnalité de détection de saturation de certaines caméras permet d'alerterl'opérateur.

*- Le cadrage thermique a priori

Les réglages du NIVEAU et de la GAMME (ou autres termes équivalents) peuvent être exécutés a priori,sans tenir compte des valeurs de températures présentes sur la scène thermique.

Cette attitude est retenue pour des inspections systématiques où un critère d'intervention est défini a priori :ne détecter que les températures supérieures à une certaine valeur. On utilise alors la fonction de détectionde dépassement.

Il est intéressant également de noter, surtout à l'attention des nouveaux opérateurs, qu'il est fortementrecommandé de régler a priori les valeurs de GAMME et de NIVEAU sur des scènes thermiques dont lesvaleurs approximatives de température sont connues par les donneurs d'ordre. Il est de mauvais ton et peuprofessionnel de procéder à des réglages par tâtonnements en regardant le seul aspect de l'image :l'opérateur serait rapidement suspecté d'incompétence.

Malheureusement ! Le cadrage thermique a priori est impossible sur les caméras récentes qui nécessitentun cadrage automatique après leur mise sous tension pour assurer la compensation de dérive de la caméraet la correction de non-uniformité de la matrice.





PAGE 70

D - LE TRAITEMENT DE L'IMAGE THERMIQUE

LOGICIELS INTERNES ET LOGICIELS EXTERNES

Les caméras portables sont des "systèmes de thermographie" (voir Chapitre 7). La "caméra" contient unlogiciel interne de traitement incluant la transcription en température et diverses fonctions élémentaires quinous intéresseront ici.

La plupart des caméras intègrent également un enregistreur des fichiers-images sur disquette 3,5", disquePCMCIA ou micro disque. (Noter la différence avec une vidéo caméra qui, si elle avait un enregistreur de cetype, serait simplement un appareil photo numérique.)

Par ce support d'enregistrement qu'est la disquette, les fichiers-images sont transférés sur un ordinateur

pour le traitement des images thermiques en différé et pour la rédaction des rapports, au moyen de logicielsexternes.

Mais l'autre intérêt des enregistrements sur disquette est de pouvoir retraiter les images thermiquesdirectement dans la caméra-système. Retraiter signifie : rappeler à l'écran, modifier les grandeursd'influence, modifier le cadrage thermique, modifier les traitements appliqués. Il faut bien comprendre que,sans cela, la caméra n'est pas utilisable en tant que système sans ordinateur séparé. Le but est d'éditer desdonnées exploitables immédiatement sur site. Bien que cette démarche ne soit pas idéale, elle est parfoisimposée par les donneurs d'ordre.

Nous allons considérer quelques fonctions de base du traitement de l'image thermique.

LA TRANSCRIPTION EN TEMPERATUREC'est la fonctionnalité indispensable et présente sur toutes les caméras actuelles.

La transcription en températures prend en compte la courbe d'étalonnage de la caméra (courbe fonction desa configuration) et les valeurs des grandeurs d'influence entrées par l'opérateur. Les grandeurs d'influenceessentielles dans notre application sont l'émissivité et la température d'environnement. Les autres grandeursd'influence ne servent pas.

LA FONCTION ISOTHERME

L'opérateur déplace manuellement une barre (l'isotherme) sur une l'échelle des températures ou desrayonnements. En correspondance, toutes les valeurs identiques de l'image thermique changent de teinte etpassent en blanc, en noir ou en couleur, selon les caméras.

C'est une fonction de mesure sur la surface entière de l'image thermique. La valeur de température affichéeest calculée par la machine. Cette fonction sert parfois à la détection de dépassement.

LA DETECTION DE DEPASSEMENT

Cette fonction permet de mettre en évidence les niveaux de rayonnement qui dépassent le cadragethermique (soit par le haut, soit par le bas) délimité par les deux valeurs extrêmes de température del'échelle affichée.





PAGE 71

Bien que cette fonction n'apparaisse pas avec cette désignation dans les caméras, elle est néanmoins leplus souvent présente.

Cette fonction est très efficace pour la mesure rapide du minimum et du maximum des températuresapparentes de la scène thermique, valeurs intervenant dans le cadrage thermique (caméras classiques).

Pour les possesseurs de caméras THERMOVISION 400, se reporter à l'annexe 2, pour les détails de cette

fonction.

LA DETECTION DE SATURATION

Elle est identique à la fonction précédente lorsque la GAMME est maximale (le NIVEAU est alors centré aumilieu de l'étendue possible de mesure - en rayonnement). Le dépassement indique alors une saturation dudétecteur (ou de l'électronique associée). Dans ce cas, le dépassement est toujours situé en haut del'échelle des températures apparentes. Il convient alors de modifier la configuration de la caméra pourpouvoir mesurer les températures plus élevées.

LA FONCTION "MESURE PONCTUELLE"Désormais, toutes les caméras disposent de mesure ponctuelle de la température sur l'image thermique aumoyen d'un ou de plusieurs curseurs.

Du fait de l'avènement des caméras à numérisation sur 12, 14 ou 16 bits, cette fonction présente l'intérêt depouvoir mesurer la température d'un composant, même si le cadrage thermique effectué par les réglages deNIVEAU et GAMME ne permet pas de visualiser directement cette température. Ceci est valable s'il n'y apas saturation, naturellement.

Nous verrons au chapitre suivant que la mesure ponctuelle peut poser un problème de principe, du fait de la résolution spatiale de lacaméra.

De plus, un objet n'étant pas isotherme, il n'est pas aisé, avec la caméra tenue au poing ou à l'épaule depointer le curseur sur le point intéressant. D'où le besoin d'enregistrer ou de "geler" l'image avant d'appliquerla fonction. L'utilisation de la mesure ponctuelle est donc préférable en différé.

LA FONCTION "PROFIL THERMIQUE"

[L'expression profil thermique est normalisée au même titre que image thermique .] Cette fonction présente peu d'intérêt sursite et un intérêt quasiment nul en contrôle des installations électriques. C'est surtout une fonction detraitement de bureau et qui n'a de vraie signification que pour des surfaces étendues de la scène thermique(dans le sens du profil appliqué) : réfractaire, tuyauterie, canalisation etc ... C'est une fonction devisualisation plus que de mesure.

LA FONCTION "ZONE"

La fonction "zone" permet la mesure de température moyenne, maxi ou mini, sur une surface.

La mesure par "maxi sur zone" donnera, plus aisément que la mesure ponctuelle, la valeur d'un point chauddans cette zone.

Sur un objet plus étendu, on utilisera la mesure par "moyenne sur zone", par exemple lors de la vérificationde la caméra sur un corps noir.





PAGE 72

LE NOIR & BLANC OU LA COULEUR

Une image thermique ou un thermogramme présenté en échelle continue de Noir & Blanc (dégradé de grisou "échelle de gris") est intéressante pour le repérage spatial des différents objets de la scène thermiqueobservée. Ce type d'échelle est donc à utiliser lorsque les objets sont nombreux (armoire électrique) et quel'on cherche à repérer un point plus chaud parmi un ensemble d'objets de températures plus faibles.

Par contre, pour des surfaces géométriquement simples ou uniformes à l'œil (paroi réfractaire d'un four,paroi d'un transformateur de puissance), on préfère l'échelle en faible nombre de couleurs ou les échelonsde gris (classiquement de 5 à 16 niveaux). Cette quantification permet une représentation pluscompréhensible de la répartition des températures sur une surface étendue et uniforme (les couleurs ouéchelons sont alors un ensemble d'isothermes).

On prendra garde cependant au type de quantification qui est effectuée dans la caméra ou par le logicielexterne. En effet, cette quantification est presque toujours réalisée à partir d'une échelle linéaire enrayonnements, donc non linéaire en températures. Sur les GAMMES élevées, la quantification en niveaux nepermet donc pas de déterminer les températures intermédiaires (correspondant aux différents passages d'unniveau à un autre), ce qui est dû à la forme exponentielle des courbes d'étalonnage, sauf si les couleursdiscrètes de l'échelle des températures sont toutes renseignées en températures sur l'écran (ce qui estrarement le cas).

La plupart des caméras permettent de produire des images en échelle continue de couleurs qui allie à la foisl'avantage de l'échelle continue de Noir et Blanc et une tendance à une certaine possibilité de mesure. Maisce type d'échelle continue de couleurs est davantage destiné à l'esthétique d'un document qu'à la mesurethermographique sur site. Elle s'applique bien quand la caméra présente une bonne résolution spatiale ou,lorsque les objets sont peu nombreux sur l'image thermique (gros disjoncteur avec les départs de câbles) etquand les points chauds sont très localisés.

En pratique, en intervention sur site pour le contrôle des installations électriques, le Noir & Blanc estobligatoire. Malheureusement, la faible qualité des écrans-couleurs des viseurs, lorsqu'utilisés en N & B,peut obliger à observer en échelle de couleurs continues. Un écran-couleurs peut être associé pour distraireles personnes qui tournent autour de l'opérateur. Pour le rapport, la couleur est le plus souvent sollicitée,donc nécessaire.





PAGE 73

6 - LA CAMÉRA THERMIQUE

RISQUE DE MESURE SAUVAGE

LES CARACT ÉRISTIQUES IMPORTANTESDES CAMÉRAS THERMIQUES





PAGE 74





PAGE 75

Après un positionnement rapide des caractéristiques des caméras thermiques, nous ne considéreronsensuite que les plus importantes dans l'objectif de ce stage.

A - ESPACE DE L'IMAGERIE ET ESPACE DE LA MESURE

Certaines caractéristiques des caméras thermiques ont déjà été évoquées. De même, nous avons insistésur les aspects de simple imagerie et sur les aspects de mesure.

Rien d'étonnant donc que l'on positionne les caractéristiques des caméras thermiques dans deux espaces,l'espace de l'imagerie et l'espace de la mesure thermographique. Chaque espace comporte 3 axes : lethermique, le spatial et le temporel. (L'axe spectral est évoqué dans le médaillon). L'imageur thermique sedécrit dans le premier espace. Pour les caméras thermiques, les deux espaces sont superposables et àconsidérer de façon croisée pour en comprendre les différences de fond.

Les caractéristiques de l'espace de l'imagerie sont intéressantes essentiellement pour bien les distinguerdes caractéristiques de l'espace de la mesure.

Par exemple, pour les caméras à matrice, la résolution spatiale est donnée en nombre de détecteurs. Cettedéfinition n'a pas de signification au sens de la mesure.

Considérons donc les caractéristiques importantes pour les mesures thermographiques appliquées aucontrôle des installations électriques.





PAGE 76

Figure 29 - Espace de l'imagerie ou espace des résolutions

Figure 30 - Espace de la mesure thermographique





PAGE 77

B - LES COURBES D'ÉTALONNAGE ET L'EXACTITUDE

Nous avons parlé, plus haut, de la construction des courbes d'étalonnage de la caméra. Ces courbesdépendent de la bande spectrale de fonctionnement, SW ou LW.

Disons très rapidement ici que pour les usages des caméras thermiques en maintenance et en préventionsur installations électriques, il est indifférent que la caméra fonctionne en SW ou en LW. Cette affirmationcoupe court à tous les discours des revendeurs qui ne vendent que les appareils dont ils disposent.Néanmoins, les caméras LW sont, par essence, moins exactes que les caméras SW, et ce pour destempératures plus élevées que les températures ordinaires, puisqu'elles sont moins sensibles, comme nousl'avons vu plus haut. Cette incertitude supplémentaire n'est pas déterminante dans l'application.

Chaque configuration de la caméra donne lieu à une courbe d'étalonnage valable pour cette configuration.

Le fabricant de caméra ne fournit pas toujours ces courbes. Et quand il le fait, elles sont souvent donnéesavec des coordonnées particulières qui ne permettent pas de bien comprendre le fonctionnement de lacaméra, ni la courbe optimale à choisir, donc la meilleure configuration à choisir (impliquant le meilleurcalibre). Ce choix a été renseigné plus haut.

Pour les caméras à matrice, les constructeurs ne fournissent plus de courbes d'étalonnage. Nousn'approuvons pas cette orientation pour les usages professionnels.

L'exactitude de la caméra (éviter le terme "précision", inexistant dans la norme de vocabulaire internationalde métrologie) se spécifie plutôt en "incertitude" de mesure.

Le constructeur donne une incertitude de mesure dans une plage de température ambiante spécifiée. Cettetempérature ambiante (expression normalisée) est la température de l'air dans lequel baigne la caméra.Celle-ci est alors sensée respecter l'incertitude de mesure spécifiée. Le constructeur a tenu compte, lors dela conception de l'appareil, des variations du thermosignal que produit la caméra elle-même pour desvariations de sa propre température. La technique aboutissant à minimiser ces variations s'appelle lacompensation de dérive. La température ambiante n'est donc pas une grandeur d'influence (du moins pour

l'application). En restant dans la plage de température ambiante spécifiée, la caméra devrait fournir une valeurde température apparente avec l'incertitude spécifiée. La caméra mesurant des flux et non destempératures, l'incertitude devrait être spécifiée en flux ; ce n'est pas très pratique. [Par ailleurs, nous contestonsles spécifications données, celles-ci contredisant les lois de la physique de la mesure. Mais restons-en là.]

Par exemple, l'incertitude est la valeur la plus élevée de ± 2°C ou ± 2 % (de la température apparente lue en°C, ou de la valeur maximale du calibre, ou de l'amplitude du calibre, selon les caméras), pour une plage detempérature ambiante de - 15°C à + 50°C. On considère que la caméra doit être stabilisée en température, àla température ambiante, pour que cette incertitude due à la caméra entre dans la spécification.

Attention ! Bien comprendre que cette incertitude porte exclusivement sur la valeur de températureapparente que fournit la caméra. En effet, il y a bien d'autres sources d'incertitude (dues à la plus ou moinsbonne maîtrise de la situation de mesure par l 'opérateur et aux grandeurs d'influence). Nous en reparleronsplus loin. L'incertitude finale sur une valeur de température vraie est donc plus importante que la seuleincertitude due à la caméra.

Ne pas confondre la spécification d'exactitude avec la spécification de résolution thermique (voir plus bas).





PAGE 78

C - LA RÉSOLUTION SPATIALE

Le problème de la résolution spatiale est relativement délicat puisque les constructeurs ne se préoccupentpas sérieusement de présenter les limites des appareils suivant cette caractéristique. C'est encore plus vraidésormais pour les caméras à matrice ; néanmoins, le problème de la résolution spatiale est moins crucialpour ces caméras que pour les caméras classiques. Encore faut-il les caractériser ou en connaître leslimites.

Les caméras permettent de prendre en compte, dans la transcription en température, diverses grandeursd'influence, comme nous l'avons vu, mais aucune n'intègre les dimensions des corps observés quipermettraient de corriger les résultats de mesure en fonction de cette dimension.

Et pourtant, la dimension de l'objet doit impérativement être considérée comme une grandeur d'influence.

Il est évident que les constructeurs ne se préoccupent pas de ce problème puisque les caméras, dites"d'usage général", peuvent observer n'importe quel type de scène thermique ; mais surtout, ils ne veulentpas poser des problèmes supplémentaires aux opérateurs, ce qui rendrait la thermographie plus délicate. Ilsrenvoient donc le problème chez l'opérateur. Dans tous les cas, il est clair que la mesure thermographiqueest le problème de l'opérateur : il se doit de connaître les limites de son appareil.

Nous allons voir pourquoi la caméra a une limite en "pouvoir de résolution spatiale de mesure". Lesexercices pratiques permettent de montrer cette l imite.

CAMERA A BALAYAGE MECANIQUE (caméra classique)

Voir la figure en page suivante. Considérons un ruban chaud à température apparente uniforme T1, delargeur dr, placé sur un fond de température apparente homogène T0, à une distance de 1 m de la caméra.Pourquoi un ruban et non un câble de diamètre dr ? Simplement pour ne pas avoir à considérer (en plus) lavariation de l 'émissivité avec l'angle d'observation.

Nous avons vu que le détecteur observe une surface élémentaire ∆S que nous supposerons carrée. Lescontributions, à la valeur que prend le thermosignal, de chacun des éléments de surface dS de la surfaceélémentaire ∆S sont supposées identiques. [La réalité est en fait plus complexe, mais cette présentation succincte, d'optiquepurement géométrique, est largement suffisante pour poser correctement le problème.]

Ainsi, lors du balayage de la ligne l, ∆S se déplace suivant l et la caméra fournit un thermosignal encorrespondance des températures T0 ou T1, selon que ∆S analyse le fond ou le ruban.

Si ∆S est entièrement sur le fond à T0, la caméra fournit un signal L0. Et si ∆S est entièrement sur le rubanà T1, la caméra fournit un signal L1.

Mais quand ∆S se trouve à cheval sur le fond et sur le ruban, la caméra fournit un signal de valeurintermédiaire, en proportion des surfaces du fond et du ruban couvertes par ∆S.

La forme du thermosignal, lors de l'analyse suivant la ligne l est donc trapézoïdale, alors que, si le détecteurétait de dimension nulle (donc si ∆S était également nulle), on aurait un créneau parfait, comme il est parfaitdans la scène thermique.

Ainsi, l'image thermique ne recopie pas la scène thermique et donne de fausses valeurs (mais valeursintermédiaires entre L0 et L1) dans les zones de transition de températures de la scène thermique.





