Application de La Thermographie Infrarouge Au Diagnostic

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7/23/2019 Application de La Thermographie Infrarouge Au Diagnostic http://slidepdf.com/reader/full/application-de-la-thermographie-infrarouge-au-diagnostic 1/13 Les méthodes et outils de diagnostic et de contrôle appliqués pour la maintenance et la maîtrise des risques - Application de la Thermographie infrarouge au diagnostic Vincent Leemans, Unité de Mécanique et Construction, Faculté universitaire des Sciences agronomiques de Gembloux 2 assage des !é"ortés , #$%$ Gembloux &'elgique( leemans)v*+sagx)ac)be 1. Introduction La termogra"ie vise la mesure de la tem"érature de la sur+ace dun cor"s, sans contact) Le résultat est une mesure bi-dimensionnelle, une carte, similaire . une image) La di++érence ma/eure "ar ra""ort . une image est que le ra0onnement acquis "ar la caméra est en grande "artie émis "ar la sur+ace observée &et non ré+lécis( et "eut, mo0ennant étalonnage, 1tre convertis en mesure de tem"érature) Lex"osé com"orte quatre "arties) La "remire donne les bases des trans+erts termiques, la deuxime "résente lacquisition dun termogramme, dont le traitement et lanal0se sont discutés dans la troisime "artie) La "résentation des a""lications "ossibles termine lex"osé) 2. Transfert thermique La tem"érature est la mesure de la sensation de caud et de +roid) 3u niveau microsco"ique, cest une mesure de lénergie cinétique des "articules &molécules, atomes et électrons() 3u niveau macrosco"ique elle détermine les trans+erts de caleur) 4l existe un 5éro absolu corres"ondant . labsence de mouvements ou . une "ression nulle "our les ga5) La caleur est lénergie trans+érée dun cor"s . un autre, suite . une di++érence de tem"érature) 4l existe "lusieurs voies de trans+ert "ossibles) Le "oint 2)6 donne un a"er7u de la conduction et de la convection alors que le "oint 2)2 détaille le ra0onnement)  2.1. Modes de transferts La conduction est liée . la "ro"agation dans la matire, "ar trans+ert dénergie cinétique entre "articules) La conduction est régie "ar léquation 6 8 Q=−kA    x 1 o9 Q  est la quantité de caleur,  le coe++icient de conduction, lié . la conductivité termique et lé"aisseur,  A laire de la section "ar laquelle le trans+ert so"re, δ T/ δ  x est le gradient de tem"érature) Le trans+ert est inversement "ro"ortionnel au gradient de tem"érature et directement

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Les méthodes et outils de diagnostic et de contrôle appliquéspour la maintenance et la maîtrise des risques

-

Application de la Thermographie infrarouge au diagnostic

Vincent Leemans,

Unité de Mécanique et Construction,

Faculté universitaire des Sciences agronomiques de Gembloux

2 assage des !é"ortés , #$%$ Gembloux &'elgique(

leemans)v*+sagx)ac)be

1. Introduction

La termogra"ie vise la mesure de la tem"érature de la sur+ace dun cor"s, sans contact) Lerésultat est une mesure bi-dimensionnelle, une carte, similaire . une image) La di++érence ma/eure"ar ra""ort . une image est que le ra0onnement acquis "ar la caméra est en grande "artie émis "ar lasur+ace observée &et non ré+lécis( et "eut, mo0ennant étalonnage, 1tre convertis en mesure detem"érature)

Lex"osé com"orte quatre "arties) La "remire donne les bases des trans+erts termiques, ladeuxime "résente lacquisition dun termogramme, dont le traitement et lanal0se sont discutés

dans la troisime "artie) La "résentation des a""lications "ossibles termine lex"osé)

2. Transfert thermique

La tem"érature est la mesure de la sensation de caud et de +roid) 3u niveau microsco"ique, cestune mesure de lénergie cinétique des "articules &molécules, atomes et électrons() 3u niveaumacrosco"ique elle détermine les trans+erts de caleur) 4l existe un 5éro absolu corres"ondant .labsence de mouvements ou . une "ression nulle "our les ga5)

La caleur est lénergie trans+érée dun cor"s . un autre, suite . une di++érence de tem"érature) 4lexiste "lusieurs voies de trans+ert "ossibles) Le "oint 2)6 donne un a"er7u de la conduction et de la

convection alors que le "oint 2)2 détaille le ra0onnement)

2.1. Modes de transferts

La conduction est liée . la "ro"agation dans la matire, "ar trans+ert dénergie cinétique entre"articules)

