Caméra thermique

Particulièrement en ces temps d'économie d'énergie, le mot thermographie renvoie à l'inspection de l'isolation des bâtiments. Une caméra thermique rend visibles les différentes températures d'un objet. Or, ce dispositif sert aussi dans d'autres secteurs. Par exemple, avec une camera thermique, vous pouvez détecter les sources d'incendie, localiser des personnes portées disparues dans l'obscurité ou dans des pièces enfumées, déceler une surchauffe des pièces électroniques, contrôler les processus de fabrication, repérer les tuyauteries de chauffage, de ventilation ou d'eau, et découvrir des fuites. Vous pouvez aussi contrôler à distance, les modules photovoltaïques dans des parcs solaires et, d'autre part, localiser les contusions et les inflammations chez les personnes et les animaux. Bien entendu, cela n'a pas beaucoup de sens d'acheter une seule caméra thermique pour toutes ces utilisations. C'est pourquoi il existe une grande variété de dispositifs ayant différentes spécifications.

Pour certaines utilisations, il est suffisant d'avoir une vue générale des grandes différences de température, tandis que d'autres applications requièrent un affichage plus précis des différentes températures. Vous trouverez ci-dessous certains aspects qui vous aideront à décider si une caméra thermique est indiquée pour le type d'utilisation dont vous avez besoin:

- Utilisation mobile ou installation permanente
- Plage de température
- Sensibilité thermique de la caméra thermique
- Résolution géométrique du capteur infrarouge
- Plage spectrale
- Fréquence d'image de la caméra thermique
- Localisation des points le plus chaud et le plus froid
- Possibilité de superposition de l'image réelle
- Possibilité d'enregistrement des images dans la caméra thermique
- Interface pour le transfert des données
- Protection contre les coups, la saleté et l'humidité
- Caméra thermique avec capteurs supplémentaires

Caméra thermique pour utilisation mobile ou installation permanente
Vous pouvez normalement répondre facilement à ce critère. La camera thermique sera-t ‘elle installée à un emplacement fixe ou l'utiliserez-vous dans différents endroits ?

Une caméra thermique à installation permanente est généralement placée toujours au même endroit et fonctionne à une distance fixe. Les dispositifs à installation permanente s'utilisent surtout dans le développement et le contrôle de qualité des pièces électroniques. Mais ils servent aussi au contrôle de fabrication dans les processus qui dépendent de la température, au comptage de personnes ou dans les systèmes de sécurité. Dans les processus automatisés dans lesquels il faut garantir la qualité, la caméra thermique à installation permanente mesure en continu la valeur de température du processus. Le logiciel adapté aux caractéristiques du processus permet d'identifier et de rejeter automatiquement les produits ayant une température différente. Par exemple, la caméra thermique à installation permanente de la série PCE-PI intègre une interface Ethernet, ce qui permet de l'intégrer dans un système de contrôle. La caméra thermique offre des images thermiques en temps réel, ce qui permet d'intervenir immédiatement dans le processus en cas d'écarts de température.

Vous pouvez utiliser la caméra thermique mobile dans différents endroits, c'est pourquoi il faut qu'elle puisse être alimentée hors secteur et être facile à transporter. De nombreux dispositifs sont légers, maniables et ont un design en forme de pistolet. Ce type de caméra thermique possède, comme les caméras numériques, un écran ayant une disposition pour que l'image thermique et l'image réelle coïncident. La caméra peut facilement être orientée vers la zone à visualiser et être placée à une distance idéale. Pour effectuer des recherches thermiques qui requièrent beaucoup de temps, il est nécessaire de prendre en compte l'autonomie de la caméra thermique et la possibilité de recharger le dispositif ou de changer la batterie.

Plage de mesure de la température de la caméra thermique
Le capteur de la caméra thermique ne peut mesurer que dans une plage de température déterminée, avec la précision indiquée. Cette plage de température peut être assez réduite, comme par exemple dans les dispositifs pour le contrôle de processus ou pour des questions médicales, mais elle peut aussi couvrir une plage de 400 degrés, comme par exemple de -20 à +380 ºC. Certains appareils peuvent être notamment étalonnés dans une plage partielle, pour obtenir une précision plus élevée. Si vous avez besoin d'une caméra thermique pour des températures très élevées ou très basses, veillez à ce que la plage de mesure couvre la température souhaitée. Or, lorsque les températures sont inférieures à -50 ºC, l'intensité du rayonnement émis est tellement faible, que la mesure avec les capteurs actuellement disponibles pour les caméras thermiques est très difficile à obtenir.
Sensibilité thermique de la caméra thermique – valeur NETD