PAGE 79

Si le ruban est suffisamment large (dr assez grand), les valeurs de L0 et de L1 seront correctementmesurées sur les paliers du thermosignal. Ainsi les valeurs de T0 et de T1 calculées seront exactes (nondépendantes de la largeur du ruban).

Figure 31 - Ruban chaud

Supposons maintenant que le ruban a une largeur dr plus faible, de même dimension que la largeur d de ∆S. Le thermosignal prendra une forme triangulaire et L1 ne sera mesurable que sur la crête de ce triangle.C'est la limite du pouvoir de résolution spatiale de mesure de la caméra.

Si dr diminue encore, le ruban ne couvrira plus la totalité de ∆S, la valeur du thermosignal L' sera toujoursplus faible que celle qu'elle devrait avoir pour mesurer L1, donc pour pouvoir calculer T1.

Le détecteur fait la moyenne spatiale des luminances L0 en provenance du fond à T0 et L1 en provenancedu ruban à T1. Le résultat T' de la mesure dépend donc de la température du fond T0, laquelle devient alorsune grandeur d'influence.

Mais dans ce cas, il faut bien constater que le ruban est toujours visible sur l'image thermique. Même quanddr est très faible. En effet, les réglages de NIVEAU et de GAMME qu'effectue l'opérateur sur site, lors del'observation de points chauds ou de fils chauds, dépendent des mini et maxi effectivement présentés sur lemoniteur de la caméra, donc après la mesure faite par le détecteur. Un réglage automatique de la GAMMEet du NIVEAU fera de même. Il s'ensuit que rien n'amène l'opérateur à porter son attention sur la limite depossibilité de mesure de sa caméra, ... si ce n'est un stage.

Il est habituel de tracer la courbe donnant l'amplitude relative du signal en fonction de la largeur du ruban dr,ou de l'angle sous lequel la caméra voit ce ruban.

Cette courbe est nommée Fonction de Réponse à une Fente ; la caméra est en effet caractérisée en"pouvoir de résolution spatiale de mesure" à partir de mesure de luminance sur une fente de largeurajustable, fente dont les lèvres sont à T0, placée devant un corps noir à température T1.





PAGE 80

On a ainsi FRF = (L' - L0) / (L1 - L0).

Cette courbe dépend naturellement de la caméra et de l'objectif utilisé. [Elle dépend également de la distance demesure, mais l'influence est moindre.]

On constate, sur la figure ci-dessous, que la limite de possibilité de mesure des caméras indiquées estd'environ 15 mm à une distance de 1 m, la scène thermique étant alors de 35 cm x 35 cm. On ne peut"mesurer" qu'environ 25 zones successives de températures nettement différentes, suivant une ligne debalayage (35 cm / 15 mm ≈ 23).

La figure indique, en superposition de la FRF, un exemple de mesure (en température apparente) faite surun fil chaud situé à 1 m de la caméra, sur un fond à 20°C, dont le diamètre est donné en abscisse et dont latempérature apparente est de 100°C. On estimera l'importance de l'erreur de mesure lorsque l'on appliquerades critères d'intervention.

Figure 32 - Courbe réelle de la Fonction de Réponse à une Fente, pour des caméras courantes detechnologie classique.

Correspondance en température pour un ruban chaud de 100°C sur un fond à 20°C

Par contre, on peut "voir" beaucoup mieux que cela. Les constructeurs donnent souvent, comme valeur de larésolution spatiale de la caméra, le nombre de zones défini par la valeur 0,50 de la FRF (soit 35 cm / 3,6 mm≈ 100 dans l'exemple ci-dessus).

On ne confondra donc pas les deux types de résolution spatiale. Celle qui nous intéresse en mesure est le"pouvoir de résolution spatiale de mesure". Celle qui nous est donnée par le constructeur est "le pouvoir derésolution spatiale d'observation" qui ne nous sert à rien en mesure.

De même, on ne confondra pas ces résolutions avec le nombre de pixels par ligne (éléments d'images, doncaprès numérisation du thermosignal), ni avec le nombre de détecteurs pour les caméras à matrice.





PAGE 81

CAMERA A MATRICE DE DETECTEURS (caméra de nouvelle génération)

La caméra à matrice de détecteurs se caractérise également en résolution spatiale. La FRF peut être établiepour ses valeurs élevées ; il est impossible de la relever pour les valeurs faibles.

En effet, il n'y a plus de déplacement de la surface élémentaire ∆S vue par le détecteur sur la scènethermique, puisque les détecteurs sont fixes sur la matrice (on parle d'ailleurs de "starring array", matrice

fixe). Chacun des détecteurs voit une surface élémentaire ∆S fixe, sous un angle IFOV (voir plus haut).L'espace de la scène thermique est discrétisé en un quadrillage de surfaces élémentaires ∆S. Par ailleurs,toutes les matrices actuelles sont composées de détecteurs non jointifs, les surfaces ∆S ne se touchent pas.

Revenons au ruban chaud que nous avons observé plus haut : lorsque sa dimension dr diminue jusqu'à lavaleur d, largeur de ∆S, le thermosignal fourni par la caméra à matrice dépend de la position relative de lacaméra par rapport au ruban. Si l'on déplace la caméra lentement dans la direction de la ligne l, lethermosignal augmente et diminue alternativement. Et il ne faudra pas imaginer pouvoir déduire la valeur L1d'une valeur L' mesurée, puisqu'on ne connaît pas la position relative de la caméra par rapport au fil chaud.

En restant au stade de l'optique géométrique, comme précédemment, on constate qu'il n'y aura toujours aumoins une surface ∆S superposée au ruban qu'à la condition que le ruban ait une largeur supérieure à 2 x d,deux fois la largeur de la surface ∆S ou 2*IFOV. C'est la limite théorique de ce type de caméra. (Nous

verrons que la limite pratique est encore d'au moins 2 fois supérieure.)

Du fait que nous n'avons pas encore caractérisé dans le détail ce genre de caméra, il n'y a pas, dans cefascicule, de courbe de FRF réellement relevée. Le document ci-après présente le profil thermique relevépar une caméra THERMOVISION 570, dans les conditions indiquées. On aurait le même profil de principeavec toutes les caméras possédant une matrice de 320 x 240 détecteurs et un objectif de 24°x 18°.

Pour ces caméras, c'est principalement le comportement de l'objectif qui limite la valeur de la FRF endessous de 1. Mais les valeurs de FRF (aux valeurs élevées) sont meilleures pour ces caméras à matriceque pour les caméras classiques. On a non seulement une meilleure image mais on a aussi une meilleureaptitude à la mesure de la température de petits objets (fils chauds, "points" chauds).

Nous conseillons simplement de prendre 4 fois la dimension projetée du détecteur pour assurer une mesurecorrecte, ce qui est une valeur habituelle pour ces caméras.

Exemple de la caméra AGEMA 570, avec objectif standard (24° x 18°), à 1 m de l'armoire detest servant aux Travaux dirigés des Stages Qualifiants TIR 3. Figure en page suivante.

La caméra est spécifiée en résolution spatiale : valeur angulaire de ∆S = IFOV = 1,4 mrad = 1,4 mm à 1 m.

La température apparente de tous les câbles est réglée à environ 50°C. On constatera que l'échauffementde la partie droite de l'armoire reste très secondaire (convection due à la puissance dissipée dans lescâbles).

Diamètre externe des câbles, de gauche à droite :

1,2 mm : correspondant à 1 x IFOV2,5 mm : < 2 x IFOV4,5 mm : > 3 x IFOV7 mm : 5 x IFOV13 mm : < 10 x IFOV

Si l'on disposait de la courbe d'étalonnage de la caméra, on pourrait déduire de ce relevé quelques points dela Fonction de Réponse à une Fente. On note que les deux câbles de droite sont correctement mesurés. Lecâble central est déjà sous-estimé. On sous-estime largement les températures des deux câbles de gauche.





PAGE 82

Figure 33 - Profil thermique pour la caméra AGEMA 570 de l'exemple du texte

Critères de mesurabilité spatiale : sur la scène thermique et sur l'image thermique (caméras FPA)

Plaçons nous dans le cas d'un fil chaud vertical. Il s'agit de vérifier un critère pour dire si l'on peut mesurer.

Le critère sur la scène thermique est défini par un simple calcul prenant en compte* l'IFOV de la caméra équipée d'un objectif donné (1,4 mrad pour un objectif de 24°, par exemple) ;* la distance de mesure (50 cm, par exemple).

Naturellement, la distance de mesure est supérieure ou égale à la distance minimale de focalisation.

1,4 mrad étant égal à 1,4 mm @ 1 m, la dimension vue sur la scène thermique par un détecteur à 0,5 m estde 0,7 mm.Critère : la mesure est possible sur un fil de diamètre au moins égal à 4 fois cette dimension, soit 2,8 mm.Ce qui représente sensiblement le diamètre d'un fil isolé de 1,5 mm2.

Figure 34 - Critères sur la scène thermique et critère sur l'image thermique





PAGE 83

Le critère sur l'image thermique est un peu plus délicat ou un peu moins direct , il est défini pratiquement surl'image thermique par déplacement d'un curseur sur l'image du fil chaud. Si l'on regarde la forme de laréponse de la caméra (image thermique), on constate qu'une réponse "insuffisante" est de forme pointue etqu'une forme "acceptable" est de forme arrondie. Ainsi, en déplaçant le curseur horizontalement sur l'imageverticale du fil chaud, la valeur correspondante de température du fil variera rapidement dans le premier caset progressivement dans le second cas. On peut admettre que 4 valeurs successives relativement identiques(2 valeurs maxi et 1 valeur légèrement plus faible de part et d'autre de ce maxi) conduiront à une mesure

acceptable.

ATTITUDES PRATIQUES

Le principe est de faire en sorte que le critère de scène thermique ou d'image thermique est vérifié.

Que faut-il faire si le fil chaud (notre ruban) est de dimension plus petite que ce que peut mesurerdirectement la caméra ?

1- Approcher la caméra de l'objet. OUI si la distance minimale de focalisation de la caméra, selon l'objectifqui l'équipe, le permet ; NON, si des problèmes de proximité d'objets sous-tension interdisent les mesures

rapprochées.

2- Changer d'objectif. OUI si les objets observés sont éloignés. NON s'ils sont déjà très proches. En effet, unobjectif d'angle plus faible conduit à une distance minimale de focalisation plus grande, comme pour unappareil photographique habituel. On doit donc éloigner la caméra de l'objet et l'on retrouve le mêmeproblème (voir tableau suivant). L'emploi de bagues allonge ou de bonnettes est parfois possible maisassurément pas sur des installations électriques.

3- Se contenter d'annoncer des valeurs de température telle qu'elles apparaissent, donc par défaut, (s'ils'agit d'un objet chaud sur un fond plus froid et dans un environnement froid). OUI, si les valeurs absoluesde température ne font pas l'objet de la mesure, si la sous-estimation n'est pas trop importante. NON, dans

les cas contraires.

Il est intéressant de bien comprendre qu'une telle mesure sur un objet chaud de dimension trop petite, surun fond plus froid, est faite par défaut. C'est déjà une bonne constatation. La température est "au moins de...". Cette mesure par défaut va dans le même sens que de travailler en température apparente, avec uneémissivité de 1. Mais les mesures absolues seront la règle en thermographie appliquée à la prévention.

Tableau : dimension vue par un détecteur à la distance minimale de mise au point (IFOV calculé).Attention ! Pour la mesure, il conviendra de multiplier par 4 les valeurs en mm. C'est un minimum.

CAMERAS \ OBJECTIFS objectif

standard

objectif

grand champ

téléobjectif 1 téléobjectif 2

THERMACAM 290, 390 17° x 16°0,3 mm @ 25 cm

34° x 32°1,2 mm @ 50 cm

8,5° x 8°0,4 mm @ 70 cm

4,2° x 4°1,4 mm @ 5 m

THERMACAM 57x, 595,6X5

24° X 18°0,7 mm @ 50 cm

45° x 34°0,7 mm @ 30 cm

12° x 9°1,3 mm @ 2 m

7° x 5,3°2,3 mm @ 6 m

THERMOVISION 550

TVS 600 26° x 19°0,4 @ 30 cm N.C. N.C. N.C.

TH 7102 29° x 22°0,8 mm @ 50 cm

55° x 42°N.C.

14,5° x 11°N.C. xx





PAGE 84

4- Corriger les valeurs mesurées selon la dimension de l'objet, la température du fond T0 et selon la FRF dela caméra. OUI si la caméra n'est pas une caméra à matrice, si l'on en est capable (voir cas EDF sur leslignes Haute Tension) et si l'objet observé s'y prête bien : il faut qu'il ait une forme de "ruban", une uniformitéde température et une deuxième dimension suffisante (dans la direction du ruban ou du fil). De plus, si salargeur est vraiment trop faible, il n'est pas licite d'effectuer la mesure puisque la correction à apporter esttrop importante et, partant, le résultat trop incertain.

CORRECTION EN FONCTION DE LA DIMENSION ET DE LA DISTANCE

Ce paragraphe est donné ici à titre indicatif pour ceux qui veulent aller plus loin lors des mesures sur filschauds. Cette démarche impose de disposer d'une caméra apte à fournir des valeurs radiométriques et nonseulement des températures.

Soit une caméra THERMOVISION série 700 ou 400 (sauf 489) ou 870 équipée d'un objectif de 20°. Ellepossède une FRF donnée par le fournisseur et vérifiée périodiquement par l'opérateur. (En effet, cettecaractéristique peut se dégrader avec l'encrassement et le vieillissement de la caméra). Voir Figure plushaut.

Soit un objet rectiligne répondant aux conditions indiquées plus haut, donc :

• de forme allongée (la grande dimension est supérieure à la limite de résolution spatiale de mesure ;• sensiblement isotherme sur une longueur identique.

Sa petite dimension vaut dr (en mm). La distance de mesure vaut dm (en m).

L'angle sous lequel la caméra voit la petite dimension du corps est AL = dr / dm (en mrad). On en déduit, surla figure ci-dessus, la valeur C de la FRF pour cet angle AL.

La température du fond sur lequel se présente l'objet donne une valeur radiométrique L0 mesurée par lacaméra (en UI ou en UA).

Sur le corps, la caméra mesure une valeur radiométrique L' (en UI ou en UA).

On cherche la valeur radiométrique L1 que la caméra aurait dû mesurer, si le corps (à la même température)avait été suffisamment étendu.

On a un écart de valeur thermique de L' - L0 et cet écart représente C fois l'écart L1 - L0 que la caméraaurait dû mesurer.

Soit : L' - L0 = C x (L1 - L0).D'où L1 = L0 + (L' - L0) / C.

On est alors ramené à un corps de dimension correcte vis à vis du pouvoir de résolution spatiale de mesurede la caméra utilisée.

Le calcul se poursuit ensuite par la prise en compte des autres grandeurs d'influence, comme nous leverrons dans un prochain chapitre.

DIVERTISSEMENT

Un prestataire de service, très ancien sur le marché de la maintenance, nous a téléphoné un jour pour savoirquelle émissivité il devait adopter, lors du dépouillement des images, pour un fil de cuivre de 100 µm dediamètre, fil défilant en sortie d'un bain de vernis chaud. La mesure était faite par une caméra d'usagegénéral à une distance de 60 cm avec un objectif de 20°. La question aurait dû être posée avantl'intervention : nous aurions alors précisé que la mesure n'était pas possible avec une caméra de ce type. Leproblème de l'émissivité intervient après correction , dans cette situation. De plus, cette intervention ne relève

pas de la compétence d'un prestataire sans qualification en thermographie (ce que nous n'avons pas dit).





PAGE 85

N'ayant pu nous faire comprendre (la personne soutenait sans en démordre qu'elle avait une image du fil surson écran ; il cherchait désespérément à avoir également la mesure, ce qui n'était pas possible), nous avonsindiqué qu'une émissivité de 0,45 conviendrait peut-être. Ce prestataire n'a pas rappelé ensuite, mais il n'aassurément jamais pu dépouiller ses images sans une émissivité de l'ordre de 0,01, valeur qui ne pouvaitêtre acceptée par son logiciel. Le truandage est parfois de mise ... pour gagner sa vie.

CONCLUSIONEn conclusion, la caméra pourra "voir" des petits objets chauds à température élevée, mais ne pourra pasdirectement en "mesurer" la température. Cette limite est importante à considérer surtout dans les cas desarmoires électriques ou des lignes Haute Tension.

Alors que, souvent, le calculateur interne à la caméra permet de prendre en compte l'atténuation durayonnement due à la distance de mesure, et même au taux d'humidité relative de l'atmosphère, elle nes'intéresse pas à la dimension du corps observé, laquelle provoque une atténuation bien plus importante.C'est effectivement le problème de l 'opérateur.

Ainsi, l'équation de transcription, intégrée ou non dans les appareils, n'est applicable que si le corps observéa une dimension supérieure à la dimension minimale définie par la FRF aux environs de 0,98. Nous verrons

ce sujet en exercices et en travaux pratiques. C'est une condition supplémentaire pour la validité de cetteéquation.





PAGE 86

D - LA RÉSOLUTION THERMIQUE

La résolution thermique est un nombre, exprimé en °C, qui correspond à la valeur efficace du bruitsuperposé au thermosignal, valeur ramenée en température par les courbes d'étalonnage, pour un corpsnoir à une température définie (classiquement + 30°C). C'est à la fréquence d'analyse de la caméra qu'estspécifiée la résolution thermique, et non à la fréquence de restitution (sinon, il faut le dire, comme ledemande la norme). Attention donc aux spécifications des documentations commerciales où la résolutionthermique peut être celle d'une image résultant d'une moyenne temporelle, ce qui n'est pas nécessairementexplicité.