La conduction est régie "ar léquation 6 8

Q=−k A T

x1

o9 Q est la quantité de caleur, k le coe++icient de conduction, lié . la conductivité termique etlé"aisseur, A laire de la section "ar laquelle le trans+ert so"re, δ T/ δ x est le gradient detem"érature) Le trans+ert est inversement "ro"ortionnel au gradient de tem"érature et directement

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"ro"ortionnel . laire de contact) Un s0stme déquations semblables . &6( "eut 1tre écrit "ourcacune des trois directions de les"ace) La caleur trans+érée augmente la tem"érature du cor"ssuivant léquation 2 8

Q=mC T 2

o9 m est la masse, C la ca"acité termique massique &ou caleur s"éci+ique( du matériau et ∆T

laugmentation de tem"érature)

Ces équations sont . la base des calculs de trans+ert termique qui nécessitent la modélisation decaque cas "articulier)

La convection, mode de trans+ert "rinci"al dans les +luides, est constituée "ar le dé"lacement dematire &des molécules(, sans cangement détat, . cause des di++érences de densité) La quantité decaleur trans"ortée est donnée "ar léquation 2)

2.2. Rayonnement

Le ra0onnement électromagnétique &ci-a"rs dénommé ra0onnement( est lémission de "otons "arla matire . une tem"érature su"érieure au 5éro absolu) Cest ce mode de trans+ert qui est utilisé entermogra"ie) Un ra0onnement électromagnétique est caractérisé, "ar sa longueur donde λ et sa+réquence ν ) Ces deux "aramtres sont reliés "ar 8

c= 3

avec c &celeritas( la vitesse de la lumire)

Lénergie E contenue dans caque "oton est donnée "ar 8

E=h 4

avec h la constante de lanc:) Le s"ectre électromagnétique &la décom"osition du ra0onnement en+réquences( couvre des longueurs donde les "lus courtes &+réquences les "lus élevées, doncra0onnement "lus énergétique( vers les "lus longues, les ra0onnements γ , ;, ultraviolets &UV(,visibles, in+ra-rouges, radar, et radio &Fig) 6() Les longueurs dondes utilisées en termogra"ievont de"uis environ $,6 <m dans lultra-violet /usque 6# <m dans lin+ra-rouge &et donc couvrenttout le s"ectre du visible() Le "lus généralement, cest la bande de 2 . 6# <m qui est utilisée &do9la""ellation termogra"ie in+rarouge()

Figure 1 : Partie du spectre électrmag!éti"ue utilisé e! thermgraphie#

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Le +lux énergétique est lénergie émise ou re7ue "ar une sur+ace quelconque &"ar ra0onnement() arsur+ace, il +aut entendre la sur+ace dun cor"s que lon observe ou la "artie de la lentille de la caméraqui re7oit le ra0onnement, etc) Cette sur+ace émet dans &ou re7oit d( une émis"re et, dune+a7on générale, "otentiellement dans tout le s"ectre) our lacquisition dun termogramme, desconsidérations géométriques entrent en com"te) La luminance électromagnétique $ est le +lux émis&ou re7u, Fig) 2( "ar un élément de sur+ace d% donné &en "articulier, la sur+ace observée "ar un "ixel

de la caméra(, dans une direction +aisant un angle θ avec la normale . la sur+ace, dans un anglesolide dΩ ) &dé+ini en loccurrence "ar laire de lob/ecti+ et la distance ob/ecti+-ob/et() La luminanceélectromagnétique s"ectrique &"ar élément de s"ectre( $λ est donnée "ar 8

$= d

#

d%cosdd&

Figure 2 : 'é(i!iti! de la lumi!a!ce )spectri"ue*#

Le ra0onnement interagit avec la matire de trois +a7ons &Fig) %(, "ar absor"tion, ré+lexion outransmission) La ré+lexion "eut 1tre di++use ou s"éculaire &comme "our un miroir(= la transmission"eut 1tre di++use ou di++ractée) our un élément de sur+ace donné, la somme des ra0onnementsabsorbés, ré+lécis ou transmis est égale au ra0onnement incident 8

=r

a

t +

6= ,

avec ρ le +acteur de ré+lexion, α le +acteur dabsor"tion et τ le +acteur de transmission) !e "lus, lecor"s en question nétant "as . la tem"érature du 5éro absolu, il ra0onne et "our un cor"s .léquilibre termod0namique, la quantité absorbée est égale . la quantité émise &>q) ?= loi de@irco++() Le +acteur dabsor"tion est donc égal . lémissivité) Cette relation reste valable "ourcaque longueur donde 8