La sensibilité thermique indique avec quel détail la caméra thermique réussit à capter les différences de température. Cette valeur s'exprime généralement en millikelvin, et quelquefois aussi en Kelvin. Des valeurs typiques sont 70, 80, 100, 150 ou 300 millikelvin. Dans les spécifications de la caméra thermique, vous trouverez aussi cette valeur sous le nom de valeur NETD (sigles en anglais de Noise Equivalent Temperature Difference). Il existe des recommandations qui indiquent que la sensibilité thermique d'une caméra thermique devrait être de 1 % de la plage de température. Cela signifie que pour des différences de température de 30 Kelvin dans une image thermique, une résolution de 0,3 Kelvin, c'est-à-dire 300 millikelvin, est suffisante pour obtenir une bonne image.

Résolution géométrique du capteur infrarouge de la caméra thermique
La caméra thermique convertit le rayonnement infrarouge d'un secteur défini en une image radiométrique dans laquelle la température de chaque pixel individuel est lue au moyen d'une échelle de couleurs. Plus le capteur infrarouge détecte de points d'image séparément, plus l'image des différences de température sur l'écran de la camera thermique sera détaillée. Par rapport à la résolution d'une caméra visuelle pour l'image réelle, l'information de la résolution de l'image infrarouge semble faible. Cependant, chaque pixel contient des informations concernant le rayonnement infrarouge et, par conséquent, concernant la température de la surface du secteur visualisé. Un bon capteur infrarouge atteint une résolution de 640 x 480 pixels.

Pour le contrôle des connexions dans les armoires électriques, il n'est pas nécessaire d'avoir une caméra thermique haute résolution. Dans ce cas, un multimètre numérique avec un capteur infrarouge intégré indiquant une image thermique dans le mode de thermographie, peut être utile. Avec une résolution de 38 x 38 pixels seulement, des images concluantes sont obtenues pour ce type de travaux. Pour le contrôle de la température dans des machines et des véhicules en mouvement, les caméras thermiques ayant une résolution faible sont aussi adaptées. Vous pourrez visualiser, au moyen de la présentation couleur, les différences de température sur l'image thermique ainsi que la position des pièces critiques.

Une caméra thermique pour la recherche d'une œuvre devrait avoir une résolution élevée, afin de pouvoir interpréter correctement les différences de température. Les dispositifs ayant une bonne résolution montrent, de manière claire et nette, les différences de température dans les ponts thermiques. À partir de la forme de la plage froide ou chaude, vous pouvez conclure s'il s'agit de lignes d'installation, d'éléments de construction, des changements de matériau ou l'affaiblissement d'une section transversale. Les niches dans les murs des bâtiments anciens où se trouvent les boîtes aux lettres ou les boîtes de fusibles, peuvent provoquer l'apparition de rosée et de moisissure dans le logement. Dans les cas où vous souhaitez uniquement localiser les tuyauteries de chauffage ou d'eau, il suffit généralement de travailler avec une caméra thermique à faible résolution.

Champ de vision de la caméra thermique – Field of View (FOV)
Le champ de vision (FOV), le point de mesure (IFOV) et la distance de mesure sont particulièrement importants dans les thermographies qui requièrent de capter des détails où il est difficile d'accéder au point de mesure. Certaines séries de caméras permettent d'offrir différents objectifs. Tous les objectifs sélectionnables de la caméra thermique sont souvent indiqués dans un tableau, avec indication de la taille du champ de vision et celle de l'objet attribué à un pixel avec l'objectif correspondant pour des distances définies. La distance minimale à l'objet à mesurer est aussi indiquée pour chaque lentille.

Le champ de vision d'une caméra thermique indique le champ de vision horizontal (HFOV) et le champ de vision vertical (VFOV) pour lesquels l'objectif de la caméra thermique est conçu. L'information sur le champ de vision peut aussi apparaître dans les spécifications du dispositif avec le nom anglais Field of View (FOV). La zone couverte par la caméra thermique augmente plus la caméra est loin des objets rayonnants. Par exemple, un champ de vision de 30 degrés capte une zone de mesure de:

• largeur de 268 mm à une distance de 0,5 m,
• largeur de 536 mm à une distance de 1,0 m,
• largeur de 1072 mm à une distance de 2,0 m
• largeur de 1608 mm à une distance de 3,0 m.