Le bruit superposé au signal provoque de la "neige", comme sur l'écran du téléviseur, lorsqu'on a oublié debrancher le câble en provenance de l'antenne. La réception est bruitée du fait d'un signal trop faible, commesi l'émission était elle-même très faible. Nous sommes bien dans le domaine de l'émission et de la réception.

On peut avoir une résolution thermique de l'ordre de 0,1°C à 0,5°C (sur cible à 30°C) pour des camérasd'usage général.

Cette caractéristique ne donne pas l'incertitude sur la mesure, comme on le croît trop souvent, mais uneseule possibilité d'avoir des images de bonne qualité, sans trop de "neige" lors de la visualisation de faiblesécarts de températures ou aux basses températures.

Il est indispensable, lors d'inspection d'armoires électriques, d'avoir une caméra de bonne résolutionthermique, afin de repérer un point chaud parmi un ensemble de composants à températures plus faibles etrelativement uniformes. Si la qualité de résolution thermique est insuffisante (valeur trop élevée), cescomposants à température uniforme seront noyés dans le bruit de l'image. On ne pourra les distinguer niexactement localiser le composant chaud, à partir de la seule image thermique. De plus, certainséchauffements faibles (le long des câbles) sont révélateurs de connexions chaudes masquées par lescapots des appareillages.

0,2°C (ou moins) @ 30°C est une valeur acceptable pour la résolution thermique, en temps réel, pour lesobservations d'installations électriques.

La résolution thermique nous intéresse donc dans un but de repérage spatial sur des scènes à faibles ∆T.

La résolution thermique peut être améliorée par moyennage temporel d'images successives identiques. Cemoyennage est possible sur certaines caméras, pourvu qu'elles soient immobilisées durant le moyennage.Les logiciels externes le proposent parfois. Pour que ce moyennage soit valide, il convient de stocker unesérie d'images thermiques dans des conditions statiques : caméra sur pied stable.

Commentaires. Il peut être étonnant de constater que les caméras assurent un balayage d'analyse à unefréquence trame élevée (habituellement entre 10 Hz et 50 Hz) alors que le besoin en maintenance etprévention n'est pas de stocker des images thermiques à ce rythme élevé, puisque les événementsobservés sont statiques. Il est donc dommage que les caméras n'analysent pas plus lentement ; lecompromis (réalisé par le constructeur lors de la conception de l 'appareil) entre les résolutions thermique etspatiale n'en serait que meilleur. Mais le constructeur pense au confort de l'opérateur, lequel porte sacaméra au poing ou à l'épaule. Ainsi, de statique, la scène thermique devient évolutive. De plus, il est bonque les images défilent rapidement sur le moniteur (ou le viseur) afin que la mise au point (focalisation surl'objet) ait un effet immédiat sur l'image. Les caméras lentes sont moins onéreuses, mais n'assurent pas leconfort de l'opérateur, lequel paye donc ce confort.





PAGE 87

E - LES ASPECTS OPÉRATIONNELS

Parmi les aspects opérationnels d'exploitation des systèmes de thermographie, apparaissent les contraintesde refroidissement du détecteur ou de la matrice, la portabilité ou transportabilité, les besoins en révision etétalonnage etc ... Nous n'examinerons que quelques-uns uns de ces aspects. D'autres commentaires serontfaits dans le chapitre suivant.

Les détecteurs des caméras thermiques portables SW (Ondes Courtes) doivent être refroidis afin d'améliorerla résolution thermique de façon très importante, c'est à dire afin de pouvoir observer et mesurer des scènesthermiques à basses températures (températures ordinaires) et où se présentent de faibles écarts detempérature. [Ces détecteurs sont dits "quantiques".]

Le refroidissement peut être assuré par des moyens considérés comme contraignants : azote liquide,détente de gaz (certaines AVIO) ; ou par des moyens d'emploi aisé : réfrigérateur autonome dit "à cycleStirling" (INFRAMETRICS 700, THERMACAM SW, THERMOVISION 489, 550), effet thermoélectrique(autres THERMOVISION 400, ou 870, CYCLOPS TI 35, AVIO TVS 100).

Certaines caméras (quasiment toutes les nouvelles) ne nécessitent pas de refroidissement. [Leurs détecteurssont dits "thermiques".] Ce ne sont actuellement que des caméras LW (Ondes Longues), équipées presquetoujours de matrices de micro-bolomètres (assimilables à des micro-thermocouples) : THERMOVISION 570,THERMACAM X95, THERMACAM 575, TH 7102, AVIO TVS 600, VINCI... L'avantage est donc l'absence derefroidissement, consommateur d'énergie et qui demande un délai de 5 à 10 minutes après la mise soustension pour obtenir une image. La matrice de ce type de caméra est néanmoins stabilisée à unetempérature de l'ordre de 30°C.

Globalement et sans plus de nuances, il est avantageux que le détecteur fonctionne à la température la plusbasse possible. On obtient ainsi de meilleur compromis entre la résolution thermique et la résolution spatiale.Les caméras à refroidissement par azote liquide et cycle Stirling donnent de meilleurs résultats, mais sontgénéralement plus onéreuses et de moins en moins bien considérées du fait des contraintes. Enmaintenance et prévention, les caméras à refroidissement par effet thermoélectrique (à l'exception de l'uned'entre elles) ou les caméras à matrice non refroidies sont le plus souvent suffisantes.

PORTABILITE ET TRANSPORTABILITE

Les caméras d'usage général sont proposées en unités distinctes ou en monobloc.

En unités distinctes, le déplacement des unités se fait classiquement sur chariot ou, en portable, à l'aide deharnais spécialement conçus (INFRAMETRICS 700, THERMOVISION 480). La délocalisation de la caméra

elle-même permet d'aborder les cas d'accès difficiles.

En monobloc, le système de thermographie (voir chapitre suivant) est en un seul bloc : caméra, calculateur,convertisseur de standard, moniteur (ou viseur) et touches de fonction pour entrer les paramètres etappliquer quelques fonctions d'analyse. Il est plus qu'intéressant de disposer d'un enregistreur intégré àdisquette et de batterie d'accumulateurs intégrée et débrochable : cette dernière option n'est possible quepour les caméras de faible consommation mais elle est un atout pour la sécurité d'intervention (elle évite lescâbles vers une ceinture de batteries).

Les caméras monoblocs peuvent être un problème pour accéder à des scènes thermiques élevées ou peuaccessibles.





PAGE 88

BESOIN EN REVISION ET RE-ETALONNAGE

Si l'on ne dispose pas de moyens d'étalonnage ou de vérification de quelques points d'étalonnage, il est bonde suivre les indications du fournisseur qui préconisent un entretien avec étalonnage une fois par an. C'estune garantie de mesures acceptables au cours du temps. Les étalonnages pourraient être faits par deslaboratoires dits "raccordés", mais l'entrée des courbes dans les calculateurs intégrés aux systèmes reste duressort des fournisseurs.

Il est souhaitable de vérifier ou de faire vérifier la Fonction de Réponse à une Fente lors de la révision del'appareil, surtout pour les caméras classiques : l'optique interne de la caméra peut s'encrasser et sedésaligner. Cette donnée, trop négligée, est une nécessité qui permet de s'assurer de la mesure correcte,spatialement parlant.

Que valent les étalonnages faits par les fournisseurs eux-mêmes ? Ils sont suffisants pour des usages decontrôle des installations électriques. Par contre, les certificats d'étalonnage, que les fournisseurs peuventdélivrer, ne valent que leur poids de papier et ne servent pas de garantie en cas d'expertise ou de litige, saufsi le laboratoire d'étalonnage du constructeur ou de son représentant est "raccordé". On ne confondra pasnéanmoins un constructeur dont le laboratoire d'étalonnage est raccordé, avec son représentant ou sa filialelocale qui doit prouver qu'elle est elle-même raccordée.





PAGE 89

7 - MATÉRIELS ET LOGICIELS

LE SYSTÈME DE THERMOGRAPHIE





PAGE 90





PAGE 91

A - LE SYSTÈME DE THERMOGRAPHIE

Un système de mesure thermographique est un ensemble d'appareils possédant les fonctionnalitésd'acquisition, de visualisation, de mesurage, d'analyse et d'édition d'une représentation de la répartition destempératures d'une scène thermique. Nous étendons ainsi la notion normalisée de "système de mesure".

Le système est donc constitué d'un capteur (caméra thermique), d'un moniteur ou d'un viseur (écran), d'uncalculateur, de fonctions de traitements et d'un dispositif d'édition.

Figure 35 - Synoptique d'un système de thermographie

Pour les applications de prévention, nous préférons, et de loin, les systèmes de thermographie qui prévoientune séparation entre l'acquisition sur site et le traitement des images thermiques, alors effectué au bureauau moyen d'un logiciel plus ou moins évolué. Revoir à ce sujet le paragraphe "Logiciels internes et logicielsexternes" au Chapitre 5.

En effet, déplacer sur site des moyens de traitement provoque une perte de temps d'intervention et unsurplus de matériels souvent peu compatibles avec les encombrements ou les accessibilités du site.

Nous avons déjà passé en revue les différents aspects de la caméra thermique, tout au long de l'exposé.





PAGE 92

B - L'ENREGISTREMENT DES IMAGES THERMIQUES

Il y a une différence de fond entre les appareils qui enregistrent des images thermiques et ceux quienregistrent des thermogrammes. On le voit sur la figure précédente, si la transcription (des imagesthermiques) en températures (= thermogrammes) est déjà faite à l'enregistrement, le traitement ultérieur nepermettra pas de modifier les grandeurs d'influence [sauf cas très particuliers, relevant de la pirouette] et le cadragethermique. Or, en réalité, les grandeurs d'influence n'ont réellement besoin d'être entrées dans les logicielsqu'en différé, ce qui représente un gain de temps sur le site, si l'on est capable de se souvenir des conditionsd'intervention lors du dépouillement.

L'ENREGISTREMENT NUMERIQUE ET L'ENREGISTREMENT ANALOGIQUE

L'enregistrement numérique sur disquette présente l'avantage d'une bonne qualité. Il est, par contre, limitéen rapidité d'enregistrement. Mais il est peu commun en contrôle des installations électriques de devoirenregistrer un événement en temps réel (à la fréquence d'analyse de la caméra). Les appareils récentsenregistrent tous sur cassette de type PCMCIA ou équivalent.

Dans le cas d'enregistrement temps réel, l'enregistrement doit se faire sur magnétoscope ou sur unenregistreur numérique temps réel, habituellement réservé aux usages de laboratoire.

Comme différence, la caméra CYCLOPS TI 35 enregistre en option sur une mémoire interne à l'appareilpour retraitement en différé sur le logiciel LIPS.

L'enregistrement sur magnétoscope est moins onéreux, de moins bonne qualité et relève de l'histoireancienne.

L'enregistrement se fait selon deux types différents selon la destination des documents à établir.

BUT D'EDITION IMMEDIATE (SUR SITE)

L'enregistrement est alors, en lui-même, une "édition". Il est définitif et n'est pas retraitable en différé. Ildonne lieu à des photos d'écran ou des vidéo-copies, sans possibilité de modifier les thermogrammes.Cependant et désormais, la plupart des caméras permettent le rappel des images pour des modificationsimmédiates par le logiciel interne avant l'édition sur site.

BUT D'EDITION EN DIFFERE (AU BUREAU)Si l'enregistrement est fait sur magnétoscope, il doit alors être fait en noir et blanc sans aucune fonction detraitement superposée à l'image thermique, afin qu'un ensemble d'acquisition de bureau puisse l 'accepter, lenumériser et le traiter. L'édition d'un thermogramme traité se fait ensuite par tous moyens classiques,comme l'imprimante-couleurs par exemple. Cette méthode reste de faible qualité et est devenue obsolète.

Pour les caméras qui enregistrent en numérique sur 12 (14 ou 16) bits, le recadrage thermique pour l'éditionen différé est simplifié, pourvu que la caméra n'ait pas fourni une image saturée lors de l'inspection.





PAGE 93

C - LE TRAITEMENT DES IMAGES THERMIQUES (REDITE)

Nous ne reparlerons pas des fonctionnalités déjà listées dans les traitements par logiciel interne de caméra.

Bien que de nombreuses applications se passent aisément de traitements par des logiciels externes plus oumoins évolués, certaines d'entre elles nécessitent une extraction d'informations ou un traitement minimumafin de faire ressortir avec plus d'évidence des points particuliers.

La première fonction d'un traitement d'image thermique est d'assurer la transcription en température enaffectant une échelle de températures : le résultat est un thermogramme.

Par ailleurs, les caméras qui ne donnent que le mini et le maxi de l'échelle des températures présentent uneinsuffisance pour l'édition des thermogrammes. C'est pourtant la majorité des cas. A fortiori pour lescaméras de ce type dont les niveaux de gris ou de couleurs ne représentent pas des écarts de températuresconstants le long de l'échelle. En effet, il n'y a pas de correspondance linéaire entre les flux mesurés et lestempératures, du fait de la forme exponentielle des courbes d'étalonnage, comme nous l'avons déjà vu. Voirfigure ci-dessous.

Figure 36 - Correspondance non linéaire entre les flux mesurés et les températures

Outre les fonctions de traitement et d'analyse classiques, déjà listées, d'autres fonctions peuvent se révélerintéressantes comme le couper / coller, lequel conduit à établir un seul thermogramme à partir d'unensemble de thermogrammes acquis dans cette intention sur site : meilleure restitution d'une surfaceétendue. Peu d'applications en électricité.

La fonction de moyennage temporel des images thermiques permet d'aboutir à un thermogrammedébruité, lorsque les températures ou les écarts de températures sont faibles (meilleure résolutionthermique).

Certains logiciels anciens proposent une fonction de calcul d'incertitude de mesure donnant une échelledes incertitudes ou une valeur de l'incertitude sur les fonctions profils et curseurs. Naturellement, cettefonction ne permettra jamais de connaître les incertitudes pour des situations de mesure mal maîtrisées.





PAGE 94

D - L'ÉDITION DES THERMOGRAMMES

L'intérêt premier de l'édition est d'insérer des documents pertinents dans un rapport d'intervention.

Il est très agréable, et nous le considérons comme essentiel, de pouvoir éditer une seule partie de l'écransur la partie souhaitée du papier. C'est en ce sens que nous préférons l'imprimante-couleurs à l'imprimantevidéo (ou vidéo copieur), laquelle fournit l'intégralité de l'image présentée, dans un format sinon minusculedu moins onéreux.

La photographie d'écran ou les photographies instantanées ne donnent que des résultats médiocres.

Si l'on désire éditer un rapport contenant des thermogrammes avec ou sans traitements, des textes, un logo,et éventuellement des images visibles acquises avec des appareils photographiques permettant un transfertdes images sur ordinateur, il faut bien avouer que le "tout informatique", bien que de plus en plusintéressant, n'est pas encore l'idéal (en 2002) pour l'opérateur qui doit passer davantage de temps aubureau que sur le site. De plus, l'obligation de travailler sous Windows sur des PC devenant "caduques" enquelques mois ne s'allie pas avec la rapidité de transfert d'images, de composition de page (PAO), d'éditionsur imprimante-couleurs et d'archivage compact des données générées. Mais l'informatique, désormais enfin d'adolescence, fera encore des progrès importants.

Les logiciels de thermographie qui proposent à la fois de réaliser du traitement thermographique, de lacapture d'écran (total ou partiel) ainsi que de la mise en page de rapport ne peuvent qu'être limités puisqu'ilsne peuvent prétendre à rivaliser avec leurs équivalents pour chacune des fonctions qu'ils assurent(traitement thermographique, capture, mise en page). Ils peuvent manquer de la souplesse nécessaire auxrapports personnalisés tels que les prestataires de service ou les organismes de contrôle en ont besoin. Ilssont cependant une solution beaucoup plus rapide pour la rédaction des rapports standardisés.





PAGE 95

E - L'OPÉRATEUR

Depuis le début de sa "carrière thermographique", l'opérateur prend conseil et se documente précisémentsur son système et sur la thermographie, afin d'améliorer sa culture et mieux asseoir son expérience lors deses interventions. Il deviendra un professionnel indiscutable, à la fois modeste et assuré.

L'opérateur gouverne la thermographie, en maître responsable. L'opérateur fait partie du système dethermographie, puisque les résultats dépendent de lui. L'opérateur de thermographie gagnera à être appeléle thermographe .

Il apprécie et maîtrise les situations de mesure, sélectionne les informations pertinentes, interprète lesthermogrammes par sa connaissance de la thermographie (des rayonnements), de l'électricité, desinstallations qu'il inspecte, des règles de la prévention. Il produit enfin un rapport d'intervention. Sous soncontrôle et sa responsabilité de professionnel. Ainsi, l'opérateur est maître de ses mesures et de sonrapport.

Le D19 spécifie que l'opérateur et le rédacteur du rapport sont tous deux Qualifiés. Nous disons que lerédacteur doit être l'intervenant, même s'il se fait aider pour des cas particuliers où ses compétences serévèlent insuffisantes.