= -

!i++érents modles servent . décrire la réalité des ob/ets observés et leurs "ro"riétés sont résuméesdans le tableau 6) Le cor"s trans"arent, le miroir "ar+ait et le cor"s noir ont cacun un des +acteurségal . lunité et +orcément les autres nuls) >n conséquence, ni le miroir, ni le cor"s totalementtrans"arent ne "euvent absorber ni émettre de ra0onnement &lémissivité est égale au +acteurdabsor"tion() >n "ratique, les cor"s "roces de ces modles ont des valeurs "roces de lunité ou"roce de 5éro) Lair, trs trans"arent "our le ra0onnement visible, absorbe &et émet( de +a7on

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variable en +onction de la longueur donde, comme montré . la Fig) A) Sur cette +igure, deuxrégions utilisées "our les mesures termogra"iques sont mises en évidence, la "remire, marquéeSB "our shrt .aes, ondes courtes &2-# <m(, la seconde marquée LB "our l!g .aes, ondeslongues &?-6A <m() La région des ondes courtes com"renant une bande dabsor"tion de leau estsusce"tible de mettre en évidence la va"eur deau dans lair) our les cor"s de t0"e miroir &métaux"olis(, cest, comme en vision classique, lenvironnement qui est observé et non le cor"s lui-m1me)

Figure 3 : 0!teracti! du! ra!!eme!t aec la matire#

Taleau 1 : Prpriétés des pri!cipaux mdles de crps#

Cor"s ρ α = ε τ

rans"arent ≈$ ≈$ ≈1

Doir ≈$ ≈1 ≈$

Gris &o"aque( ρ + α = ρ + ε = 1 ≈$

Miroir "ar+ait ≈1 ≈0 ≈$

Rayonincidentφ

i

Réflectionspéculaire oudiffuseφ

r

TransmissionDiffusionφ

t

Absorptionφ

a

Émissionφ

e

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Figure 4 : Facteur de tra!smissi!5 pur lair5 e! (!cti! de la l!gueur d!de du ra!!eme!t#

Le cor"s noir a la "ro"riété dabsorber totalement toute longueur donde) our ce cor"s, la loi delanc: dé+init lémission &la luminance L( en +onction de la longueur donde λ et de la tem"érature 8

$5 T =2 hc2

# e

hc

k T −6 6

avec : la constante de 'olt5man) La Fig) # en donne une re"résentation) La courbe en "ointilléreliant les maxima est la loi de Biem tandis que laire sous la courbe est donnée "ar la loi de Ste+an-'olt5man)

Figure & : $umi!a!ce émise par u! crps !ir e! (!cti! de la l!gueur d!de et de la

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température )li de Pla!ck*#

La loi de lanc: "ermet de relier la quantité dénergie re7ue "ar le ca"teur . la tem"érature dumatériau) Les cor"s o"aques ordinaires ou cor"s E gris ont un +acteur dabsor"tion et uneémissivité qui ne sont ni nulles ni "roce de lunité) La connaissance de ce "aramtre est trsim"ortante "our la mesure de la tem"érature, "uisque cest via la quantité de ra0onnement émis quelon "eut connatre la tem"érature du cor"s) Ce "aramtre doit absolument 1tre connu) 4l varie dansdes "ro"ortions im"ortantes et le ableau 2 donne quelques valeurs) Les métaux "olis ont uneémissivité trs basse, mais les matires grasses et surtout lox0dation modi+ient +ortement cettevaleur) Les matériaux usuels, comme la terre, le béton, le "lHtre, ont des émissivités entre $,I et$,I#) Les "eintures et vernis ont aussi des émissivités im"ortantes, ce qui est trs utile dans lamesure o9 beaucou" déléments mécaniques sont "eints)

Taleau 2 : Emissiité de "uel"ues matériaux#

Matire Jmissivité

Kr "oli $,$2

3cier "oli $,$3cier ox0dé $,?#

Dic:el $,$#

Dic:el avec un +ilm duile de #$ <m $,A

Vernis blanc $,I2

Vernis noir $,I

béton $,I2

eau umaine $,I?

gra"ite $,I?