Le point de mesure de la caméra thermique – Instantaneous field of View (IFOV)
Le point de mesure d'une caméra thermique est généralement indiqué dans les données techniques du dispositif sous la forme IFOV (sigles anglaises pour Instantaneous Field of View, Champ de vision instantané). Cette valeur décrit la taille du plus petit objet dont la température peut être mesurée. C'est le résultat de la surface du détecteur, du champ de vision de l'optique de mesure et de la distance à l'objet à mesurer. La valeur 4,53 mrad signifie qu'à une distance de 1 m de la surface de mesure, la zone attribuée à un seul pixel a une longueur d'arête de 4,53 mm. La distance de mesure et la taille des pixels sont proportionnelles entre elles. Si la distance de la caméra thermique à la surface de mesure triple, la taille de la zone enregistrée pour le pixel individuel triple aussi. Cependant, plus le point de mesure est petit, plus la représentation des différences de température dans la thermographie est détaillée. Si la température de très petites zones va être enregistrée, il faut faire en sorte que l'objet à mesurer ne soit pas plus petit, mais, si possible, deux ou trois fois plus grand que le point de mesure. Par conséquent, il devrait être possible de capter avec la caméra thermique, des images de 2 x 2 ou de 3 x 3 avec le niveau de détail souhaité.

La distance de mesure de la caméra thermique
Avant de choisir une caméra thermique et, en fonction du domaine d'application, il est aussi important de savoir quelle est la distance de mesure la plus petite et quelles tailles de point de mesure résultent des distances de mesure habituelles. Cela n'a pas de sens d'utiliser la même caméra thermique pour vérifier l'évolution de la chaleur des composants électroniques plus petits, afin d'obtenir aussi des images thermiques des façades de grands bâtiments.

La plage spectrale du capteur de la caméra thermique
Les capteurs à infrarouges conventionnels détectent le rayonnement dans des longueurs d'onde courtes avec une plage entre 3 et 5 micromètres, ou dans des longueurs d'onde longues avec une plage entre 8 et 14 micromètres. Dans la plage d'ondes longues, l'atmosphère a une perméabilité quasi illimitée, ce qui permet d'effectuer des mesures à grandes distances. Dans la plage d'ondes courtes, de nombreux gaz qui sont des composants naturels de l'atmosphère émettent aussi un rayonnement infrarouge, comme le dioxyde de carbone. Cette propriété permet de mesurer la température des flammes et des gaz de combustion avec la caméra thermique.
Pour pouvoir utiliser les avantages de la mesure de la température sans contact pour surveiller les processus à haute température, des capteurs ayant une plage spectrale spécialement réglée sont utilisés. Voici quelques exemples:

• Longueur d'onde de 0,8 ... 1,1 mm avec une température de 600 ... 3000 °C dans la fonte continue de métaux ou du verre
• Longueur d'onde de 1,4 ... 1,6 mm avec une température de 300 ... 1200 °C en trempant les métaux et dans la fabrication de céramique
• Longueur d'onde de 3,0 ... 5,0 mm avec une température de 100 ... 500 °C en soudant des pièces électroniques et dans la fabrication de céramique
• Longueur d'onde de 3,9 mm environ avec une température de 600 ... 1250 °C pour mesurer la température des flammes dans des chambres de combustion par exemple.
• Longueur d'onde de 4,8 ... 5,2 mm avec une température de 200 ... 1250 °C pour des surfaces en verre dans la fabrication du verre.

Les verres conventionnels et les plastiques transparents sont transparents à la lumière visible et au rayonnement infrarouge proche, mais pas à l'infrarouge à onde longue, par conséquent, une caméra thermique ayant une longueur d'onde longue ne peut pas mesurer d'objets à travers les fenêtres ou les panneaux d'affichage. Par contre, elle mesure la température de la surface du verre. C'est la raison pour laquelle las personnes qui portent des lunettes ressortent sur les images thermiques. Pour les mesures à travers les fenêtres, il existe des verres transparents spéciaux.

Fréquence d'image de la caméra thermique
La fréquence d'image indique combien la caméra thermique prend de photos par seconde. Pour de nombreuses applications, une fréquence d'image de 1 Hz, c'est-à-dire, une image thermique par seconde, est suffisante. Une fréquence d'image élevée est importante lorsque l'on veut contrôler l'évolution de la chaleur dans les composants actifs ou dans les processus en cours. Une vitesse élevée de photogrammes est aussi avantageuse lorsque des images thermiques vont être faites avec une caméra en mouvement ou lorsque l'objet à examiner est en mouvement.