PAGE 96





PAGE 97

8 – EXAMINONS …

… THERMOGRAPHIQUEMENT

L'EXAMEN THERMOGRAPHIQUE





PAGE 98





PAGE 99

A - LES PRÉMICES DE L'EXAMEN THERMOGRAPHIQUE

L'examen thermographique (expression normalisée) est l'opération qui permet, au moyen d'appareillagesappropriés et de techniques de maîtrise de la situation de mesure, d'obtenir l'image thermique, puis lethermogramme, d'une scène thermique.

L'opérateur met en œuvre son savoir-faire et son matériel pour "examiner thermographiquement".

Il prépare son intervention. Et ceci, dès la fin de l'intervention précédente par la remise en conditionimmédiate des matériels (mise en charge des batteries, vérification des consommables, vérification de l'étatde la caméra et de son système, inventaire des matériels divers). Il a en tête qu'un matériel maintenu en bonétat, nettoyé et rangé, permet également à ses collègues-opérateurs de ne pas perdre leur temps à"rassembler les morceaux" avant leurs propres interventions. Il re-règle la caméra dans une configuration debase de "cadrage thermique a priori", si cette possibilité est présente.

La préparation de l'intervention demande de connaître les besoins du client (interne ou externe), d'enquêtersur les scènes thermiques à observer afin de projeter les bonnes configurations de la caméra et les bonséquipements périphériques (ordinateur, imprimante...).

Avec sa caméra, l'opérateur dispose normalement des courbes d'étalonnage et des dimensions des scènesthermiques observées en fonction des distances de mesure et des objectifs. Il dispose de la FRF de soninstrument ou connaît, par des aide-mémoire qu'il intégrera mentalement petit à petit, les dimensions limitesque peut mesurer directement sa caméra, compte tenu de la distance de mesure et de l'objectif.





PAGE 100

B - APPRÉCIATION ET MAITRISE DE LA SITUATION

L'opérateur conserve en tête, lors de son arrivée sur le site, que son examen sera nécessairement suivi dela rédaction d'un rapport et qu'il ne devra rien oublier, dans la hâte ou le "stress" de l'intervention. Revenirchercher des informations pour terminer un rapport coûte cher et n'est pas de bon aloi pour un prestataire.

Sur site, l'opérateur procède à un examen visuel de la scène thermique, de son environnement et du milieude propagation des rayonnements, afin de déterminer les éventuels rayonnements parasites et de s'enprotéger par des angles d'observation bien choisis, par des masquages des sources chaudes etc ...

Il détermine quelles grandeurs d'influence sont à prendre en compte et quelles sont leurs valeurs. Il estime siles mesures sont possibles, plausibles, pertinentes ou certaines, dans les conditions actuelles, documentéqu'il est sur les installations à contrôler.

Il procède alors à l'examen par caméra et réalise le cadrage spatial et le cadrage thermique, en s'aidantéventuellement des courbes d'étalonnage de la caméra. Il choisit ainsi la meilleure configuration possible etpasse un temps minimum pour les réglages du NIVEAU et de la GAMME (selon la caméra et selon ladestination des documents à fournir).

Il met en œuvre l'ensemble des "tours de main" qu'il aura accumulé au cours de sa carrière dethermographe. En particulier, il commencera par regarder ce que voit la scène thermique : sonenvironnement !

L'observation de l'environnement se fait au moyen de la caméra elle-même. La mesure de la températured'environnement est une moyenne (si celle-ci a un sens, donc si les températures des objets del'environnement de l'objet observé sont relativement identiques) des températures indiquées par la caméraquand celle-ci est réglée avec une émissivité de 1 et une courte distance : l'environnement est considérécomme un corps noir, c'est donc sa température apparente qui importe.

Souvent, des préréglages standards permettent de gagner du temps d'intervention en ne réalisant finementle cadrage thermique approprié que lorsque cela se présente utilement, pour l'édition d'un document oul'enregistrement de l'image thermique. Il est donc bon que la caméra ait été pré-configurée au calme et avantl'intervention, avec un cadrage thermique a priori, si la caméra le permet.

Pour les acquisitions numériques, il acquiert l'image thermique en se souvenant que les logiciels detraitements de bureau ne pourront pas retrouver l'information qui n'a pas été stockée. Il prend donc garde,aidé par les fonctions de détection de dépassement ou de saturation, à ce qui se présente sur l'imagethermique de son moniteur ou de son viseur.

Il prend des notes, enregistre des commentaires sur un dictaphone de poche ou en enregistrement vocaldans le fichier-image stocké sur site (selon caméra).

Si des calculs particuliers doivent être menés (si l'objet chaud est trop petit pour la résolution spatiale de lacaméra), le cadrage thermique, lors de l'acquisition, devra pouvoir permettre la mesure de la température defond et de la température apparente maximale du point chaud. Sinon, l'opérateur devra faire la mesure destempératures apparentes sur site et les noter pour en déduire ensuite la température vraie de l'objet.





PAGE 101

C - LA TRANSCRIPTION EN TEMPÉRATURE

RAPPEL DES 8 TEMPERATURES (se reporter au schéma en Annexe 1)

*- Température (dite "vraie")Température réelle du corps observé. C'est celle que l'on cherche à déterminer.

*- Température calculéeTempérature du corps observé, calculée par la mesure de rayonnement, la courbe d'étalonnage et lesgrandeurs d'influence. Elle est aussi proche que possible de la température vraie.

*- Température apparenteTempérature calculée directement à partir des courbes d'étalonnage, comme si l'on observait un corps noir,

sans prendre en compte les grandeurs d'influence : émissivité = 1, distance de mesure = distanced'étalonnage ou distance nulle (selon les caméras).

*- Température d'environnementC'est la température moyenne (pourvu que cette moyenne soit pertinente) des objets de l'environnement dela scène thermique observée, ensemble des objets que peut voir chacun des éléments de surface de lascène thermique. C'est habituellement un ensemble d'objets solides. Les rayonnements de ces objetspeuvent se réfléchir sur la scène thermique en direction de la caméra. La température d'environnement doitêtre uniforme. C'est une grandeur d'influence.

*- Température d'atmosphèreC'est la température de l'atmosphère entre la scène thermique et la caméra. Elle intervient dès que ladistance de mesure est importante (au-delà de 2 m pour les caméras SW et de 10 m pour les caméras LW)

ou quand cette température est élevée. C'est une température de gaz. C'est une grandeur d'influence. Il sepeut que cette température devienne une température de hublot dans certains cas particuliers non pris en compte par la suite.

*- Température de fondC'est la température de la partie de la scène thermique sur laquelle se présente un objet dont on mesure latempérature, objet trop petit vis à vis du pouvoir de résolution spatiale de mesure de la caméra. Ce n'est pasune grandeur d'influence, si l'on respecte les conditions de validité de l'équation de transcription entempérature. Mais elle intervient avant tout calcul de transcription, si l'objet est trop petit, pour définir lerayonnement qu'aurait dû recevoir la caméra si l'objet avait été plus étendu.

*- Température ambiante (expression normalisée)Température de l'air dans lequel se trouve la caméra thermique. Pour les caméras classiques, ce n'estnormalement pas une grandeur d'influence puisque la compensation de dérive est permanente. Pour les

caméras à matrice, il convient de réaliser l'opération de compensation de dérive (synchrone de la NUC)avant l'enregistrement d'une image thermique.

*- Température ambiante de composant (ou de la scène thermique, ou etc …)Température de l'air dans lequel se trouve un composant (ou la scène thermique, ou etc …). Ce n'est pasune grandeur d'influence en thermographie, mais le résultat de la mesure dépend de cette température(grandeur d'influence en thermique).





PAGE 102

RAPPEL DES GRANDEURS D'INFLUENCE

Emissivité : ε.Température d'environnement : Tenv.Température d'atmosphère : Tatm.Facteur de transmission atmosphérique τatm à la distance de mesure Dm.

Dimensions de l'objet et température de fond. Ne seront pas prises en compte par la suite : se reporter auchapitre traitant de la résolution spatiale.

RAPPEL DES CONDITIONS DE VALIDITE DE L'EQUATION - TRANSCRIPTION

• Objet corps gris et opaque (dans la bande spectrale de la caméra).• Température d'environnement uniforme et environnement supposé corps noir.• Atmosphère gazeuse.• Objet de dimension suffisante vis à vis du pouvoir de résolution spatiale de mesure de la caméra

équipée de son objectif.

MESURE EN TEMPERATURE APPARENTE

On veut travailler en situation de mesure comme en situation d'étalonnage, donc comme s'il s'agissait decorps noirs.

Les grandeurs d'influence sont donc fixées et entrées dans la caméra ou dans le système :

ε = 1Tenv et Tatm = indifférentesτatm donné par Dm = distance d'étalonnage ou minimale

La caméra observe un objet dans une scène thermique. Elle mesure une valeur radiométrique :

Lm = L°(en unités arbitraires UA).

L'application de l'équation de la courbe d'étalonnage L° = f(To) donne directement la température apparenteTo. Le calcul est fait par le calculateur inclus dans l'appareil. Ainsi :

Lm = L°(Tapp).

Par exemple, pour les caméras THERMOVISION 400 et 800 :

To = B / [ln (R / L°) + F] - 273,15 (en °C).

où R, B et F sont des constantes d'étalonnage, paramètres de l'équation qui représente la courbe d'étalonnage passant par les points de mesure lors de l'étalonnage.

MESURE SUR UN OBJET CHAUD D'EMISSIVITE ELEVEE, COURTE DISTANCE

ε = connue et assez élevéeTenv = beaucoup plus faible que la température To de l'objetTatm = indifférenteτatm donné par Dm = distance d'étalonnage ou minimale

On a, par définition de l'émissivité,





PAGE 103

ε = Lm / L°

où Lm (en UA) est le rayonnement que mesure la caméra sur l'objet et L° ce qu'elle aurait dû mesurer surl'objet, si celui-ci avait été corps noir.

Ainsi, on a l'équation de mesure :

Lm = ε . L° = L°(Tapp)d'où L° puis To par l'équation de transcription du paragraphe précédent.

On est donc revenu sur la courbe d'étalonnage. C'est le principe de base de la démarche en situation demesure.

Puisque l'émissivité est toujours inférieure à 1, on voit que, si l'on suppose que l'on a affaire à un corps noir,on obtient une température apparente Tm inférieure à la température vraie To, puisque Lm < L°.

Dans ce cas de mesure, on a négligé la température d'environnement Tenv. Ceci est valable si l'objet estbeaucoup plus chaud que l'environnement et si son émissivité est élevée.

De l'équation donnée, on constate que, au lieu de sortir To, on peut sortir ε, si l'on connaît To. C'est uneméthode de mesure de l'émissivité quand on connaît la température par un autre moyen de mesure.

MESURE HABITUELLE, AVEC TEMPERATURE D'ENVIRONNEMENT

L'environnement émet un rayonnement sur la scène thermique. Ce rayonnement est en partie réfléchi endirection de la caméra. Celle-ci reçoit donc un rayonnement émis par l'objet et un rayonnement réfléchi parl'objet.

On a donc Lm = partie émise + partie réfléchie.

Le rayonnement noir émis sur la scène thermique par l'environnement de température Tenv vaut L°env (enUA). L°env est donnée par la courbe d'étalonnage. Ce rayonnement L°env se réfléchit en partie sur l'objet auprorata du facteur de réflexion. L°env est donc "atténué" par le facteur ρ.

Le facteur de réflexion vaut ρ = 1 - ε (si la température d'environnement est uniforme).

Lm = ε . L° + (1 - ε) . L°env

Il faut donc retrancher du rayonnement Lm, mesuré par la caméra, le rayonnement réfléchi par l'objet, soit(1 - ε) . L°env.

On a toujours Lm = L°(Tapp). Si l'émissivité entrée dans l'appareil vaut 1, celui-ci calcule et affiche latempérature apparente Tapp.

Le calculateur en déduit donc le rayonnement émis :

ε . L° = Lm - (1 - ε) . L°env

d'où L° puis To.

La mesure de l'émissivité est également possible en prenant en compte la température d'environnement : onobtient

ε = (Lm – L°env) / (L° - L°env), qui redonne ε = Lm / L°si L°env = 0, donc si Tenv est très faible.





PAGE 104

On peut montrer par cette équation qu'il est impossible de mesurer l'émissivité d'un objet de mêmetempérature que la température de son environnement. Il faut pratiquement que la température de l'objet soità plus de 20°C au-dessus de la température de son environnement. [Mais ceci dépend de l'émissivité.]

MESURE MOINS COURANTE, A DISTANCE

Ce sont des cas moins courants en thermographie appliquée au contrôle des installations électriques. C'estle pain quotidien cependant pour les mesures sur les lignes Haute Tension faites par EDF.

On l'évoque donc rapidement, sans prendre en compte, ici, le fait que l'objet puisse être trop petit pour unemesure directe de température. (Se reporter au chapitre traitant de la résolution spatiale ou au fascicule desstages pour EDF, disponible pour les opérateurs EDF).

La distance de mesure Dm provoque une atténuation des rayonnements en provenance de l'objet. Nousdisons "en provenance" ; nous ne disons pas "émis".

Le facteur de transmission atmosphérique τatm est calculé par le logiciel en fonction de la bande spectralede la caméra, de la distance de mesure Dm et (éventuellement pour certaines caméras) de la températurede l'atmosphère, de la distance d'étalonnage et du taux d'humidité relative de l'atmosphère (cette dernièreétant sans grand intérêt).

La bande spectrale de la caméra est prise en compte par des coefficients d'atténuation atmosphérique. Cescoefficients varient donc avec les filtres éventuels utilisés.

Dire que l'atmosphère a un facteur de transmission τatm, c'est dire qu'elle a une émissivité

εatm = 1 - τatm

L'atmosphère émet un rayonnement La (en UA) fonction de sa propre température Tatm.

On a donc La = εatm L°atm. L°atm est donnée par la courbe d'étalonnage. Ce rayonnement La s'ajoute aurayonnement en provenance de la scène thermique, rayonnement atténué par la traversée de l'atmosphère.

Lm = rayonnement émis atténué par τatm + rayonnement réfléchi atténué par τatm + rayonnement émis par l'atmosphère.

Lm = ε . L° . τatm + (1 - ε) . L°env . τatm + (1 - τatm) . L°atm

Le calculateur retranche donc les rayonnements "trop perçus", pour obtenir le rayonnement émis :

τatm . ε . L° = Lm - τatm . (1 - ε) . L°env - (1 - τatm) . L°atm

d'où L°, puis To, comme précédemment.

En conclusion, on cherche à faire en sorte d'avoir un Lo le plus élevé possible et le plus proche possible duLm mesuré par la caméra. Alors, l'influence des grandeurs d'influence sera réduite au minimum etl'incertitude de mesure sera la plus faible possible.





PAGE 105

GENERALITES SUR L'INFLUENCE DES GRANDEURS D'INFLUENCE

Lm mesuré par la caméra est transcrit en température par un calculateur interne ou par un logiciel debureau. On peut modifier les valeurs des grandeurs d'influence pour ce calcul. Du moins, est-ce la moindredes choses à la fois pour les logiciels de bureau et pour le logiciel interne à la caméra, lors du rappel desimages stockées : sous peine d'insignifiance de ces logiciels externes ou internes.

Il est intéressant de savoir ce qu'il advient des résultats de mesure si une grandeur d'influence est modifiéedans ce calcul. Attention : on ne modifie pas l'image thermique stockée, mais bien les grandeurs d'influenceprises en compte par l'opération de transcription. On ne modifie pas la scène thermique.

Les raisonnements ci-dessous sont valables pour la mesure de points chauds dans des environnementsplus froids et à des distances classiques en contrôle d'installations électriques. On suppose, bien sûr, que lasituation de mesure est maîtrisée, qu'il ne s'agit pas de réflexions parasites.

Si l'émissivité ε est augmentée (dans le calcul ! pas sur la scène thermique), on s'approche du cas du corpsnoir ; le résultat s'approche de la température apparente, et donc To calculée diminue.

Si la température d'environnement Tenv est augmentée (dans le calcul ! pas sur la scène thermique), lacontribution de L°env augmente, donc le rayonnement réfléchi (à défalquer de Lm) augmente. Comme Lm

est inchangée, ε . Lo diminue et donc To calculée diminue.

Même raisonnement avec la température d'atmosphère.

Si la distance de mesure Dm est diminuée (dans le calcul ! pas sur la scène thermique), le facteur detransmission atmosphérique augmente et le résultat diminue. C'est le facteur de transmission qui est lagrandeur d'influence, et non la distance.

Ainsi, en considérant les vraies grandeurs d'influence entrées, si on augmente la valeur d'une grandeur, onaugmente son influence et, ainsi, ce qui relève du rayonnement émis par l'objet (donc de sa température)diminue : la température calculée diminue. Et inversement.

MEMO - Lors du calcul de la température de points chauds dans un environnement froid, si les grandeursd'influence entrées augmentent, la température calculée diminue.

Ce raisonnement simple fait comprendre le sens de variation de la température calculée quand on fait varierune grandeur d'influence entrée dans le calcul. Il permet également de "retomber sur ses pattes" quand onconnaît la température de l'objet par un autre moyen. Et surtout, il assure de ne pas se laisser aller àmodifier les valeurs successivement dans tous les sens, ce qui apparaît comme peu professionnel, sur site.En effet, le calcul (de températures) par la caméra est postérieur à la mesure (du rayonnement) par lacaméra. Le raisonnement est donc également valable pour les interventions sur site.