La tem"érature "eut donc 1tre déterminée grHce . la loi de lanc: &>q) I( et aux deux relationssuivantes 8

d#= $d%cosd7 cos d/ '

218

$= $% $e!

atm $atm

atm11

>n "lus de lémissivité du cor"s étudié, il +aut connatre la tem"érature environnante et celle de lair

"our calculer la luminance environnante Lenvλ et celle de de lair Latmλ) Ces "aramtres constituentles grandeurs din+luences) Si lé"aisseur dair est "eu im"ortante, moins de deux mtres "our lesondes courtes, moins de dix mtres "our les ondes longues, il est "ossible de négliger les +acteursatmos"ériques)

3. Acquisition

3.1. Capteurs

4l existe deux t0"es de ca"teurs, quantiques ou "0roélectriques) Les ca"teurs quantiques sont des

semi-conducteurs qui ex"loitent surtout le++et "otovoltaNque) Les "otons incidents qui ont uneénergie su++isante &>q) A( sont absorbés "ar les électrons qui "assent ainsi de la bande de valence .la bande de conduction) Le tem"s de ré"onse de ces ca"teurs est donc trs court et est déterminé

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"ar le tem"s dintégration nécessaire "our accumuler su++isamment délectrons "our "ouvoir lescom"ter) >n-dessous dune énergie donnée, ces ca"teurs ne ré"ondent "lus) Le nombre délectronsE termiques &électrons qui "assent . létat excité . cause de lagitation termique( qui constitueun bruit augmente avec la tem"érature) Ces ca"teurs ont donc une "lage o"timale de+onctionnement, comme illustré . la Fig) ) 4l est souvent nécessaire de les re+roidir)

armi les com"osés, l3ntimoniure d4ndium +ournit des ca"teurs trs stables, . sensibilité constanteet dune trs grande d0namique, "ossédant un aut rendement quantique et semble 1tre le meilleurdétecteur "our les ondes courtes) 4l a une tem"érature de +onctionnement de $ @)

Figure + : 'étectiité spéci(i"ue des détecteurs#Les détecteurs termiques sont basés sur une modi+ication de la ca"acité &"0roélectriques( ou de larésistance &bolomtres( des com"osants en +onction de la tem"érature) Ces derniers doivent donc1tre E écau++és "our que la lecture "uisse avoir lieu et ont un tem"s de ré"onse "lus long &environ#ms, ce qui est en général su++isant() 4ls nont "ar contre "as de sélectivité s"ectrale et sontutilisables . tem"érature ambiante &bien quils "ossdent une meilleure détectivité sils sontre+roidis() Les micro-bolomtres existent en matrice et "ermettent une lecture . 2# trames "arsecondes)

!un "oint de vue géométrique, les "remires caméras "ossédaient un seul ca"teur et un s0stmeo"tique "ermettait le bala0age de limage dans les deux directions) our les ca"teurs . barrette, un

seul bala0age est nécessaire alors que "our les ca"teurs matriciels lo"tique est +ixe) Ces ca"teursont un nombre de "ixels "lus +aible que leurs omologues utilisés dans le visible)

3.2. Optique

4l n0 "as de di++érence +ondamentale entre lo"tique en termogra"ie et en visible) Les m1mestéories restent valables) Les lois de la ré+lexion, de la ré+raction, des lentilles, la distance +ocale,louverture ou louverture relative sont des notions a""licables dans le domaine de la termogra"ie)uisquil sagit de caméras de mesure et contrairement . leurs omologues o"érant dans le visible, iln0 a "as diris, &liris rendrait vain toute tentative détalonnage() our la m1me raison, il n0 a "as decontrOle automatique du gain) ant que la résolution s"atiale des ca"teurs reste relativement +aible,

les "rinci"aux dé+auts o"tiques sont dune im"ortance relative) ar contre le vignettage, "rovoqué"ar lobturation "artielle du +aisceau aboutissant . certaines régions du détecteur et créant une non-uni+ormité est . contrOler avec la "lus grande attention)

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3.3. Caméras

4l est "ossible de distinguer trois catégories de caméras &"ar ordre de qualité et de "rix croissants( 8les E imageurs , les caméras de maintenance et les caméras de mesure ou de recerce etdévelo""ement) Les "remires ne sont "as étalonnées et +ournissent donc "lutOt une image quuntermogramme) Les caméras de maintenance ont une résolution s"atiale et termique ada"tée,"ermettant la localisation de "oints ou de régions caudes) >lles sont valables "our destem"ératures relatives et +ournissent une tem"érature avec une "récision de 2 @) Les caméras demesure +ournissent une tem"érature absolue, de aute "récision mais requirent "our cela laconnaissance des +acteurs din+luence)