Caméra thermique avec localisation des points le plus chaud et le plus froid
Une fonction spéciale pour la localisation spatiale rapide et l'évaluation qualitative des températures extrêmes est la visualisation des points de température maximum et minimum sur l'image thermique, avec indication de la valeur numérique en degrés centigrades. Sachant que le marquage de ces deux points peut aussi interférer dans l'évaluation de l'image, il est souvent possible de choisir dans le menu de la caméra thermique si cette fonction doit être active ou inactive. Au moment d'interpréter les valeurs numériques, tenez compte du fait que la mesure de la température au moyen du rayonnement infrarouge pourrait être faussée à cause de certaines propriétés du matériau.

Superposition de l'image infrarouge et de l'image réelle de la caméra thermique
En plus du capteur à infrarouges, une caméra thermique mobile est généralement équipée d'une caméra numérique, de sorte qu'elle prend l'image thermique ainsi qu'une image réelle de la zone examinée. Les deux images, l'infrarouge et la réelle, sont généralement superposées dans différentes intensités, de sorte que les points critiques peuvent être attribués spatialement et être mieux documentés. Certaines caméras thermiques à installation permanente sont aussi équipées d'une caméra numérique pour obtenir des images réelles.

Possibilités d'enregistrement d'images et interface pour le transfert des données
Une caméra thermique mobile dont les enregistrements serviront à documenter les inspections, doit avoir une mémoire suffisamment grande. Normalement, lorsque des images thermiques de bâtiments ou d'installations techniques sont prises, il n'est pas possible de transférer immédiatement les données. Par conséquent, la mémoire disponible dans la caméra thermique doit être suffisamment grande pour sauvegarder les images souhaitées. Une autre possibilité est que la caméra thermique permette d'utiliser une mémoire amovible. Les caméras thermiques à installation permanente transfèrent généralement immédiatement les données à un PC ou à un réseau.

Pour pouvoir transférer les images prises, c'est-à-dire, aussi bien l'image infrarouge que l'image réelle, respectivement leurs superpositions, de nombreuses caméras thermographiques mobiles intègrent une interface USB ou un micro USB.

Protection contre les coups, la saleté et l'humidité
Aussi bien les caméras mobiles que celles à installation permanentes peuvent être équipées pour pouvoir être utilisées dans des conditions ambiantes difficiles. Pour protéger le capteur, l'électronique d'évaluation et le moniteur contre les dommages, le boîtier d'une caméra thermique peut être équipé d'éléments de protection spéciaux pour réduire la pression mécanique. Dans le cas d'une caméra thermique spécialement conçue pour les opérations de sauvetage des pompiers, le fonctionnement de ces éléments de protection est vérifié lors de tests de chute standardisés et autres tests d'effort. D'autre part, les boîtiers peuvent être conçus pour être spécialement hermétiques aux corps étrangers et à l'humidité. Pour définir ces propriétés, la classification internationale des degrés de protection IP est utilisée.

Caméra thermique avec capteurs supplémentaires
Les capteurs supplémentaires intégrés au dispositif facilitent l'application dans des zones spéciales d'utilisation.

Une camera thermique avec thermo-hygromètre est particulièrement utile pour évaluer le risque de condensation et en analyser les causes. La mesure supplémentaire de la température et de l'humidité permet de calculer la température du point de rosée. En plus de montrer une image thermique, la caméra thermique indique aussi la température ambiante actuelle, l'humidité de l'air et le point de rosée calculé. Si la température du point de rosée calculée est supérieure à la valeur de température la plus faible de l'image thermique, vous pourrez vérifier spécifiquement tous les points où la température est la plus basse. Tenez compte du fait que certaines causes peuvent fausser la représentation de la température sur l'image infrarouge. Par conséquent, les valeurs remarquables doivent d'abord être vérifiées avec l'image réelle de la caméra thermique puis, si nécessaire, les mesurer directement sur place.

Un multimètre à caméra thermique est très pratique pour vérifier les armoires électriques et les installations électriques. Les dispositifs sont rarement plus grands que d'autres multimètres numériques, et peuvent afficher sur l'écran une image thermique qui montre, par ailleurs, les valeurs mesurées. Cela signifie que les composants ou les connexions défectueuses peuvent être très rapidement détectés et être remplacés ou réparés. Ces multimètres à caméra thermique sont généralement petits, légers et résistants à la fois. Souvent, ces dispositifs peuvent aussi transmettre des données via Bluetooth.

À partir de 2016, des normes importantes concernant les termes de la thermographie, les méthodes thermographiques et les différents dispositifs de mesure thermique ont été revues complètement ou des nouvelles ont été créées. Voici un résumé qui peut vous servir de guide :

• ISO 10878 d'octobre 2013
Essais non destructifs. Thermographie à infrarouge. Vocabulaire.