Tableau de l'influence, sur la température calculée, de la valeur de l'émissivité (entrée) en fonction dela valeur de la température d'environnement (entrée).

si TenvE > Tcalculée alors, si εεεεE ↑, Tcalculée ↓

si TenvE = Tcalculée alors, si εE ↑ ou ↓, Tcalculée ne bouge pas

si TenvE < T calculée alors, si εE ↑, Tcalculée ↑

Dans ce tableau, TenvE et εE sont les grandeurs d'influence entrées (E) dans la calculateur !





PAGE 106

D - L'INCERTITUDE DE MESURE

Un résultat de mesure est toujours accompagné d'une incertitude. Mais annoncer cette incertitude seraitbeaucoup demander aux opérateurs.

L'incertitude sur le résultat est due à l'incertitude de la caméra et à l'incertitude sur les grandeurs d'influence.Mais elle peut être due en majorité à une maîtrise incorrecte de la situation de mesure par l'opérateur.

Cette mauvaise maîtrise ne peut être prise en compte par les calculs d'incertitude intégrés à certainslogiciels de thermographie.

Ces calculs sont trop complexes pour être développés dans le cadre de cet exposé.

Disons simplement que la contribution de la seule caméra à l'incertitude sur la mesure est spécifiée par leconstructeur. Cette contribution est donc l'absolu minimum d'incertitude que l'on puisse annoncer,usuellement ± 2°C en dessous de 100°C. Cette incertitude est applicable à la seule température apparentecalculée par la caméra, en supposant un état nominal de cette caméra.

On voit en exercices pratiques sur logiciel, un exemple de calcul d'incertitude de mesure. Ceci pourpermettre aux opérateurs de bien comprendre la limite de la mesure thermographique comme pour toutetechnique de mesure.

MEMO : Ne pas annoncer des températures à 1/10°C dans un rapport, même si l'échelle des températuresdu thermogramme les indique.





PAGE 107

E - MESURE ABSOLUE ET MESURE D'ÉCART

LA MESURE ABSOLUE

Mesure absolue ne signifie pas mesure absolument exacte ! (Une mesure absolument exacte donnerait unetempérature calculée identique à la température vraie.)

Depuis le début des années 1980, les caméras thermiques sont capables de mesure absolue (et donc demesure de température absolue). En effet, les caméras sont compensées en dérive. Nous avons indiqué lamoins bonne qualité de principe des caméras à matrice suivant cette caractéristique. Néanmoins, c'estl'opérateur qui est responsable de l'état et de la vérification de son matériel.

La mesure absolue des températures prend en compte les courbes d'étalonnage et les grandeurs d'influence

dans une situation de mesure maîtrisée par l'opérateur, situation qu'il est licite de modéliser par l'équationsimple de transcription que nous venons de voir.

Le calcul de l'incertitude sur la valeur absolue mesurée est faisable, mais est hors du propos de ce stage.

LA MESURE D'ECART

Compte tenu de la forme exponentielle de la courbe d'étalonnage, laquelle est une relation non linéaire entrele rayonnement et la température apparente, la mesure d'écart de températures résulte essentiellementd'une soustraction entre deux résultats de mesures absolues.

Il n'existe donc pas de mesure d'écart de températures qui prendrait en compte une mesure d'écart derayonnements transcrit ensuite en écart de températures.

Mais, du fait que les mesures absolues sont réalisées au même instant, sur le même thermogramme, lesincertitudes de mesure se compensent fortement lors de la soustraction. Il en résulte que la valeur d'un écartde températures est moins incertaine que les deux valeurs de températures absolues. On peut annoncer desécarts à quelques dixièmes de degré près. Il s'agit d'un échauffement ou d'un refroidissement.

Un mot sur l'expression "mesure relative" : c'est une mesure absolue qui prend en compte une référence detempérature (absolue) placée dans la scène thermique : la mesure absolue est réalisée relativement à cetteréférence. On évitera donc de parler de mesure relative quand on parle de ∆T.

PRATIQUEMENTSi la température ambiante de la scène thermique subit une variation au cours du temps (selon la saison parexemple), et du fait du caractère linéaire des échauffements (du moins dans les zones de températures couramment rencontrées

dans les applications qui nous concernent), la mesure absolue sera affectée des mêmes variations, alors que lamesure d'écart n'en sera pas tributaire. Cette remarque est valable sous réserve des mêmes conditionsd'intervention et d'exploitation (voir plus bas).

En maintenance brute, on est amené à s'exprimer, le plus souvent, en écart de températures. En prévention,au-delà de la maintenance, on a besoin de températures absolues (voir stage de prévention). Lesprécautions d'intervention et les conclusions doivent donc prendre en compte les évolutions supposées de latempérature ambiante de la scène thermique.





PAGE 108

F - LE RAPPORT D'INTERVENTION

L'EDITION DES THERMOGRAMMES POUR LE RAPPORT

Quand on sait que l'on peut (et il est primordial que l'on puisse) modifier à loisirs les grandeurs d'influence et,parfois, la configuration de la caméra, on comprend que les échelles de températures associées aux imagesthermiques ne constituent pas une preuve de la qualité de l'intervention et de l'interprétation. Néanmoins, lesthermogrammes sont des documents contractuels qu'impose le Document Technique D19, ce qui impliquela qualification et la responsabilité de l 'opérateur.

Un rapport d'intervention, répondant au Document Technique D19, doit donc intégrer des thermogrammes.

Selon la destination du rapport et les scènes thermiques thermographiées, ces documents peuvent servir à

l'un ou l'autre des deux aspects de la thermographie : image et / ou mesure.Dans une édition surtout destinée à la mesure, toutes les températures à mettre en évidence apparaissent.Dans une édition surtout destinée à l'imagerie, le repérage spatial est prioritaire et peut empêcher lerepérage de certaines températures.Dans certains cas, comme les armoires ou composants électriques, les points chauds peuvent n'occuperqu'une faible partie de la surface du thermogramme complet ; leurs valeurs de température peuvent être tropélevées pour que l'échelle de gris ou de couleurs puisse permettre d'avoir simultanément un repérage spatialévident de ces composants, parmi les autres à faible température quasi uniforme, donc de couleur uniforme.

Un tel document ne sert à rien. On a bien la température mais on n'a pas la localisation.

Dans de tels cas, on préfère éditer un document où le cadrage thermique est réalisé dans les températures

plus basses tout en indiquant, dans le rapport, la valeur des températures élevées apparaissant endépassement de l'échelle retenue.

La solution, désormais imposée par le D19, est de fournir en complément une image prise avec un appareilphoto, avec le même cadrage spatial que celui du thermogramme.

Faut-il préférer le Noir et Blanc ou la Couleur ? Même commentaires que faits plus haut sur le sujet.

LE RAPPORT

Dans le cadre de ce stage, le rapport d'intervention se fait en respectant le Document Technique D19. S'yreporter.

Nous ne donnons pas d'exemple de rapport d'intervention, chaque société ayant à cœur de définir sonpropre rapport-type selon son destinataire (client interne ou externe).

Les éléments devant figurer dans un rapport sont entre autres :

• localisation de l'intervention / date / opérateur / matériels mis en œuvre ;• description exacte des composants mesurés avec références ;• conditions d'exploitation à l'instant de l'intervention ;• conditions d'intervention en thermographie ;• validation de la mesure thermographique avec indication des grandeurs d'influence, de la dimension

des objets, de la maîtrise éventuelle de la situation de mesure ;

• références aux anciennes inspections / interprétation / actions à mener.





PAGE 109

G - LA SIGNIFICATION DES MESURES

RAPPEL SUR LES DEUX TYPES D'INTERPRETATION

Nous avons indiqué, en introduction, la différence entre l'interprétation au sens thermographique etl'interprétation au sens du contrôle d'installations électriques et au sens de la prévention des risques.

Les deux sont essentielles.

La première conduit à préciser tous les éléments nécessaires qui justifient la validité de la mesure parl'opérateur au moyen du système de mesure thermographique.

La seconde conduit à motiver les valeurs et la répartition des températures observées, au sens de la

thermique des composants, de l'électrotechnique et de l'électricité. Elle est destinée à donner les indicationsou directives utiles pour mettre les installations en état d'exploitation sûre, donc de prévenir les risques.

Lors de cette seconde interprétation, l'opérateur met à profit son expérience et sa connaissance des scènesque la thermographie contribue à mieux connaître, en tant que technique d'inspection et de mesure. Cettetechnique s'allie à d'autres pour les besoins de contrôle des installations électriques (analyse électrique, …).

LES MESURES THERMOGRAPHIQUES SONT 2 FOIS CONJONCTURELLES

1- Conjoncture d'exploitation des installations

Les résultats de mesure dépendent des conditions d'exploitation des composants situés dans la scènethermique à l'instant de l'inspection. C'est pourquoi, les mesures "exactes" sont souvent considérées commeluxueuses ou parfois inutiles.

Elles le sont effectivement si les conditions exactes d'intervention ne sont pas précisées et si le contrôle estfait sans intention de maintenance conditionnelle ou de prévention des risques. "C'est chaud ! Combien ?C'est sans importance puisqu'il faudrait intervenir, sans plus." On utilise alors les caméras comme desimples imageurs thermiques. Encore faut-il bien apprécier et maîtriser la situation d'inspection.

En maintenance, on intervient en espérant gagner en durée d'exploitation des installations en espaçant lesarrêts programmés et en évitant les défaillances impliquant des arrêts et de la maintenance corrective.

En prévention, on intervient en espérant diminuer les risques d'incendie ou d'arrêt de production, donc en

assurant d'abord une approche de type maintenance préventive ou conditionnelle et en y adjoignant lesimplications des températures absolues observées et leurs incidences sur les équipements environnants eten général sur l'"environnement" (au sens classique) de l'installation électrique. Se reporter au stage deprévention.

La température ambiante des composants ou de la scène thermique

Parmi les conditions d'exploitation, l'une des grandeurs est particulière, et aisément quantifiable ouprévisible : c'est la température ambiante de la scène thermique. Du fait de cette facilité d'appréciation, onne la considère pas toujours comme faisant partie des conditions d'exploitation. Cette température influencedirectement les valeurs absolues mesurées (aujourd'hui) : la prévision que l'on peut faire sur ses variations(demain) permet d'annoncer plus clairement les risques. Comme exemple, il se peut que la températureambiante du composant soit faible lors de l'inspection alors que le composant en cause présente une





PAGE 110

température de 55°C. Si l'on a fixé un seuil de température maximale de 70°C, qu'adviendra-t-il en été,quand la température ambiante du composant sera plus élevée de 20°C ?

NOTA - Attention aux confusions très fréquentes ! En thermographie, la température d'environnement estclairement définie, même si l'expression n'est pas normalisée. Mais dans l'usage industriel, ce que nousvenons d'appeler "température ambiante des composants ou de la scène thermique" est souvent nommée"température environnante" ou "température de l'environnement".

L'extrapolation à d'autres conditions d'exploitation

Une démarche plus complète (et plus complexe) demande de quantifier (aujourd'hui) les températures dansle contexte de l'ensemble des conditions actuelles connues d'exploitation et d'estimer précisément lesimplications (demain) des variations des conditions d'exploitation. Cette démarche demande unemodélisation thermique, éventuellement simplifiée donc non nécessairement réaliste. La méthode est fiable :elle donnera un résultat hypothétique mais normé à des conditions standard ou extrêmes.

L'extrapolation, que fait en particulier EDF, à partir des mesures actuelles, pour des conditions d'exploitationplus sévères, est l'illustration d'une meilleure estimation des risques potentiels. On verra un exempled'extrapolation, en exercices pratiques sur logiciel appliqué aux lignes HT.

Mais on n'en demandera pas tant aux stagiaires, bien que cette démarche très élaborée soit la plussignificative pour l'évaluation des risques. Dans tous les cas, il ne s'agit pas de thermographie (mesureactuelle), mais de thermique (calculs pour demain).

2- Conjoncture de l'intervention thermographique

Le résultat de la mesure dépend de l'objet observé, du type de caméra employée et de son état, de l'objectifsélectionné, de l'angle de visée avec la caméra, de la distance de mesure, ... et de l'opérateur.

Dans certains cas, les sources d'échauffement ne sont pas directement accessibles : contacts électriquesdéfectueux au contact même des pièces, échauffement des conducteurs par propagation de chaleur mais enprovenance de composants cachés (capots de protection, postes blindés).

Dans ces cas, les températures mesurées ne sont pas directement celles des pièces défectueuses ou surlesquelles se révèlent des problèmes dus à des causes non situées sur l'installation électrique observée elle-même. Mesurer exactement des températures peut être d'un intérêt immédiat limité.

Il faut ici évoquer que certains prestataires, peu scrupuleux, n'hésitent pas à affirmer qu'ils sont capables de mesurer des points chaudsinaccessibles visuellement (au travers de portes métalliques ou dans des postes blindés). Voilà une démonstration qu'ils gagneraient ànous faire connaître.

Cependant, les inspections successives sur les mêmes objets, dans les mêmes conditions d'exploitation etd'intervention, donneront des valeurs dont l'évolution dans le temps est d'un grand intérêt. Encore faudra-t-ilcorréler les valeurs mesurées avec les valeurs que l'on aurait dû mesurer sur les vrais points chauds et les

ramener à des conditions identiques d'exploitation. Ceci relève de l'expérience et du retour d'expérience.

Supprimer (partiellement) l'aspect conjoncturel de l'examen thermographique est possible. Il n'est que de serapporter aux anciens rapports d'inspection (les thermogrammes lisibles ont alors leur importance entière) etd'intervenir toujours dans les mêmes conditions. Les donneurs d'ordre ont donc intérêt à fidéliser lesintervenants et à appliquer le Document Technique D19 pour des interventions, qui, standardisées, sontdestinées à être comparées.





PAGE 111

CONCLUSION

La mesure des températures par thermographie conduit à annoncer des valeurs affectées d'une incertituded'au minimum de ± 2°C. Une mesure correcte n'a d'intérêt que pour un suivi temporel des défauts potentiels(éviter la défaillance), pour éclairer alors la décision en cas d'environnement industriel à risque (préventiondes risques d'incendie et d'arrêt de production). La plupart du temps, les mesures sont aisées maisdeviennent plus délicates pour les câbles ou points chauds vus sous un angle trop faible, pour les objets

métalliques (faible émissivité) ainsi que pour les connexions cachées par d'autres objets.

H - SYNTHÈSE : LA DÉMARCHE DE LA MESURE

Figure 37 - Synoptique de la démarche de mesure thermographique





PAGE 112





PAGE 113

9 - LA THERMOGRAPHIE,

A QUOI ÇA SERT ?

LES APPLICATIONS DE LA THERMOGRAPHIEEN MAINTENANCE ET PREVENTION





PAGE 114





PAGE 115

A - GÉNÉRALITÉS

Ce chapitre est proposé à titre culturel ou aux personnes qui, de fait, ne limitent pas leurs interventions auxcontrôles des installations électriques. Le stage ayant un tronc commun avec des stages de thermographieappliquée à d'autres sujets, il est nécessaire d'élargir un peu le champ de ce fascicule.

Nous exclurons, parmi les applications passées en revue, les usages de la thermographie en contrôle deproduits et procédés, tous contrôles qui ne sont pas du ressort des utilisateurs de caméras "de poing", ni desprestataires de services classiques.

L'expression anglaise "condition monitoring" regroupe les utilisations des caméras thermiques enmaintenance et en contrôle de procédés (en excluant la conduite de procédés). Cette expression pourrait setraduire par "vérification et suivi de l'état des équipements et des installations".

Il conviendrait de distinguer "utilisation" et "application". Dans le premier cas, la thermographie estconsidérée comme un simple moyen pour résoudre un problème : on ne se préoccupe guère d'expliquerpourquoi et comment cette technique est adaptée et apporte la solution. Dans le deuxième cas, il s'agitplutôt de thermographie appliquée : on décrit alors les caractéristiques de la situation de mesure, la façon dela maîtriser et on justifie alors le choix des matériels adaptés.

Illustrons cette différence. L'opérateur de l'EDF utilise la thermographie comme un moyen d'inspection del'état des lignes HT : il peut alors démontrer l'intérêt de cette inspection en termes de gain de temps etd'argent selon le nombre d'interventions, de défauts repérés et réparés, et d'incidents évités. Par contre, leresponsable des mesures décrira de façon détaillée l'application de la thermographie : comment prendre enmain un matériel de thermographie, comment appréhender les grandeurs d'influence propres à cetteinspection de lignes et en déduire des valeurs de températures. C'est plutôt cette deuxième démarche quiprésente un intérêt dans le cadre de cet exposé ou au cours d'échanges techniques, lors de colloques dethermographie.

CLASSEMENT GENERAL DES APPLICATIONS DE LA THERMOGRAPHIE

Figure 38 - Schéma général des applications de la thermographie





PAGE 116

B - MAINTENANCE ET PRÉVENTION

La maintenance industrielle bénéficie depuis longtemps de l 'emploi des caméras thermiques. Aujourd'hui, lathermographie y est honorée au même titre que les autres techniques de maintenance, comme l'analyse desvibrations. Mais cette tendance est due davantage à une population croissante de prestataires du fait decaméras d'emploi moins contraignant et à la banalisation corrélative de l'utilisation de la technique, qu'à uneinformation convenable des industriels et des donneurs d'ordre, à une normalisation adaptée et à unequalification des opérateurs en ce domaine. Il reste encore quelques méfiances dans les centres defabrication et de production. La QUALIFICATION contribuera à la professionnalisation des opérateurs,même si elle est applicable dans le but de Prévention et non dans un cadre plus restreint de Maintenance.