Les caméras sont caractérisées "ar la bande s"ectrale du ca"teur &voir 2)2 et %)6() Les tem"ératuresminimales qui "euvent 1tre observées sont +onction de la longueur donde, donc du ca"teur) Lescaméras +onctionnant dans les ondes courtes &λP# <m(, "euvent +onctionner . "artir de 2$ @ etcelles +onctionnant en ondes longues & λP62 <m( . "artir de 6$@) Les variations et donc lasensibilité termique sera "lus im"ortante "our les ondes courtes &voir Figs A et #(, mais la "lage de+onctionnement des caméras en onde longue sera "lus grande) Les caméras +onctionnant en ondecourte, a0ant des "ics dabsor"tion des ga5 di"olaires dans leur bande s"ectrale, sont sensibles . laconcentration) Cest un inconvénient et un avantage, "uisquelles "ermettent "ar exem"le de mettredirectement des +uites en évidence) >n+in, les caractéristiques s"ectrales du matériau envisagédevraient également 1tre "rises en considération)

Concernant les caractéristiques s"atiales, les caméras sont caractérisées "ar le nombre déléments&"ixels( et "ar la +onction de ré"onse . une +ente, "lacée devant un cor"s noir . une tem"ératuredi++érente &FQF() our une +ente large, la caméra "eut distinguer les deux niveaux aut et bas danset ors de la +ente) Lorsque la largeur diminue, . un moment la ré"onse en tem"érature du cor"snoir se ra""roce de celle du cace) La cute relative de tem"érature en +onction de la largeur de la+ente est une caractéristique s"atiale de la caméra) 4l 0 a aussi le "ouvoir de résolution s"atial&ex"rimé en radians ou en "oints "ar ligne, donné "ar la FQF de $,I?() >n+in, luni+ormité de

limage dun ob/et . tem"érature omogne est une donnée im"ortante également)our caractériser les mesures termiques, le "remier "aramtre est le calibre de mesure &tem"ératureminimales et maximales() La sensibilité s est donnée "ar la "ente de la courbe détalonnage 8

s=9 d / 18

avec 9 d la mesure &unité arbitraire() Lexactitude est donnée comme "our tous les ca"teurs) Larésolution est caractérisée "ar la di++érence de tem"érature équivalente au bruit) Le minimum de+lux détectable est donné "ar la "uissance équivalente au bruit &>'(, qui est le ra""ort du bruit . la

sensibilité &en Batts() La détectivité est linverse de la >') 4l existe dautres "aramtres &commele minimum de tem"érature résolue(, qui ne devraient 1tre utilisés que "our les imageurs &délivrantune image, non étalonnée()

Finalement, les caractéristiques tem"orelles sont données "ar la +réquence dacquisition, le tem"sdintégration, le tem"s de ré"onse et la rémanence &la +raction de la ré"onse "récédente qui reste surlimage suivante()

3.4. Étalonnage et mesures

Létalonnage est généralement de la res"onsabilité du constructeur) 4l est réalisé comme "our lamesure . laide des équations I . 66, mais cette dernire "eut 1tre modi+iée "our tenir com"te de

lo"tique) Kutre la connaissance de la tem"érature de lob/et, coisi comme un cor"s noir le "lus"ar+ait "ossible &matrise de ε(, observé le "lus "rs "ossible &minimiser τatm(, la matrise desgrandeurs din+luence est évidemment nécessaire, de m1me que la connaissance des "aramtres de

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la caméra &comme louverture, le tem"s dintégration ou le t0"e de +iltre éventuellement utilisé()

Lors des mesures, les grandeurs din+luence doivent le "lus souvent 1tre estimées) Certaines,comme la tem"érature environnante ou lumidité de lair "euvent 1tre mesurées "ar la caméra) Lesmicrobolomtres montrent une dérive im"ortante dans le tem"s et un réa/ustement est e++ectué .intervalles réguliers "ar la caméra, qui "eut donc acquérir en tem"s réel discontinu)

4. Thermogrammes

Le termogramme est une carte de luminance et a"rs conversion, une carte de tem"érature)Comme une image, elle re"résente une "ro/ection de les"ace, mais contrairement aux imagesordinaires, les données en caque "oint &"ixel( sont des mesures)

ar ra""ort aux mesures classiques "ar termocou"le, bolomtre ou autre, les termogrammes"résentent des avantages) Un grand nombre de mesures &6$ . 6$$ $$$ mesures( sont réalisées surun tem"s trs court, couvrant toute la scne de mesure) Rormis quelques cas "articuliers, cettemesure nest "as invasive) arce que la mesure est réalisée . distance, elle reste "ossible dans desenvironnements daccs malaisé, ostiles &tem"érature élevée, "résence de ra0onnements ionisants,

de autes tensions( ou "our des ob/ets en mouvement &arbres, +reins, +ours, )))()Les inconvénients sont d1tre une tecnique "lus coteuse) La grande ma/orité de lin+ormationacquise est inutile et il +aut localiser celle qui est "ertinente, soit "ar un o"érateur, soit "ar logiciel)>n+in, les o"érateurs doivent 1tre +ormés . la tecnique qui est "lus "articulire que les ca"teursclassiques)