• ISO 10880 de février 2017
Essais non destructifs - Essais thermographiques infrarouges. Principes généraux.

• ISO 18251 Partie 1 de février 2017
Essais non destructifs. Essais thermographiques infrarouges. - Caractéristiques du système et des équipements.

• DIN EN 16714 de novembre 2016
Essais non destructifs. Essai par thermographie;
Partie 1 – Principes généraux;
Partie 2 – Appareil;
Partie 3 – Termes et définitions

• DIN EN 17119 d'octobre 2018
Essais non destructifs. Essais thermographiques. Thermographie active.

• DIN 54184 d'octobre 2017
Non-destructive testing - Impuls thermography using optical excitation (anglais)

• DIN 54183 de février 2018
Essais non destructifs. Analyses thermographiques. Thermographie excitée par induction

• DIN 54191 d'octobre 2017
Essais non destructifs. Essais thermographiques d'installations électriques

• 14VDI/VDE 5585 Feuille 1 de mars 2018, Correction de mai 2018
Technical temperature measurement. Temperature measurement with thermographic cameras. Metrological characterisation (anglais)

La directive VDE pour l'étalonnage de caméras thermiques - VDI/VDE 5585 Feuille 2- est encore actuellement en cours (à partir de septembre 2020). Dans cette directive, les procédures normalisées pour l'étalonnage d'une caméra thermique doivent être réglementées au moyen des contenus suivants: Traçabilité avec l'ITS-90, procédures et géométries d'étalonnage, radiateurs de référence et incertitudes de mesure.

Pour les applications dans lesquelles la camera thermique doit mesurer de manière fiable les températures ou détecter avec une grande fiabilité l'écart des valeurs limites de température, un étalonnage périodique est recommandé pour la plage de température correspondante. L'étalonnage est une mesure comparative qui détermine si les valeurs mesurées de la caméra thermique sont comprises dans la précision spécifiée par le fabricant du dispositif. Pour cela, des points de mesure sont définis et mesurés, aussi bien avec la caméra thermique à étalonner qu'avec un standard de comparaison plus défini. Normalement, on utilise des étalonneurs spéciaux pour la caméra thermique et d'autres thermomètres de mesure sans contact. Ces sources de rayonnement des corps noirs avec des facteurs d'émission entre 0,95 et 0,98 sont chauffés à des valeurs de température fixes. La caméra thermique mesure la température de la surface du corps noir et la compare avec les valeurs établies. Les données de ces mesures sont indiquées dans le certificat d'étalonnage.

Dans les conditions adéquates, les valeurs mesurées peuvent être vérifiées rapidement et facilement in situ, même sans laboratoire d'étalonnage. Pour cela, la valeur mesurée par la caméra thermique est comparée à celle d'un thermomètre de contact étalonné d'une précision égale ou supérieure. Pour éviter des écarts dans les mesures à cause d'erreurs d'application, renseignez-vous sur les caractéristiques spéciales de la thermométrie infrarouge. La directive VDI/VDE 3511 Feuille 4, Mesure technique de la température - Thermométrie par rayonnement, aborde en particulier l'influence de l'émissivité et de la température ambiante comme causes d'erreur possibles dans les mesures de température par infrarouges.

La caméra thermique a connu un grand essor au fil du temps. À leurs débuts, les dispositifs étaient très grands et peu maniables, et étaient surtout destinés à des opérations militaires pour rendre l'ennemi visible pendant la nuit. De nos jours, ce sont des dispositifs plus petits et maniables. De plus, il est difficile d'imaginer l'industrie, le domaine médical ou les instituts sans caméra thermique. Dans de nombreuses industries, elles effectuent un travail crucial pour garantir la sécurité des installations et des personnes.

Il s'agit d'un dispositif de mesure non seulement pour les inspections de bâtiments, mais aussi, en particulier, pour la maintenance préventive et la révision des machines et des installations. De nos jours, tout le monde est conscient que nos réserves d'énergie sont limitées et, donc, précieuses. Une caméra thermique peut aider à rendre clairement visibles les problèmes d'isolation et autres anomalies du bâtiment. Les mesures correctives peuvent être prises plus rapidement, pour économiser une énergie précieuse. Une caméra thermique est particulièrement intéressante in situ pour le professionnel, qui peut l'utiliser pour réaliser les inspections d'installations et de machines, ainsi que des tâches de sécurité.