L'avantage décisif de la thermographie est de permettre l'estimation de la qualité d'un équipement ou d'uneinstallation en exploitation normale, sans arrêt des machines et avant la défaillance effective. Bien entendu,il est nécessaire que la dégradation conduise à une évolution des répartitions de températures : ce qui esttrès souvent le cas. La thermographie dévoile ce qui va arriver, si l'on ne fait rien. Elle dit où le feu vadémarrer, les matériaux se détériorer.

On distinguera l'inspection et la surveillance.

La première est une action ponctuelle destinée à vérifier la progression lente d'une dégradation éventuelleou inéluctable. Cette inspection est exécutée périodiquement par un opérateur approprié qui intervient sur lesite, avec un matériel approprié .

La seconde est une inspection permanente destinée à éviter les conséquences d'événements aléatoirespouvant se produire à tout instant. L'appareil de mesure est alors installé à poste fixe, programmé pourprendre en compte divers paramètres et équipé d'une électronique de seuillage ou d'alarme. Nousn'aborderons pas ces cas.

On distingue également la maintenance préventive et la maintenance conditionnelle.

Dans le premier cas, l'inspection par thermographie désigne les éléments en cours de dégradation et conduità une réparation rapide, avant la limite d'exploitation possible des éléments en cause : la maintenancepréventive réduit la probabilité de défaillance.

Dans le second cas, l'expérience de l'opérateur et l 'accumulation des données recueillies dans le passé parla profession autorisent peu à peu la formulation de critères d'intervention. De la quantification de ladégradation constatée, on définit des délais de nouvelles inspections ou de réparations, ni trop tôt, ni troptard. Les divers coûts impliqués sont quantifiés et comparés aux risques encourus. Les statistiques sur lesmatériels inspectés conduisent aux modifications sur les composants dont le taux de défaut est plus élevé.

Bien que, à strictement parler, les opérations de mesures et contrôles lors de la réception d'installationsindustrielles (en présence des maîtres d'ouvrage et maîtres d'œuvre, tels que sociétés de conception, deréalisation, bureaux d'études, etc ...), ainsi que les examens thermographiques d'expertise (avant ou encours de contrat ou d'intervention des compagnies d'assurance) ne relèvent pas de la maintenance ni de laprévention proprement dites, nous les classons cependant dans ce segment. Les méthodes utilisées et lesmatériels inspectés sont en effet identiques.

Pour les "maintenanciers", l'intervention de prévention doit être considérée comme une suite logique del'intervention classique de thermographie appliquée à la maintenance. Il convient de définir quels sont lesrisques encourus par l'installation électrique et par son environnement (matériel, humain), du fait de cetenvironnement. Le stage de Module 2 est institué, entre autres, pour que les professionnels de lamaintenance puissent élargir leurs compétences et fournir des rapports en vue de réduire les risques

d'incendie et d'arrêt de production. Pour les opérateurs de prévention, l'orientation de son intervention versla maintenance elle-même se déduit des conclusions de son rapport.





PAGE 117

C - CONTRÔLE D'INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES

Le contrôle d'installations électrique est la plus importante application de la thermographie dans l'industrie.On l'estime à environ 50 % des utilisations. Elle a été jusqu'ici essentiellement orientée vers la maintenance.

L'inspection va du centre de production d'énergie électrique (centrale thermique ou hydraulique) jusqu'aumoindre tableau de distribution dans les étages d'un immeuble d'administration, en passant par les réseauxde transport d'énergie sous haute tension inspectés régulièrement par hélicoptère.

L'INSPECTION DES LIGNES A HAUTE TENSION

Quand elle a lieu en hélicoptère, cette inspection par caméra thermique complète l'inspection visuelle

classique. Le pilote maintient la direction du vol à une distance de 50 à 100 mètres de la ligne, tandis qu'unopérateur pointe la caméra et observe le moniteur. La fréquence d'analyse de la caméra doit donc êtresuffisante et sa résolution thermique assez basse. En effet, l'opérateur doit pouvoir suivre la ligne dont latempérature est souvent peu différente de celle du fond sur lequel elle se détache (ciel, nuages, paysage).C'est une nécessité de repérage spatial et non de mesure. Afin d'améliorer ce repérage, certains adoptentdes dispositifs de superposition des images visibles et thermiques. C'est un luxe nécessité par des camérasde qualité insuffisante en résolutions spatiale et / ou thermique. On utilise des caméras avec image en Noiret Blanc. Les points chauds sont détectés aux raccords sur les isolateurs et aux manchons qui joignent deuxtronçons de ligne. Les dégradations produisant une élévation de température sont souvent internes auxcomposants, donc invisibles à l'inspection visuelle. Certains opérateurs découplent l'intervention en détectionet en mesure : les survols de ligne par hélicoptère permettent de localiser les points chauds (détection) ;ceux-ci vont alors être mesurés lors de visites ultérieures au sol (mesure).

Les grandeurs d'influence sont : intensité dans la ligne, émissivité du matériau, facteur de transmissionatmosphérique, températures de l'atmosphère et ambiante des composants, ensoleillement et vitesse duvent, température de fond (paysages ou ciel), température d'environnement (nuages ou paysage) ...

La transcription en température implique une procédure spéciale consistant à extrapoler les résultats actuelsà des conditions standard d'exploitation de ligne : intensité nominale de la ligne (signifiant intensité maximaleadmissible en permanence, IMAP), vent minimum (1 m / s), ensoleillement maximum, température ambiantedes composants maximale.

L'expérience a conduit les inspecteurs de ligne à définir des seuils d'écarts de températures extrapolées(entre la ligne et le manchon, par exemple) : en deçà de 50°C, pas de problème ; entre 50 et 100°C,inspections plus fréquentes, et au-delà de 100°C, intervention au plus tôt.

L'inspecteur avertit alors l'exploitant. Dans le passé, celui-ci a eu tôt fait, après plusieurs catastrophesprévues par l'inspecteur, de comprendre l'intérêt de la technique et de s'adapter aux exigences del'inspection des lignes : assurer, depuis le centre de dispatching, que le courant de ligne a une intensitésupérieure à 0,4 fois la valeur de l'IMAP, au moment de l'inspection, afin de permettre une mesuresignificative, modifier la répartition de son réseau pour éviter localement une charge risquée et arrêterl'exploitation pour réparer quand les calculs montrent que la ligne peut tomber.





PAGE 118

L'INSPECTION DES POSTES HT ET DES ARMOIRES ELECTRIQUES

Les élévations de température demandent un "certain temps" selon les puissances dissipées et lesmatériaux / matériels en cause. Il convient de vérifier, lors du contrôle, que les appareillages contrôlés sontbien traversés par un courant, et ne sont pas seulement sous tension.

On inspecte les transformateurs, les têtes de disjoncteurs, les sectionneurs, les raccords et cosses de toutes

natures, les contacteurs, les porte-fusibles, les borniers de connexion et de répartition, etc ...On ne confond pas un échauffement normal (transformateur, bobines de relais ou de contacteur) avec ce quiest une dégradation, habituellement située aux connexions. L'électricien sait bien qu'il ne suffit pas qu'unecosse soit bien serrée pour qu'il n'y ait pas d'échauffement ; le défaut est souvent dû à l'oxydation dessurfaces en contact.

Dans les armoires électriques, le repérage spatial des points chauds nécessite une caméra de bonnerésolution thermique. La mesure des points chauds se fait sur des parties de bonne émissivité : boulonsoxydés, gaine caoutchouc ou plastique.

L'opérateur fait la différence entre un échauffement en un point et un échauffement le long d'un câble, dû aupassage du courant. Le premier se propage le long des conducteurs en s'atténuant rapidement. Le secondest quasiment constant sur toute la longueur du câble, les variations locales de température dépendant des

variations locales de la convection et de la conduction.

La thermographie met en évidence des défauts d'équilibrage sur les phases du triphasé ou les courants de jonction de terre. Mais, il ne s'agit pas nécessairement de défauts : ces déséquilibres peuvent être normaux,selon les configurations de l'exploitation des équipements électriques alimentés, à un instant donné.

Mais au-delà des mesures d'écarts de température révélant un défaut de connexion ou un défautd'équilibrage, la mesure des valeurs absolues des températures est importante : elle peut révéler un défautde conception ou une absence de précaution pour l'exploitation de l'installation. Les composants et surtoutles isolants sont prévus pour supporter une température maximale donnée. Une dégradation à plus ou moinslong terme peut en résulter, ainsi qu'un risque d'incendie, d'explosion, d'arrêt de production, selonl'environnement des installations. Dans le cadre de la prévention, les températures absolues sont donc unenécessité, contrairement à l'idée classique en maintenance pure où l'on se contente souvent de mesures

d'écarts de températures.

On détecte par thermographie la présence de courants induits dans des composants métalliques, surtoutpour des fréquences harmoniques du 50 Hz, sur des installations à régulation de puissance, par exemple.Les pertes fer peuvent échauffer anormalement la carcasse d'un transformateur non dimensionné pour unemploi en mode haché. De même, les courants "harmoniques" échauffent les câbles, davantage que nelaissent supposer les valeurs efficaces de courant, puisqu'ils circulent sur la périphérie des câbles, et ce,d'autant plus que l'harmonique est d'ordre élevé. Il convient de reconnaître la présence de ces courants etéventuellement d'effectuer une analyse électrique pour quantifier, localiser la source des harmoniques, puisy remédier par des filtres, par le redimensionnement de certains composants ou simplement par uneréparation : un moteur triphasé ayant un problème sur l'un des enroulements produira un taux élevéd'harmoniques.

Le thermogramme nécessite une interprétation par l'opérateur. Celui-ci n'est pas un simple support mobilede caméra portable : il doit s'y connaître en appareillage électrique.

La caméra est de type portable à fréquence d'analyse suffisante, pour le simple confort d'exploitation :caméra au poing. Elle doit avoir une résolution thermique faible ; il est avantageux qu'elle ait un pouvoir derésolution spatiale de mesure élevé.

Sur certains sites, les courants très importants peuvent produire des inductions magnétiques si élevées queles caméras ou les écrans à tube cathodique des moniteurs s'en trouvent perturbés. Les appareils à écran àcristaux liquides (LCD) sont alors plus avantageux.





PAGE 119

D - ISOLANTS, CALORIFUGES, RÉFRACTAIRES, …

Ce type d'inspection est davantage qualitatif lorsqu'il concerne les enveloppes métalliques brillantes descalorifuges de circuits-vapeur, circuits-sodium des centrales nucléaires, des réservoirs de produits froids, ...L'émissivité est faible et il faut prendre des précautions dans l'interprétation, observer sous divers angles lascène thermique afin de ne pas se faire piéger par les réflexions parasites nombreuses. Les zonesprésentant un défaut d'isolation, dû à la dégradation des mousses ou de laine de verre (tassement, fuite),restent alors à la même place sur l'image de l'objet : elles lui sont donc liées. S'agissant de phénomènesthermiques, ils peuvent être très diffus et de limites mal définies.

Dans les cas de gaines à réfractaires, circuits de vents chauds en sidérurgie, cheminées industrielles, lesobservations par thermographie sont plus aisées. Mais l'inspection devient délicate quand des calorifuges(extérieur) masquent les écarts de température dus aux dégradations des réfractaires (intérieur).

La thermographie met en évidence les fuites aux joints qui plaquent mal ou qui se dégradent au cours dutemps, du fait des températures élevées, des fréquentes manœuvres, des agressions chimiques... Il enrésulte des infiltrations de matière indésirable (poussières, eau, ...) qui perturbent les procédés ouendommagent les équipements.

Les fuites de canalisations enterrées (chauffage industriel ou urbain) sont aisément repérables pourvu qu'onait un accès optique direct à la surface des terrains (absence de végétation, de construction, ...). Dans cecas, l'interprétation est délicate pour définir l'urgence et la priorité des réparations.

Infiltrations d'eau saine dans les circuits d'assainissement, fuites aux fissures et porosités des ouvrages enbéton (barrages, digues, canaux, ...), etc ...

Par opposition, la caméra thermique détecte les zones où un comportement isolant anormal s'est établi :encrassement d'échangeurs thermiques, dépôt de poussières et agrégats le long de tuyauteries, cokage detubes de fours de pétrochimie.

L'inspection des bâtiments (isolation thermique) entre dans cette catégorie. Le diagnostic thermographiquepeut se faire en complément du diagnostic thermique traditionnel : il est exécuté de l'intérieur de l'habitationou de l'extérieur. Cette activité est réservée à quelques prestataires de service qui n'auront que quelquessemaines par an et quelques heures par jour pour opérer : il convient en effet que le bâtiment soit chaufféavec une différence de température acceptable avec l'extérieur, qu'il n'ait pas subi un ensoleillementpréalable, qu'il ne pleuve pas sur les façades, etc ... On peut localiser des infiltrations d'air froid ou des fuitesimportantes, des ponts thermiques... Contrairement à une idée toujours en vigueur, l'inspection desbâtiments par caméra thermique représente un total d'activités très faible parmi l'ensemble des applications

de la thermographie en France.Les survols des villes par avion, à la mode à une certaine époque de crise du pétrole, ont au moinscontribué à sensibiliser la population aux économies d'énergie. Mais plus que cet aspect, c'est davantage leconfort qui est recherché par la détection des anomalies ou des dégradations dans les constructions.

Une application plus classique que l'isolation thermique des bâtiments est la détection des défauts ou desmalfaçons dans les planchers chauffants ( à l'électricité ou à eau chaude) ou dans les corps de chauffe(encrassement, blocage de vannes). Par ailleurs, les infiltrations d'eau dans les isolants des toits-terrassespeuvent être mises en évidence par thermographie.

Dans le même ordre d'idée, nous classerons ici l'entretien et la restauration des monuments à caractèrehistorique, qui utilisent la thermographie pour déterminer les zones humides ou les structures internes des

constructions.





PAGE 120

Ces cas relèvent principalement de l'imagerie thermique plutôt que de la mesure thermographique.Enfin, la dégradation lente et inéluctable des fours des industries lourdes (métallurgie, industrie verrière, ...)ou des bacs d'électrolyse (aluminium), des poches de coulée, des wagons-cigares est suivie parthermographie.

On arrive ainsi à économiser quelques mois sur la réfection des réfractaires ou à colmater des défauts quiapparaissent trop tôt dans la vie de l'équipement. Certains utilisateurs et prestataires attentifs ont pu établir

une corrélation utile entre l'épaisseur des réfractaires et les températures des surfaces extérieures des fours.





PAGE 121

E - PÉTROCHIMIE

L'usage spécifique de caméras thermiques en pétrochimie consiste à inspecter les "peaux de tube" àl'intérieur des fours de craquage des produits pétroliers. Ces produits circulent dans les tubes ; du coke(carbone) se dépose lentement sur les parois internes, créant petit à petit une couche isolante : la paroi dutube peut alors être échauffée par les flammes du four jusqu'à la température de fluage, si l'on y prenaitgarde. La caméra portable SW équipée d'un filtre spectral centré sur 3,9 µm et protégée par une cagoule enamiante à hublot "infrarouge", mesure la température des tubes (500°C à 700°C) depuis des regardspratiqués dans le réfractaire du four. L'émission de la flamme et ses réflexions sur les tubes sont quasimentinexistantes dans la bande spectrale sélectionnée, pourvu que la flamme soit en excès d'air.

La présence de suies (carbone) à haute température dans la flamme empêcherait la mesure : ces suiesémettent un rayonnement de corps noir à toutes les longueurs d'onde et formeraient un rideauinfranchissable.

Il existe peu de spécialistes de cette situation de mesure délicate. Nous indiquons aux donneurs d'ordre quel'inspection d'un four doit toujours être exécutée par la même équipe d'intervenants. L'interprétation est iciessentiellement une affaire d'expérience qui se transmet lentement et ne s'improvise pas.





PAGE 122

F - MAINTENANCE MÉCANIQUE

La contribution de la thermographie en maintenance mécanique est encore bien peu répandue.

Dès qu'il y a échauffement par un frottement devenu anormal (usure, manque de lubrification, déformationdynamique des pièces mécaniques ...), la caméra thermique peut dénoncer les points défectueux :

• paliers de moteurs ;• roulements à bille ;• courroies (défauts d'alignement de poulies) ;• chaînes ;• accouplements rigides ou souples.

Les Assureurs commencent à prévoir la suite qui sera donnée à la QUALIFICATION actuelle (installationsélectriques) : elle devrait se poursuivre vers le "bris de machines".





PAGE 123

10 - CONCLUSION





PAGE 124





PAGE 125

A - LE RÔLE DE L'OPÉRATEUR

Nous avons vu le rôle important que joue l'opérateur lors de l'appréciation et de la maîtrise de la situation demesure.

L'opérateur doit être étalonné tout autant que sa caméra !

C'est également l'opérateur qui décide des grandeurs d'influence et qui entre leurs valeurs dans lecalculateur associé à sa caméra.