4.1. Présentation

ar ra""ort aux images classiques, la résolution s"atiale est "lus basse) Comme il existe une grandecorrélation entre la tem"érature de deux "oints "roces, ce nest "as vraiment un inconvénient) ar

contre, la résolution de lintensité doit 1tre élevée et une mesure numérisée sur uit bits nest "as"er+ormante) Le standard est actuellement de 62 bits &soit A$I niveaux de discrétisation( "ar "ixelminimum, mais 6A et 6 bits existent aussi)

Lun des avantages du termogramme étant de "ermettre de visualiser le com"ortement termiquede la scne étudiée, il +aut une re"résentation correcte de telles écelles) Les termogrammes"euvent 1tre re"résentés en niveau de gris &Fig) a(, mais dans ce cas, seules 2# nuances "euvent1tre a++icées) !e "lus, nous ne sommes ca"ables que de "ercevoir seulement environ %2 niveauxde gris) La solution généralement ado"tée est dutiliser une re"résentation en écelle de couleurs&Fig) b, c et d() 4l en existe de nombreuses variantes) our "ermettre une com"réension aisée dutermogramme, une bonne écelle devrait "résenter une continuité . la +ois dans la teinte et dans laluminance &Fig) b et c() Lécelle de t0"e E arc-en-ciel montrée en d nest "as bonne de ce "ointde vue mais dun autre cOté cette écelle maximise les contrastes)

a b

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c d

Figure , : 7eprése!tati! du! thermgramme laide de "uatre échelles de culeur di((ére!tes#

4.2. Traitement et analyse

Le traitement a "our but déliminer les dé+auts du termogramme &le signal(, comme le bruit ou lesnon-uni+ormités) Le résultat est un termogramme) Lanal0se a "our but dextraire lin+ormation"ertinente, dobtenir la mesure et les "aramtres qui en découlent, lavertissement en cas de"roblme, éventuellement une estimation de la durée avant une "anne, etc)

Les dégradations géométriques sont de "eu dim"ortance, dune "art "arce que la résolution s"atialeest relativement basse et dautre "art "arce que lin+ormation s"atiale na généralement quune +aibleim"ortance) Le vignettage "eut 1tre com"ensé "ar une correction darrire-"lan, . condition dedis"oser de limage dun ob/et de tem"érature uni+orme) Les bruits "euvent 1tre réduits "ar +iltrage)!ans la mesure o9 ce sont des statistiques de tem"ératures sur une région qui sont recercées, leurintér1t est limité) 4l existe des +iltres donnant le gradient de tem"érature)

armi les données "ouvant 1tre extraites de limage, il 0 a des données "onctuelles, cest-.-dire lavaleur de la tem"érature "our un "ixel donné) Le "lus souvent, ces valeurs seront extraites sur une"etite "ortion de limage, dénommée région dintér1t) Sur cette région, "euvent 1tre calculés des"aramtres statistiques comme une valeur mo0enne ou lécart-t0"e, des "aramtres ordinaux commeles valeurs extr1mes ou lécart entre les valeurs extr1mes ou ces m1mes "aramtres sur le gradientde tem"érature) Les tem"ératures de deux régions "euvent 1tre com"arées &"ar exem"le latem"érature de deux roulements dun m1me t0"e, avec des sollicitations semblables() 4l estégalement "ossible dextraire un "ro+il de limage et de recercer les m1mes "aramtres que "our larégion dintér1t) Le dernier t0"e de données concerne le domaine tem"orel) Les "aramtres"récédents "euvent 1tre com"arés entre deux termogrammes acquis . des tem"s di++érents

&"roces ou éloignés( ou enregistrés en +onction du tem"s)!ivers outils utilisés en traitement dimage &et ailleurs( "euvent +aciliter la tHce de lo"érateur,voire servir . automatiser une "artie du traitement) Les métodes de corrélation "ermettent dedé+inir une région dintér1t . "artir dune image ou dune "ortion dimage et de la recercer ensuitedans une autre image &ou la m1me image() Cela "ermet de++ectuer les m1mes calculs E au m1meendroit , sans que ce soit aux m1mes coordonnées dans limage, "ar exem"le si la caméra a étédé"lacée entre les deux acquisitions) 4l existe divers algoritmes "ermettant de localiser les maximalocaux &descente de gradient, +looding, meansi+t, )))() Le "lus im"ortant est sans doute de lisserlimage, soit en "ré-traitement, soit au niveau des "aramtres de lalgoritme, soit en "ost-traitement, "our dé+inir une largeur ou un E volume minimal a+in déliminer les E bruits qui

