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IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance COURS DE THERMOGRA

IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance COURS DE THERMOGRAPHIE COURS DE THERMOGRAPHIE INFRAROUGE INFRAROUGE LICENCE PROFESSIONNELLE LICENCE PROFESSIONNELLE « « INGENIERIE ET MAINTENANCE DES INSTALLATIONS INGENIERIE ET MAINTENANCE DES INSTALLATIONS » » J. Bresson - Professeur IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Remerciements à Thierry Devers Professeur du dépt. GIM de l ’IUT de Chartres ainsi qu’à la Société FLIR Sommaire Partie I - Bases de la thermographie infrarouge Partie II - La mesure par thermographie infrarouge Partie III - Les caméras de thermographie Partie IV - Application de la thermographie à l’évaluation non destructive (END) Partie V - Exemples de scènes thermiques IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Thermographie Infrarouge Technique permettant d’obtenir au moyen d’un appareillage approprié l’image thermique d’une scène thermique dans un domaine spectral de l’infrarouge. Appareillage de Thermographie Infrarouge Ensemble d’appareils permettant d’obtenir et de traiter une scène thermique. Ces appareils peuvent assurer en particulier l’analyse d’une scène thermique, le traitement des signaux correspondants, la manipulation des données ainsi obtenues, leur visualisation, leur enregistrement sur tout support. On parlera alors d’imageur thermique. Suivant la configuration de l’appareillage et les fonctions disponibles sur les appareils utilisés, il peut être possible de procéder en outre, à partir de l’image thermique, à la mesure des luminances et/ou au calcul des températures. On parlera alors de caméra de thermographie. Image Thermique Répartition structurée des données représentatives du rayonnement infrarouge en provenance d’une scène thermique. Une image thermique peut être obtenue à partir d’un balayage d’image en une ou plusieurs trames décalées spatialement. NORME FRANCAISE A09-400 IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Imageur thermique Caméra de thermographie IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Partie I Bases de la thermographie infrarouge IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance 1) Brefs rappels sur les transferts thermiques Conduction Convection Rayonnement 2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements 3) Le spectre infrarouge 4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann 5) Les corps réels - émissivité Partie I - Bases de la thermographie infrarouge IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance 1) Brefs rappels sur les transferts thermiques Conduction Convection Rayonnement 2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements 3) Le spectre infrarouge 4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann 5) Les corps réels - émissivité Partie I - Bases de la thermographie infrarouge IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Transferts thermiques Différence entre chaleur et température Dans un matériau, les molécules sont agitées d’un mouvement permanent, à une certaine vitesse. La température dépend de la vitesse moyenne de déplacement des molécules (1). La chaleur dépend de la vitesse moyenne de déplacement des molécules ainsi que de leur nombre (2). Chaleur = énergie IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Transferts thermiques Température / Chaleur Au zéro absolu, il n’y a plus d’agitation moléculaire. (1) Supposons : a) une brique à 50°C, et b) un gravillon à la même température. Question : Que choisissait-on pour réchauffer un lit froid, lorsqu’il n’y avait pas de chauffage central a) ou b) ? Pourquoi ? (2) IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Transferts thermiques Température / Chaleur Unités Température (ITS 90) - Kelvin K, unité absolue de référence - Degré Celsius ou centigrade 0°C = solidification de l ’eau 100°C =vaporisation de l ’eau 0 K = -273,15°C - Degré Fahrenheit Y °F = (1,8 x Z °C) + 32 20°C = 68°F 30°C = 86°F 0°F correspondrait à une température mesurée en hiver 1709 à Dantzig Aussi Degré Rankine, Degré Réaumur Chaleur / énergie - Joule J -Calorie cal 1 cal = 4,18 J Quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°C, un gramme d’un corps dont la chaleur massique est égale à celle de l ’eau à 15°C sous pression de 101325 pascals. Note : CAL = calorie alimentaire 1 CAL = 1000 cal IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Transferts thermiques Il n’existe que trois modes de transfert de chaleur - Conduction - Convection - Rayonnement IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Transferts thermiques Conduction Un flux de conduction se crée lorsque deux corps de température différente sont en contact, ou lorsque des parties d’un même corps sont à température différente. solides, liquides tendance temporelle à l’homogénéisation, par diffusion La théorie est connue depuis longtemps. Les lois en régime stationnaire sont résolues assez