C'est encore l'opérateur, par sa connaissance des scènes thermiques observées et son expérience desmatériels d'inspection, qui détecte les éventuels problèmes de mesure dus à ces matériels. C'est encore luiqui utilise et entretient ses équipements de mesure afin qu'ils lui rendent les services inestimables qu'il en

attend.La thermographie nécessite des opérateurs formés aux interventions pertinentes et rapides sur le site et à larédaction ultérieure de rapports d'examen circonstanciés.

L'édition d'un rapport est un acte important pour les sociétés intervenant au bénéfice d'un client interne ouexterne. Ce rapport n'est pas rédigé par le système de thermographie ni par l'ordinateur de traitement : ici,l'"erreur de l'ordinateur" ne sera pas acceptée.

C'est un domaine où il est conseillé de faire appel à la prestation de service de sociétés performantes dontles opérateurs auront donc nécessairement suivis un stage dans un organisme de formation compétent enthermographie appliquée (et non chez un représentant vendeur de caméras). Cette recommandations'adresse aux entreprises qui hésitent à s'équiper de matériel de thermographie et à celles qui ne veulent ou

ne peuvent pas investir en matériel et en personnel. Le coût d'un opérateur (technicien supérieur) etl'amortissement d'un matériel nécessitent un budget annuel d'environ 250 à 350 milles francs français(2000). C'est l'opérateur qui coûte le plus cher.

L'opérateur compétent, assuré et modeste, a appris où s'arrêtent les possibilités de l'instrument qu'ilmanipule et où lui-même doit s'arrêter et passer la main à d'autres spécialistes.





PAGE 126

B - VERS LES SPÉCIALISTES

Céder la place en faisant appel aux services d'autres connaisseurs plus expérimentés dans les cas délicats,c'est tout à l'honneur d'un nouvel opérateur et même des plus chevronnés en matière de thermographie.

Ces autres spécialistes vont au-delà des instruments et développent des compléments de matériels et delogiciels, compléments indispensables pour mener à bien des mesures en conditions trop délicates pour leséquipements standard des fournisseurs.

Vous qui êtes formés à la thermographie appliquée aux contrôles des installations électriques, n'intervenezpas en contrôle de produits ou de procédés et encore moins en recherche et développement, sans un trèssérieux complément de formation.





PAGE 127

11 - LES SEPT RÈGLES

DU THERMOGRAPHE

RÈGLES EN CONTRÔLE DES INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES





PAGE 128





PAGE 129

1 - ATTENDRE QUE ÇA CHAUFFE

N'est-ce pas ?!

Une installation ou partie d'installation, hors tension ou sans courant, n'est pas contrôlable parthermographie.

L'électricien du site, qui vous assiste, saura vous dire si les composants sont sollicités et comment ils lesont. Vous devrez l 'indiquer dans vos rapports.

2 - REGARDER AILLEURS, PUIS REGARDER

Commencer par regarder ailleurs.

Derrière la caméra, c'est là que se trouve l'environnement de la scène qu'elle observe. Regardez donc cetenvironnement avec la caméra pour estimer si les mesures peuvent être perturbées. Agissez enconséquence.

Regardez la scène avec vos yeux. Vous comprendrez alors ce que la caméra voit.

Vous comprendrez ainsi l'image thermique.

3 - NE PAS MESURER MAIS DEDUIRE, PUIS MESURER

Ne pas mesurer sur un câble de section trop faible.

Ne pas mesurer un objet froid dans un environnement chaud.

Ne pas mesurer au travers d'un objet semi-transparent, sauf spécialement conçu à cet effet.

Ne pas mesurer à grande distance.

Ne déposez pas les protections ni les capots des appareillages (demandez qu'ils soient déposés). Déduisezla présence d'échauffements cachés. Mais n'en déduisez pas des valeurs de température.

Ne laissez pas la caméra mesurer seule, elle ne sait rien faire sans vous. Mesurez les grandeurs d'influence.





PAGE 130

4 - MESURER DES VALEURS DE TEMPÉRATURES

Les 1/10èmes

de °C ne sont pas significatifs.

Arrondissez au degré C les valeurs absolues ou les écarts.

La mesure est incertaine, ou certaine à TANT de °C près.

5 - LA CAMÉRA VOIT. L'OPÉRATEUR VOIT ET MESURE

La caméra thermique voit dans l'infrarouge. Vous voyez dans le visible.

La caméra ne mesure pas des températures à votre place. C'est vous qui mesurez les températures.

6 - ETRE SÛR DE SOI

L'appréciation et la maîtrise de la situation de mesure se confirment par l'expérience.

Vous deviendrez sûr de vous, avec le temps. Vous serez un professionnel.

Passez du temps à vous documenter et à apprendre.

7 - MAIS RESTER MODESTE

Ne criez pas victoire devant un point chaud sur une installation électrique. De légers détails sont peut-êtreplus importants.

Vous êtes un professionnel qui rend service avec un outil puissant.

Vous n'êtes certainement pas un professionnel de la thermographie.





PAGE 131

12 - BIBLIOGRAPHIE





PAGE 132





PAGE 133

OUVRAGES DE RÉFÉRENCE

MESURE PAR THERMOGRAPHIE INFRAROUGE, de Dominique PAJANI. ADD Editeur. 1989. 450 pages.

THERMOGRAPHIE INFRAROUGE APPLIQUEE A LA MAINTENANCE INDUSTRIELLE, de DominiquePAJANI. Institut de la Thermographie. 1999. 100 pages.

NORMES FRANÇAISES DE THERMOGRAPHIE

NF A 09 400 Vocabulaire de thermographie. 1991.

NF A 09 420 Caractérisation des appareillages. 1992.

NF A 09 421 Méthodes de caractérisation des appareillages. 1992.

NF EN 13187 Isolation thermique. Méthode infrarouge pour la détection qualitative d'irrégularitésthermiques dans la structure externe des bâtiments. 1999. (vieille norme X 10-023 de 1982)

AUTRES NORMES FRANÇAISES

NF X 07-001 Vocabulaire international des termes fondamentaux et généraux de métrologie. 39 p. AFNOR.Décembre 1994.

NF X 02-206 Grandeurs et unités. Rayonnements électromagnétiques et optiques. 21 p. AFNOR. Décembre1993.

DOCUMENT TECHNIQUE CNPPD19 – Document Technique - Thermographie infrarouge – Contrôle des installations électriques. Edition03.1999.0 (mars 1999). APSAD - CNPP ENTREPRISE.





PAGE 134





PAGE 135

ANNEXE 1

SCHÉMA SYNOPTIQUE

DES TEMPÉRATURES





PAGE 136





PAGE 137





PAGE 138





PAGE 139

ANNEXE 2

DÉTAILS SUR LES CAMÉRAS

THERMOVISION 400, 700 et 800

POUR LES UTILISATEURS DE CES CAMÉRAS





PAGE 140





PAGE 141

LES RANGE et LEVEL sur les caméras THERMOVISION 400

Sur ces caméras, le NIVEAU est réglable sur 4 096 niveaux numériques ou NN (numérisation sur 12 bits).

La GAMME ou RANGE est appelé SENSITIVITY. Nous donnons, en figure, la correspondance avec leRANGE classique sur les caméras plus anciennes du même fabricant.

Chez celui-ci, les unités retenues pour les flux mesurés par le détecteur sont appelées "unitésisothermiques" ou UI. C'est dans ces unités que sont tracées les courbes d'étalonnage et qu'elles sontintroduites dans le calculateur interne.

On déduit les variations autorisées du NIVEAU et de la GAMME.

Valeur minimale du NIVEAU : 0 UI ou 0 NN.

Valeur maximale du NIVEAU : 1 000 UI (caméras 700) ou 500 UI (caméras 800) ou 4 095 NN (caméras400). Les 4 096 NN des caméras 400 correspondent exactement aux 500 UI des caméras 800.

Nombre de GAMMES : 9 (caméras 700) ou 8 (caméras 800 ou 400) positions discrètes.

La GAMME maximale permettant d'avoir toute la plage de fonctionnement présentée sur le moniteur couvredonc les 1 000 UI ou les 500 UI ou les 4 096 NN (SENSITIVITY = 8). Sélectionnons cette GAMME.

Le seul NIVEAU autorisé est alors théoriquement de 500 UI (caméras 700) ou 250 UI (caméras 800 ou 400)soit 2 047 NN.

Si maintenant, on diminue le NIVEAU, ceci signifie que l'on voudrait visualiser des flux négatifs (inférieurs à0 UI ou à 0 NN). On a alors un message d'erreur.

En fait, le réglage du NIVEAU à 2 047 NN fait sortir la caméra du calibre spécifié par le fournisseur (- 20°Cminimum en température apparente). En effet, on obtient des luminances nulles en correspondance du Noirsur le moniteur. On a alors un message d'erreur. Il faut remonter le NIVEAU jusqu'à obtenir une températureminimale de - 20°C (calculée sur la température apparente).

Si, maintenant, le NIVEAU est augmenté, le fabricant laisse la possibilité à la plage de rayonnement de 500UI (GAMME = 500 UI ou SENS = 8) de dépasser de 20 % le réglage maximum théorique normal de 500 UI :le maxi peut donc aller jusqu'à 600 UI ou 4 096 x 1,2. Au-delà, il y a un message d'erreur. La non-linéaritédes détecteurs utilisés dans ces caméras a conduit le fournisseur à une limitation à 600 UI lors de latranscription en température : les 600 UI représentent donc le résultat maximum des calculs de rayonnementqu'aurait reçu la caméra en provenance d'un corps noir à la température recherchée, avant utilisation descourbes d'étalonnage (on comprendra mieux ce fait au Chapitre 8).

Le NIVEAU étant bien réglé, on commute la GAMME sur 200 UI (SENSITIVITY 7). Les variations duNIVEAU autorisées seront maintenant beaucoup plus larges.

Dans le principe et sans considérer désormais les messages d'erreur apparaissant aux bornes, on voit quele NIVEAU peut prendre des valeurs (en UI) comprises entre la demi GAMME et le NIVEAU maximumdiminué de la demi GAMME. Etc ... en diminuant la GAMME (ou la SENSITIVITY).

Ainsi, quand un message d'erreur apparaît, il convient de modifier les réglages de NIVEAU ou de GAMMEselon les minimum et maximum de température qui apparaissent sur l'image du moniteur.

Schéma en page suivante.





PAGE 142

GAMME ou RANGE ou SENSITIVITY pour les caméras THERMOVISION 400

LA DETECTION DE DEPASSEMENT sur les caméras THERMOVISION 400

Sur les caméras THERMOVISION de la série 400 (et 800 avec CU 800 V), cette fonction est intégrée à lafonction isotherme. La fonction isotherme permettra de savoir immédiatement s'il y a des zones dans l'imagethermique qui dépassent la plage des températures visualisées, que ce soit en haut de la GAMME ou en basde la GAMME.

A une GAMME et un NIVEAU fixés, et en plaçant l'isotherme de couleur noire tout à fait en haut de la plagevisualisée, toutes les valeurs dépassant la plage des températures visualisables seront présentées en noir.En accroissant progressivement le NIVEAU, ces zones noires vont disparaître petit à petit, la plage detempératures visualisables étant déplacée vers le haut. A la limite de disparition de l'isotherme noire, onobtient bien la valeur du maximum de température apparente de la scène thermique.

Il en est de même vers le noir de l'image thermique, en plaçant l'isotherme de couleur blanche tout à fait enbas de la plage visualisée. Les zones de la scène thermique dont la température est inférieure à la plagedes températures visualisées apparaîtront en blanc. En abaissant le NIVEAU, on fera disparaître ces zonesblanches. A la limite de disparition de l'isotherme blanche, on obtient la valeur du minimum de température apparente de la scène thermique.

Ayant ainsi les valeurs du mini et du maxi, on en déduit les valeurs optimales du NIVEAU et de la GAMME,selon la méthodologie du cadrage thermique exposée plus haut.

Les caméras INFRAMETRICS disposent d'une échelle particulière de couleurs et Noir & Blanc qui permet derégler la GAMME et le NIVEAU très rapidement. L'image thermique est présentée en échelle continue degris. Le dépassement en bas est en bleu et le dépassement en haut est en rouge. C'est la solution la plusagréable ; elle est reprise par les caméras de nouvelle technologie.





PAGE 143

LE CADRAGE THERMIQUE sur les caméras THERMOVISION 700 et 800travaillant en Unités Isothermiques

Comment faire des réglages corrects du NIVEAU et de la GAMME ?

Bien que la méthodologie présentée ci-après ne soit pas utilisable de façon réaliste sur le site, elle est la pluslogique. Elle permet de comprendre. On verra ensuite d'autres méthodes plus rapides de réglages corrects.

S'il n'a pas accès aux valeurs de rayonnement mesurées (ce qui est désormais le cas général), l'opérateurmesure (ou estime) d'abord les mini et maxi de températures apparentes sur la scène thermique observée.Nous verrons ensuite comment ces mesures sont effectuées.

Au moyen de la courbe d'étalonnage de la caméra (si le constructeur les fournit), donnée en UnitésArbitraires UA, on détermine les mini et maxi en luminances (en UA).

Le NIVEAU optimum est au centre de la plage et vaut donc :NIVEAU = (maxi + mini) / 2 en UA.

La GAMME est la valeur existante incluant le Mini et le Maxi :

GAMME supérieure à [maxi - mini] en UA.Par exemple : Tmini (température apparente) = + 15°C et Tmaxi (température apparente) = + 45°C.

Sur la courbe d'étalonnage de la figure ci-après, donnée pour une caméra THERMOVISION 782 SW avecun objectif de 20°C, sans filtre, sur le diaphragme 1.8, on obtient en UI (unités arbitraires du constructeur) :mini ≅ 18 UI et maxi ≅ 48 UI.

D'où NIVEAU = (48 + 18) / 2 = 33 UI = 33 x 4 096 / 500 NN = 270 NNEt GAMME = Sup [48 - 18] = 50 UI ==> SENSITIVITY = 5

Début de la courbe d'étalonnage servant pour l'exemple donné dans le texte





PAGE 144

Ce sera le réglage optimum.

On obtient un Mini affiché de - 6,5°C et un Maxi affiché de + 52°C (températures apparentes). Mini < mini etMaxi > maxi.

Ceci constitue la base du cadrage thermique.

L'opération de cadrage thermique consiste donc à cadrer thermiquement la scène thermique observée. Lesmini et maxi sont définis par l'opérateur selon le but de l'inspection ou de l'édition de document.





PAGE 145

ANNEXE 3

TABLEAU D'ÉMISSIVITÉS

Recommandation importante

Les valeurs d'émissivités normales données ci-après sont des valeurs indicatives. Elles peuvent êtreutilisées, avec précaution, pour dégrossir les calculs de température.

Pour les matériaux isolants, on vérifiera que leur épaisseur est suffisante pour que les valeurs d'émissivitésindiquées aient un sens.

T est la température en °C à laquelle a eu lieu la mesure."dλ" est la longueur d'onde ou la bande spectrale en µm.εn(dλ,T) est l'émissivité normale pour dλ et T.





PAGE 146





PAGE 147

T dλ εn(dλ,T)

ACIER

Acier classique en feuille 100 2 0,6/0,7Acier classique en feuille 30 5 0,5/0,7Acier classique en feuille 30 8 à 12 0,4/0,6Acier de fonderie poli 770/1040 2 à 5 0,52/0,56Acier doux en fusion 1600/1800 2 à 5 0,28Acier en fusion 1400 2 0,25/0,4Acier en fusion 1400 5 0,1/0,2Acier en fusion 1500/1650 2 à 5 0,42/0,53Acier forgé 950/1100 2 à 5 0,55/0,60Acier galvanisé 30 2 à 5 0,28Acier inoxydable 100 2 0,2/0,9Acier inoxydable 20/700 2 à 5 0,16/0,45Acier inoxydable 30 5 0,15/0,8Acier inoxydable 30 8 à 12 0,1/0,8Acier inoxydable 18-8 30 2 à 5 0,16

Acier inoxydable 18-8 500 2 à 5 0,35Acier inoxydable 304 215/490 2 à 5 0,36/0,44Acier inoxydable 310 215/520 2 à 5 0,9/0,97Acier laminé à froid 30 5 0,8/0,9Acier laminé à froid 30 8 à 12 0,7/0,9Acier oxydé 100 2 0,8/0,9Acier oxydé 100 2 à 5 0,74Acier oxydé 200/600 2 à 5 0,8Acier oxydé 30 5 0,7/0,9Acier oxydé 30 8 à 12 0,7/0,9Acier oxydé à 600°C 200/600 2 à 5 0,79Acier rouillé 20 2 à 5 0,69

Acier poli 100 2 à 5 0,07Acier poli en feuille 100 2 0,2Acier poli en feuille 30 5 0,1Acier poli en feuille 30 8 à 12 0,1Acier zingué en feuille 30 2 à 5 0,23

ALUMINIUM

Aluminium anodisé 30 2 à 5 0,55Aluminium brillant (feuille) 20 2 à 12 0,04Aluminium brut 20/50 2 à 5 0,06/0,07Aluminium en feuille 50 3 0,09Aluminium en feuille mate 100 2 à 5 0,09Aluminium légèrement oxydé 35/600 2 à 5 0,1/0,2Aluminium A3003 oxydé 100 2 0,4Aluminium A3003 oxydé 30 8 à 12 0,3Aluminium (oxyde de) 100 2 à 5 0,2/0,3Aluminium fortement oxydé 20 2 à 5 0,83/0,94Aluminium oxydé 100 2 0,2/0,4Aluminium oxydé 30 5 0,2/0,4Aluminium oxydé 30 8 à 12 0,2/0,4Aluminium A3003 oxydé 30 5 0,4Aluminium grossier 100 2 0,2/0,6Aluminium grossier 30 5 0,1/0,4Aluminium grossier 30 8 à 12 0,1/0,3

.../...