"euvent 1tre nombreux, comme montré . la Fig) ?) Mais souvent, le maximum recercé, comme .la Fig) ? le "ic corres"ondant . laxe du moteur &. droite(, nest "as beaucou" "lus im"ortant quedautres "ics qui sont eux clairement du bruit) Sé"arer ces deux ob/ets requiert soit dautres

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tecniques &tecniques statistiques dites de reconnaissance de +orme(, soit lintervention duno"érateur)

Figure - : ue e! ; tris dime!si!s < de limage la Figure ,#

Une dernire +amille de tecniques susce"tibles d1tre utilisées de +a7on automatique est liée auseuillage de limage, dont un résultat est montré . la Fig) I) Les "ixels dont la tem"érature est audessus-du seuil et qui se toucent sont grou"és "our +ormer des ob/ets, cest-.-dire une région delimage sur laquelle il est "ossible de++ectuer une mesure, comme laire ou la tem"érature mo0enne)Le seuil "eut 1tre déterminé "ar algoritme, "our recercer les régions caudes &ou +roides( ou 1tre

+ixé "ar un o"érateur) Cela "eut 1tre lié . la "lage de +onctionnement normal dun organe donné dela macine visée) 4l est "ossible de +ixer "lusieurs seuils &alerte, alarme() Cette tecnique ne"ermet "as ou "eu de suivre lévolution de la tem"érature) >lle indique sim"lement que latem"érature est atteinte et sur quelle étendue)

Figure - : %egme!tati! de limage de la Figure , par seuillage# A gauche5 les pixels prése!ta!t

u!e température au=dessus du seuil s!t rugis et ceux e! dessus du seuil s!t leuis# A drite5 les pixels "ui se tuche!t s!t grupés pur (rmer des >ets disti!cts#

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5. Applications

La termogra"ie in+rarouge est utilisée dans divers domaines qui seront "résentés ra"idement au"oint #)6 et "our la maintenance, "lus en détail au "oint #)2)

.1. !ppli"ations di#erses

Ristoriquement le "remier domaine dutilisation de limagerie in+rarouge concerne les a""licationsmilitaires) 4l sagit généralement da""lications de vision et moins de mesure)

Le domaine de la recerce et du dévelo""ement utilise la termogra"ie dans de nombreusesa""lications) Le domaine le "lus immédiat est la validation de modles termiques) !ansbeaucou" de secteurs, limagerie termique est utilisée comme mesure "our o"timiser le+onctionnement des "rotot0"es et localiser les 5ones de génération de caleur) armi ces domaines,citons lélectronique &dévelo""ement de circuits intégrés(, la mécanique, lélectroménager, lesindustries utilisant la caleur comme le verre ou lacier et dans une moindre mesure lindustrieagroalimentaire) >lle est en+in utilisée "our la recerce dans les domaines des sciences naturellesa""liquées, comme en médecine, en géologie ou en agronomie)

Ces recerces ont abouti . des a""lications en contrOle de "roduits et de "rocédés de m1me quenmaintenance &détaillés au "oint suivant() Le contrOle des "roduits est souvent basé sur lerécau++ement ou le re+roidissement di++érentiel des 5ones saines et des 5ones "résentant un dé+aut)our les "roduits qui dé+ilent, le contrOle "eut 1tre e++ectué "ar caméras linéaires, soit . la sortiedune 5one caude &un +our(, soit a"rs un récau++ement linéaire) !ans dautres cas, il "eut sagirdun +las termique et de lenregistrement du re+roidissement de la sur+ace) Les matériauxcom"osites ré"ondent bien . ce genre de sollicitations) 4l est ainsi "ossible d0 détecter les 5ones o9les di++érentes couces de tissus nadrent "as correctement) !es +issures "euvent 1tre détectéesdans les métaux ou le béton) our les bHtiments, les "roblmes disolation et din+iltration sont+acilement observés en termogra"ie)

>n médecine, la termogra"ie "ermet de connatre la tem"érature de sur+ace du cor"s etincidemment da""réender le +onctionnement des glandes et organes sous-/acents)