facilement : paramètre important = conductivité. Les lois en régimes instationnaires sont plus difficiles à résoudre, même numériquement. Les caractéristiques thermophysiques peuvent varier. paramètre important = diffusivité (analogue à la viscosité). IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Transferts thermiques Convection Le flux thermique est transféré par l’intermédiaire d’un milieu fluide annexe, qui peut être un liquide ou un gaz, qui se met en mouvement. Fait intervenir la thermodynamique et la mécanique des fluides : densité, vitesse, expansion... La théorie est assez complexe. La résolution des problèmes est souvent assez délicate, surtout lorsque l’on sort de cas d’école (flux laminaire, plaque plane). Paramètres importants : nombres de Reynolds, Nusselt, Prandt, etc.... IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Transferts thermiques Rayonnement Emission, absorption et réflexion d’ondes électromagnétiques. Propagation à la vitesse de la lumière. Ne nécessite pas de milieu matériel. Existe dans le vide. La théorie est connue, la résolution des problèmes est souvent très difficile, surtout dès qu’il est question d’interaction rayonnement/conduction. IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Prenez une plaque électrique dans une pièce noire... Vous alimentez la plaque... Même si vous ne voyez pas la chaleur émise, vous la sentez progressivement Si la plaque est à la puissance maximum, et si vous ne mettez pas de casserole dessus, elle va devenir rouge Au fur et à mesure que la température augmente, les caractéristiques du rayonnement changent. Une caméra de thermographie peut voir les changements imperceptibles à l’œil ! Transferts thermiques - Rayonnement IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Une caméra de thermographie reçoit et mesure un flux thermique infrarouge d’une façon similaire à l’impression que nous laisse un radiateur. Transferts thermiques - Rayonnement IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance 1) Brefs rappels sur les transferts thermiques Conduction Convection Rayonnement 2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements 3) Le spectre infrarouge 4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann 5) Les corps réels - émissivité Partie I - Bases de la thermographie infrarouge IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Rapide historique sur la théorie des rayonnements Début du 19ème siècle 1800 Herschel découvre l’existence de rayonnements hors du spectre visible Rayonnement provenant d’un prisme Planche inclinée avec une fente mince Thermomètre avec bulbes noircis IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Rapide historique sur la théorie des rayonnements Le thermomètre continue à s’échauffer après la limite du rouge. Hypothèse : existence d’une énergie radiante qui serait une lumière invisible. T°C IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Rapide historique sur la théorie des rayonnements Seconde moitié du 19ème siècle 1860 Kirchoff propose qu’un bon absorbeur est aussi un bon émetteur. Corps noir. Loi de Kirchoff. Transmission (τ) + Absorption (α) + Réflexion (ρ) = 1 et Absorption (α) = Emission (ε) ε τ ρ Emission Transmission Réflexion IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Rapide historique sur la théorie des rayonnements 1900 Planck introduit la quantification d’échange d’énergie radiante, discontinue. Loi de Planck. Permet de décrire la distribution spectrale des rayonnements d’un corps noir. IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance 1) Brefs rappels sur les transferts thermiques Conduction Convection Rayonnement 2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements 3) Le spectre infrarouge 4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann 5) Les corps réels - émissivité Partie I - Bases de la thermographie infrarouge IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Le spectre infrarouge La limitation de bande spectrale est liée à l’atmosphère à la technologie au référentiel terrestre (gamme de température habituellement rencontrée) Ondes longues = de 7 à 13/14 µm 2µm 13/14µm Ondes courtes = de 2 à 5,5 µm 0,4µm 0,8µm Spectre visible Cubes de glace Flammes Barreau métallique IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance 1) Rappel sur les transferts thermiques Conduction Convection Rayonnement 2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements 3) Le spectre infrarouge 4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann 5) Les corps réels - émissivité Partie I - Bases de la thermographie infrarouge IUT de PERPIGNAN Département Génie Industriel et Maintenance Le corps noir Le corps noir est un objet idéal qui absorbe tous les rayonnements incidents, quels que soient la longueur d’onde et l’angle d’incidence. Considérant la loi de Kirchoff (un bon absorbeur est aussi un bon émetteur) le corps noir émet donc aussi de façon maximale. En théorie, c’est uploads/Industriel/ web-cours-thermographie-ir.pdf