PAGE 148

T dλ εn(dλ,T)

.../...Aluminium lingot brut 50 3 0,28Aluminium non oxydé 100 2 0,02/0,1Aluminium non oxydé 30 5 0,02/0,2

Aluminium non oxydé 30 8 à 12 0,02/0,1Aluminium poli 100 2 0,02/0,1Aluminium poli 30 5 0,02/0,1Aluminium poli 30 8 à 12 0,02/0,1Aluminium poli 50/100 2 à 5 0,07

ARGENT

Argent 100 2 0,02Argent 30 5 0,02Argent 30 8 à 12 0,02Argent poli 100 2 à 5 0,05Argent poli 200/600 2 à 5 0,02/0,03

BRONZE

Bronze brut 50/150 2 à 5 0,55Bronze en poudre 30 2 à 5 0,8Bronze poli 50 2 à 5 0,1

CARBONE

Carbone graphite 100 2 0,8/0,9Carbone graphite 30 5 0,7/0,9Carbone graphite 30 8 à 12 0,7/0,8

Carbone non oxydé 100 2 0,8/0,9Carbone non oxydé 30 5 0,8/0,9Carbone non oxydé 30 8 à 12 0,8/0,9

CHROME

Chrome 100 2 0,05/0,3Chrome 30 5 0,03/0,3Chrome 30 8 à 12 0,02/0,2Chrome poli 100/1000 2 à 5 0,08/0,4Chrome poli 50 2 à 5 0,1

CUIVRECuivre en fusion 1100/1300 2 à 5 0,13/0,15Cuivre grossier 100 2 0,05/0,2Cuivre grossier 30 5 0,05/0,15Cuivre grossier 30 8 à 12 0,05/0,1Cuivre (oxyde de) 800/1100 2 à 5 0,55/0,65Cuivre oxydé 100 2 0,7/0,9Cuivre oxydé 30 5 0,5/0,8Cuivre oxydé 30 8 à 12 0,4/0,8Cuivre oxydé 50 2 à 5 0,7Cuivre fortement oxydé 30 2 à 5 0,78.../...





PAGE 149

T dλ εn(dλ,T)

.../...Cuivre poli 100 2 à 5 0,03Cuivre poli 30 8 à 12 0,03Cuivre poli laminé 20 10 0,01

Cuivre poli miroir 100 2 à 5 0,05ETAIN

Etain oxydé 30 2 à 5 0,4Etain poli 20/50 2 à 5 0,04/0,06

FER

Fer blanc en feuille 100 2 à 5 0,07Fer blanc non oxydé 100 2 0,1/0,3Fer blanc non oxydé 30 5 0,05Fer blanc non oxydé 30 8 à 12 0,05Fer blanc très oxydé 0/200 2 à 5 0,6Fer brut non oxydé 20 2 à 5 0,24Fer non oxydé 100 2 0,1/0,3Fer non oxydé 30 5 0,05/0,25Fer non oxydé 30 8 à 12 0,05/0,2Fer de coulée 20 2 à 5 0,45Fer de fonderie en fusion 1300/1400 2 à 5 0,29Fer en fusion 1300 2 0,4/0,6Fer forgé mat 100 2 0,95Fer forgé mat 30 5 0,9Fer forgé mat 30 8 à 12 0,9Fer fortement rouillé 20 2 à 5 0,91

Fer galvanisé 30 2 à 5 0,25Fer laminé en feuille 20 2 à 5 0,66Fer poli 200 2 à 5 0,2Fer poli 400/1000 2 à 5 0,14/0,38Fer poli électrolytique 200 2 à 5 0,06Fer pur en fusion 1515/1680 2 à 5 0,42/0,45Fer oxydé 100 2 0,7/0,9Fer oxydé 100 2 à 5 0,74Fer oxydé 30 5 0,6/0,9Fer oxydé 30 8 à 12 0,5/0,9Fer oxydé à 600°C 200/600 2 à 5 0,64/0,78Fer oxydé en feuille 30 2 à 5 0,8

Fer oxydé en lingot 900/1100 2 à 5 0,87/0,95Fer oxydé état brut 20 2 à 5 0,69Fer rouillé 100 2 0,6/0,9Fer rouillé 20 2 à 5 0,61/0,85Fer rouillé 30 5 0,5/0,8Fer rouillé 30 8 à 12 0,5/0,7Fer très oxydé brut 40/250 2 à 5 0,95Fer (oxyde de) 500/1200 2 à 5 0,78/0,82Fer trempé oxydé 30 2 à 5 0,94Fer trempé poli 40/250 2 à 5 0,28





PAGE 150

T dλ εn(dλ,T)

FONTE

Fonte brute 50 2 à 5 0,81Fonte en fusion 1300 2 0,3/0,4

Fonte en fusion 1300 2 à 5 0,28Fonte en fusion 1300 5 0,2/0,3Fonte en fusion 1300 8 à 12 0,2/0,3Fonte non oxydée 100 2 0,3Fonte non oxydée 30 5 0,25Fonte non oxydée 30 8 à 12 0,2Fonte oxydée 100 2 0,7/0,95Fonte oxydée 30 5 0,65/0,95Fonte oxydée 30 8 à 12 0,6/0,95Fonte polie 200 2 à 5 0,21

INCONEL

Inconel microbillé 100 2 0,3/0,6Inconel microbillé 30 5 0,3/0,6Inconel microbillé 30 8 à 12 0,3/0,6Inconel oxydé 100 2 0,6/0,9Inconel oxydé 30 5 0,6/0,9Inconel oxydé 30 8 à 12 0,7/0,95Inconel poli électrolytique 100 2 0,25Inconel poli électrolytique 30 5 0,15Inconel poli électrolytique 30 8 à 12 0,15

LAITON

Laiton oxydé 100 2 0,6Laiton oxydé 200/600 2 à 5 0,6Laiton oxydé 30 5 0,5Laiton oxydé 30 8 à 12 0,5Laiton poli 100 2 0,01/0,05Laiton poli 30 5 0,01/0,05Laiton poli 30 8 à 12 0,01/0,05Laiton poli miroir 30 2 à 5 0,03Laiton satiné 100 2 0,4Laiton satiné 30 5 0,3Laiton satiné 30 8 à 12 0,3

MAGNESIUM

Magnésium 100 2 0,05/0,2Magnésium 30 5 0,03/0,15Magnésium 30 8 à 12 0,02/0,1Magnésium en poudre 30 2 à 5 0,86Magnésium oxydé 275/825 2 à 5 0,2/0,55Magnésium oxydé 900/1670 2 à 5 0,2Magnésium poli 20 2 à 5 0,07





PAGE 151

T dλ εn(dλ,T)

MERCURE

Mercure 0/100 2 à 5 0,09/0,12Mercure 100 2 0,05/0,15

Mercure 30 5 0,05/0,15Mercure 30 8 à 12 0,05/0,15

MOLYBDENE

Molybdène non oxydé 100 2 0,1/0,3Molybdène non oxydé 30 5 0,1/0,15Molybdène non oxydé 30 8 à 12 0,1Molybdène oxydé 100 2 0,4/0,9Molybdène oxydé 30 5 0,3/0,7Molybdène oxydé 30 8 à 12 0,2/0,6

NICKEL

Nickel électrolytique 100 2 0,1/0,2Nickel électrolytique 30 2 à 5 0,11Nickel électrolytique 30 5 0,1/0,15Nickel électrolytique 30 8 à 12 0,05/0,15Nickel électrolytique poli 30 2 à 5 0,05Nickel en fil 180/1010 2 à 5 0,09/0,19Nickel (oxyde de) 650/1250 2 à 5 0,59/0,86Nickel oxydé 100 2 0,4/0,7Nickel oxydé 200/600 2 à 5 0,37/0,48Nickel oxydé 30 5 0,3/0,6Nickel oxydé 30 8 à 12 0,1/0,14

Nickel poli 20 2 à 5 0,05Nickel alliage argent 100 2 à 5 0,14Nickel alliage chrome 50/1050 2 à 5 0,64/0,76Nickel-chrome en fil oxydé 50/500 2 à 5 0,95/0,98Nickel-chrome en fil poli 50/1000 2 à 5 0,65/0,79

OR

Or 100 2 0,01/0,1Or 30 5 0,01/0,1Or 30 8 à 12 0,01/0,1Or poli 100 2 à 5 0,02

PLATINE

Platine 100 2 0,1/0,4Platine 30 5 0,05/0,3Platine 30 8 à 12 0,02/0,3Platine brut 1000/1500 2 à 5 0,14/0,18Platine noir 100 2 0,95Platine noir 30 5 0,9Platine noir 30 8 à 12 0,9Platine poli 200/600 2 à 5 0,05/0,1





PAGE 152

T dλ εn(dλ,T)

PLOMB

Plomb brillant 250 2 à 5 0,08Plomb brut 100 2 0,5

Plomb brut 30 5 0,4Plomb brut 30 8 à 12 0,4/4Plomb légèrement oxydé 25/300 2 à 5 0,2/0,45Plomb oxydé 100 2 0,3/0,7Plomb oxydé 20 2 à 5 0,30Plomb oxydé 30 5 0,2/0,7Plomb oxydé 30 8 à 12 0,2/0,6Plomb poli 100 2 0,05/0,2Plomb poli 30 5 0,05/0,2Plomb poli 30 8 à 12 0,05/0,1Plomb pur non oxydé 125/225 2 à 5 0,06/0,08

TITANE

Titane oxydé 100 2 0,6/0,8Titane oxydé 30 5 0,5/0,7Titane oxydé 30 8 à 12 0,5/0,6Titane poli 100 2 0,2/0,5Titane poli 30 5 0,1/0,3Titane poli 30 8 à 12 0,05/0,2

TUNGSTENE

Tungstène 100 2 0,1/0,6Tungstène 200 2 à 5 0,05

Tungstène 30 5 0,05/0,5Tungstène 30 8 à 12 0,03Tungstène 600/1000 2 à 5 0,1/0,16Tungstène (filament) 3300 2 à 5 0,4Tungstène poli 100 2 0,1/0,3Tungstène poli 30 5 0,05/0,25Tungstène poli 30 8 à 12 0,03/0,1

ZINC

Zinc en feuille 100 2 à 5 0,21Zinc en feuille 50 2 à 5 0,2Zinc en poudre 30 2 à 5 0,82Zinc (oxyde de) 30 2 à 5 0,28Zinc oxydé 100 2 0,15Zinc oxydé 30 5 0,1Zinc oxydé 30 8 à 12 0,1Zinc oxydé 400 2 à 5 0,11Zinc oxydé 1000/1200 2 à 5 0,5/0,6Zinc oxydé à 400°C 400 2 à 5 0,01Zinc poli 100 2 0,05Zinc poli 200/300 2 à 5 0,04/0,05Zinc poli 30 5 0,03Zinc poli 30 8 à 12 0,02





PAGE 153

T dλ εn(dλ,T)

MATERIAUX MINERAUX

Amiante 100 2 0,8Amiante 30 5 0,9

Amiante 30 8 à 12 0,95Argile 100 2 0,8/0,95Argile 30 5 0,85/0,95Argile 30 8 à 12 0,95Basalte 30 5 0,7Basalte 30 8 à 12 0,7Béton 100 2 0,9Béton 20 2 à 5 0,94Béton 30 5 0,9Béton 30 8 à 12 0,95Brique blanche 100 2 à 5 0,9Brique blanche 1000 2 à 5 0,7Brique réfractaire 1100 2 à 5 0,75

Brique rouge 20 2 à 5 0,95Calcaire 30 5 0,4/0,98Calcaire 30 8 à 12 0,98Carbone noir de fumée 90/220 2 à 5 0,95Carborundum 100 2 0,95Carborundum 30 5 0,9Carborundum 30 8 à 12 0,9Céramique 100 2 0,8/0,95Céramique 100 2 à 5 0,85/0,95Céramique 30 5 0,85/0,95Céramique 600 2 à 5 0,6/0,9Chaux 30 2 à 5 0,3/0,4

Ciment 30 2 à 5 0,54Craie 30 5 0,4/0,97Craie 30 8 à 12 0,8/0,95Email 30 2 à 5 0,9Email blanc 20 2 à 5 0,9Fibre de verre 20 2 à 5 0,80/0,98Gravier 30 5 0,95Gravier 30 8 à 12 0,95Magnésie en poudre 30 2 à 5 0,2/0,3Marbre 20 2 à 5 0,93Pierre 20 2 à 5 0,92Plâtre 30 2 à 5 0,92Porcelaine blanche 20 2 à 5 0,7/0,75Porcelaine vitreuse 20 2 à 5 0,92Quartz fondu 20 2 à 5 0,93Sable 20 2 à 5 O,6/0,9Sable 30 5 0,9Sable 30 8 à 12 0,9Scories de hauts fourneaux 0/100 2 à 5 0,93/0,97Scories de hauts fourneaux 200/500 2 à 5 0,78/0,89Scories de hauts fourneaux 600/1200 2 à 5 0,7/0,76Scories de hauts fourneaux 1400/1800 2 à 5 0,67/0,69Shingle 20 2 à 5 0,74/0,96Silice en poudre 20 2 à 5 0,48Sol 30 8 à 12 0,9/0,98

.../...





PAGE 154

T dλ εn(dλ,T)

.../...Sol humide 20 2 à 5 0,95Sol sec 20 2 à 5 0,9Terre cuite 70 2 à 5 0,91

Verre à four 200/550 2 à 5 0,85/0,95Verre époxy 20 2 à 5 0,86Verre paraison 1100/1200 2 0,4/0,9Verre paraison 1100/1200 5 0,9Verre plat 100 2 0,2Verre plat 30 5 0,98Verre plat 30 8 à 12 0,85Verre plat classique 0/200 2 à 5 0,85

MATERIAUX ORGANIQUES

Asphalte 0/200 2 à 5 0,85Asphalte 30 5 0,95

Asphalte 30 8 à 12 0,95Bande adhésive noire 30 5 0,97Bois 30 2 à 5 0,78Bois brut 20 2 à 5 0,83Bois de construction 30 5 0,87Bois naturel 30 5 0,9/0,95Bois naturel 30 8 à 12 0,9/0,95Bois planche 30 2 à 5 0,8/0,9Caoutchouc 30 5 0,9/0,95Caoutchouc 30 8 à 12 0,95Caoutchouc brut 30 2 à 5 0,86Caoutchouc dur 30 2 à 5 0,95

Caoutchouc dur brillant 30 2 à 5 0,94Caoutchouc souple 30 2 à 5 0,86Carton lisse 30 3 0,8Charbon de bois 30 2 à 5 0,96Contreplaqué 20 2 à 5 0,83/0,98Cuir 30 2 à 5 0,75/0,8Feuille d'arbre, écorce 30 2 à 12 0,98Laine 30 2 à 5 0,78Papier 0/100 2 à 5 0,8/0,95Papier 30 5 0,95Papier 30 8 à 12 0,95Papier enduit 30 2 à 5 0,91Papier peint 30 2 à 5 0,85/0,9Papier plastifié 30 2 à 5 0,84/0,94Peau brute 30 2 à 5 0,98Plastique blanc 30 2 à 5 0,84Plastique noir 30 2 à 5 0,95Plastique opaque 30 8 à 12 0,95Plastique opaque 50 2 à 50,95Plexiglass 30 2 à 5 0,86Polypropylène épais 20 2 à 5 0,97Soie 30 2 à 5 0,78Textile 30 2 à 5 0,95Textile vêtements 30 8 à 12 0,95Vinyle épais 30 2 à 5 0,75/0,93





T dλ εn(dλ,T)

PEINTURE ET EAU

3M black velvet 9560 40 3 0,99Eau 0/100 8 à 12 0,93

Eau 0/100 2 à 5 0,95Givre <0 2 à 5 0,98Glace <0 8 à 12 0,98Glace <0 2 à 5 0,98Huile 20 2 à 5 0,82Krylon blanche mate 1502 40 3 0,99Krylon noire mate 50 3 0,95Krylon noire ultra mate 40 5 O,97Laque noire brill. (spray) 30 2 à 5 0,82/0,88Laque noire mate 40/90 2 à 5 0,96/0,98Laque noire ou blanche 40/90 2 à 5 0,8/0,95Neige <0 8 à 12 0,9Neige <0 2 à 5 0,85

Peinture 30 8 à 12 0,9/0,95Peinture brillante 20/100 2 à 5 0,9Peinture à l'huile 30 2 à 5 0,92/0,97Peinture huile grise mate 40 2 à 5 0,97Peinture huile noire mate 40 2 à 5 0,94Peinture huile vernie grise 40 2 à 5 0,96Peinture huile vernie noire 40 2 à 5 0,92Peinture mate 20/100 2 à 5 0,95Peinture pour radiateur 100 2 à 5 0,77/0,85

cours thrmo pajani

Documents