.2. Maintenan"e

!e la m1me manire quune dégradation des conditions de +onctionnement crée une modi+icationdes vibrations engendrées "ar le +onctionnement dune macine, cette dégradation se traduitgénéralement aussi "ar une augmentation des dégagements de caleur et donc de la tem"érature desur+ace) Mais le +onctionnement m1me de la macine "eut aussi 1tre . lorigine de variations detem"érature) 4l +aut donc "ouvoir soit dé+inir une "lage de +onctionnement E normal ,éventuellement "endant E un c0cle &. dé+inir en +onction de la macine( et détecter les écarts "arra""ort . cet intervalle, soit suivre lévolution des tem"ératures et détecter dans cette évolution uneaugmentation de la tem"érature de +onctionnement) !ans tous les cas, la connaissance de la gammede tem"érature ou du com"ortement normal est indis"ensable)

!ans le domaine de lélectricité &et de lélectronique(, la termogra"ie in+rarouge est utilisée"artout, . la "roduction, au niveau du trans"ort &lignes, dis/oncteurs, trans+ormateurs, )))(, "ourlins"ection des tableaux divisionnaires, ou des bobinages) Ce qui "eut 1tre détecté, ce sont lessources décau++ement, "rinci"alement les mauvais contacts aux connections, aux ru"teurs etc) etles court-circuits dans les bobinages &moteurs, trans+ormateurs, )))( et les isolants)

3u niveau des +ours &+ours . ciment, . caux, en aciérie, verrerie, +ours de craquage en

"étrocimie)))( et des autres "rocessus +aisant a""el . la caleur, la dégradation des ré+ractaires etdes isolants "eut 1tre suivie et il est "ossible de "révoir les interventions au meilleur moment)

Un autre domaine trs vaste concerne les +luides) Les +uites "euvent 1tre re"érées, soit . cause de

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lécau++ement de la matire "rs de la +uite, soit . cause de la baisse de tem"érature liée . la détentedun ga5) Les ga5 nétant "as trans"arents dans toutes les longueurs dondes, il est aussi "ossible dedétecter certains dentre eux directement) Une +uite dans une canalisation enterrée et les in+iltrations"euvent 1tre re"érées) Un autre domaine o9 la termogra"ie "eut savérer e++icace concernelencrassement des écangeurs termiques et de leur s0stme de ventilation dans tous les domainesda""lication &radiateurs de moteurs termiques, re+roidissement des moteurs électriques,

écangeurs de ré+rigération, de climatisation etc)() Ceci concerne lextérieur &le "lus souvent encontact avec lair( et lintérieur) Cest alors la ré"artition des tem"ératures extérieures qui est lindicedune obstruction . lintérieur dun radiateur ou dun conduit de ventilation) 3u niveau des +luides, ilest "ossible de connatre le niveau dun liquide dans un réservoir "ar termogra"ie) >n+in, leblocage dune vanne "eut également 1tre mis en évidence)

Lisolation des bHtiments est un domaine o9 il est "ossible de détecter les "onts termiques, le"lacement ou la dégradation des isolants)

>n mécanique, les surcau++es "euvent avoir deux origines, le montage ou les dégradations) 3umontage, un dé+aut dalignement darbres, de "oulies ou dun accou"lement "eut 1tre re"éré) Lesaugmentations de tem"ératures "euvent 1tre consécutives . un manque de lubri+iant, . lusure ou .

un manque de ventilation, "our les +reins "ar exem"le) Les dégradations dorigines électriques ou0drauliques et "résentées "récédemment &dé+auts disolation des bobinages, obstruction desécangeurs, )))( sa""liquent aussi aux éléments mécaniques comme les moteurs ou les "om"es)

6. Conclusions

La termogra"ie in+rarouge est une tecnique s"éci+ique, avec des contraintes liées . la +ois auxdomaines de lanal0se dimages et de la mesure) La matrise des grandeurs din+luence estnécessaire "our les mesures) >n maintenance, leur connaissance est utile "our éviter les erreursda""réciation) !e m1me, il est nécessaire davoir une connaissance de la termod0namique dusu/et étudié) Une +ormation s"éci+ique des o"érateurs est nécessaire)

Cette métode est "er+ormante dans le sens o9 elle "ermet dobtenir ra"idement une carte destem"ératures de sur+ace) >lle est non invasive et "arce quelle est réalisée . distance, "eut 1trea""liquée dans des conditions di++iciles, en "résence de autes tensions ou "our des ob/ets enmouvement "ar exem"le)

Les domaines da""lication sont variés) Cette tecnique "eut certainement 1tre mise en Tuvre dansdes domaines o9 la caleur est utilisée dans le "rocessus &+ours( ou comme vecteur&re+roidissement() >lle est utilisée également dans des domaines o9 les dégradations se traduisent"ar un écau++ement &électricité, 0draulique, mécanique()